本文結(jié)合廣西地區(qū)低風(fēng)速風(fēng)區(qū)風(fēng)機(jī)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，主要討論分散式風(fēng)場(chǎng)選擇風(fēng)電機(jī)組及運(yùn)行維護(hù)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題。

1、風(fēng)電機(jī)組葉片審查

翼型方案審查低風(fēng)速區(qū)需更優(yōu)化的葉片，在更低的風(fēng)速下吸收更多的風(fēng)能。

風(fēng)電機(jī)組葉片作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件之一，其性能質(zhì)量直接影響整體機(jī)組的效率，設(shè)計(jì)合理的葉片是保證風(fēng)電機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素。另一方面葉片制造成本占風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的20%-30%，因此提高葉片的性能一直是風(fēng)電技術(shù)研究的方向。葉片的氣動(dòng)設(shè)計(jì)包括外形設(shè)計(jì)及氣動(dòng)性能計(jì)算，氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)決定了風(fēng)能利用效率，氣動(dòng)性能計(jì)算是評(píng)價(jià)葉片外形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)。

企業(yè)進(jìn)行低風(fēng)區(qū)機(jī)型葉片設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算比較重視，常常忽視對(duì)葉片的氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)。風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行環(huán)境變化，原有葉片氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)方案應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，才能滿足在特定的風(fēng)速分布下年發(fā)電量最大的要求。選型時(shí)應(yīng)了解企業(yè)對(duì)調(diào)整后的葉片氣動(dòng)外形優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，是否用氣動(dòng)性能計(jì)算程序?qū)θ~片風(fēng)輪進(jìn)行了性能校核計(jì)算，葉片風(fēng)能利用系數(shù)及額定風(fēng)速(輪轂高度均勻風(fēng)速)是否具有良好的空氣動(dòng)力性能。

選型要重點(diǎn)分析企業(yè)對(duì)葉片外形設(shè)計(jì)方案采用確認(rèn)方式的合理性，對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的差異是否在允許范圍內(nèi)，企業(yè)對(duì)存在誤差的分析的理論依據(jù)是否正確。還要核對(duì)企業(yè)設(shè)計(jì)方案中載荷計(jì)算使用的最佳運(yùn)行曲線、風(fēng)電機(jī)組的切入/切出風(fēng)速等關(guān)鍵運(yùn)行參數(shù)是否與樣機(jī)控制系統(tǒng)中設(shè)置的數(shù)據(jù)一致，此處是設(shè)計(jì)中各專(zhuān)業(yè)組的接口。參與風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)較多，方案的部分功能是各專(zhuān)業(yè)組分別進(jìn)行，容易出現(xiàn)重點(diǎn)數(shù)據(jù)未進(jìn)行傳遞的溝通不暢問(wèn)題，所以在選型時(shí)一定要對(duì)兩專(zhuān)業(yè)使用的同一重要參數(shù)進(jìn)行核對(duì)。

2、葉片材料審查

選用輕質(zhì)材料的葉片，以降低風(fēng)電機(jī)組的啟動(dòng)風(fēng)速。低風(fēng)區(qū)風(fēng)電機(jī)組的切入風(fēng)速一般都選擇較低風(fēng)速，在這樣的情況下，由于葉片質(zhì)量過(guò)重造成其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量過(guò)大，葉片的本身阻力造成其啟動(dòng)困難，在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)發(fā)生在設(shè)計(jì)的風(fēng)電機(jī)組切入轉(zhuǎn)速時(shí)無(wú)法并網(wǎng)發(fā)電的現(xiàn)象。

3、變槳系統(tǒng)審查

風(fēng)電機(jī)組葉片及塔筒參數(shù)變化后，葉片收集的風(fēng)能也隨之變化。變槳系統(tǒng)是風(fēng)電機(jī)組在緊急停機(jī)時(shí)工作的重要部件之一，其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)保證了在出現(xiàn)故障需要緊急停機(jī)時(shí)機(jī)組葉片迅速轉(zhuǎn)動(dòng)角度，在較短的時(shí)間內(nèi)減少對(duì)風(fēng)能的捕捉，從而使風(fēng)輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，避免發(fā)生風(fēng)輪超速而引發(fā)的重大財(cái)產(chǎn)或人身?yè)p害。生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行低風(fēng)區(qū)機(jī)型設(shè)計(jì)時(shí)希望減少成本，認(rèn)為低風(fēng)速區(qū)大風(fēng)發(fā)生的概率很小往往會(huì)降低安全系數(shù)。

所以選型時(shí)要核對(duì)變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的電機(jī)扭矩，是否能保證在載荷最大時(shí)驅(qū)動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)且轉(zhuǎn)動(dòng)速度達(dá)到變槳速率的要求，安全裕度是否足夠。還要核對(duì)變槳系統(tǒng)的應(yīng)急電源的容量是否滿足三次連續(xù)變槳的要求。現(xiàn)階段各標(biāo)準(zhǔn)要求不一，用戶希望安全裕度取大些，但生產(chǎn)廠家希望降低成本。

由制造廠家參與編制的國(guó)家能源局頒發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)電機(jī)組電動(dòng)變槳控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》NB/T31018-2011中4.2.9后備電源中要求：“電池后備電源系統(tǒng)：電池組的容量應(yīng)滿足在葉片規(guī)定的載荷情況下完成3次緊急順槳?jiǎng)幼鞯囊?rdquo;，“電容后備電源系統(tǒng)：電容組的容量應(yīng)滿足葉片在規(guī)定載荷情況下完成1次以上順槳?jiǎng)幼饕?rdquo;。而研究所為主編制的國(guó)標(biāo)《風(fēng)電機(jī)組變速恒頻控制系統(tǒng)》GB/T25386.1-2010中第5.2.11后備電源中要求“后備電源的容量設(shè)計(jì)應(yīng)至少3次以上滿載下的全程順槳需求”。

在審查時(shí)要重點(diǎn)查看樣機(jī)試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備中加載設(shè)備和變槳速率的測(cè)試設(shè)備是否滿足要求，加載設(shè)備能力是否能滿足要求，測(cè)速設(shè)備是否能準(zhǔn)確的測(cè)量變槳速度。某些生產(chǎn)企業(yè)試驗(yàn)時(shí)加載的數(shù)值采用未考慮安全系數(shù)的數(shù)值，這樣的檢驗(yàn)是不能滿足要求的。

變槳系統(tǒng)的后備電源方案的審查更加困難，模擬機(jī)組運(yùn)行時(shí)滿載情況時(shí)的變槳載荷對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求較高，對(duì)此資料審查時(shí)要核對(duì)樣機(jī)試驗(yàn)方案中確定的變槳載荷滿載復(fù)核參數(shù)是否合理，確定變槳系統(tǒng)滿載載荷時(shí)的安全裕度是否符合要求。

大部分生產(chǎn)企業(yè)對(duì)變槳系統(tǒng)后備電源方案的試驗(yàn)以采用樣機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行方式替代，此種做法有些不妥，因?yàn)閷?duì)變槳后備電源確認(rèn)要求在載荷最大條件下進(jìn)行。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行狀況與氣候條件密切相關(guān)，在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的一年內(nèi)，有可能出現(xiàn)載荷最大值工況的概率較小，在載荷最大值急停的概率更小。所以采用運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變槳系統(tǒng)的后備電源方案進(jìn)行確認(rèn)是不夠充分的。

4、偏航系統(tǒng)審查

偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一，對(duì)風(fēng)電機(jī)組利用風(fēng)能起著非常巨大的作用。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè)。其一是與風(fēng)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，充分利用風(fēng)能，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率;其二是提供必要的鎖緊力矩，以保障風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行。

偏航系統(tǒng)是由回轉(zhuǎn)支撐軸承、彈簧阻尼裝置和四臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成的。帶有內(nèi)齒的偏航軸承用螺栓連接在塔筒頂部，外環(huán)與機(jī)艙座連接，內(nèi)環(huán)與塔架法蘭連接。偏航驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)一般都是由電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)成。偏航鎖緊力矩由數(shù)套偏航剎車(chē)盤(pán)提供。偏航時(shí)各剎車(chē)盤(pán)處于半釋放狀態(tài)，自動(dòng)解纜時(shí)各剎車(chē)盤(pán)處于全釋放狀態(tài)。

對(duì)于低風(fēng)速區(qū)機(jī)型，部分國(guó)內(nèi)制造企業(yè)為了降低成本，對(duì)偏航系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)“優(yōu)化”，多采用了減少偏航系統(tǒng)的偏航剎車(chē)盤(pán)數(shù)量的方法。設(shè)計(jì)方案中的計(jì)算制動(dòng)力矩計(jì)入了偏航電機(jī)的電磁制動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，從而減少了偏航剎車(chē)盤(pán)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)風(fēng)載荷產(chǎn)生的扭矩大于偏航制動(dòng)壓力鉗的扭矩時(shí)，載荷扭矩會(huì)傳遞到偏航系統(tǒng)的減速器齒輪上，因此這樣的優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致齒輪箱承受部分交變應(yīng)力減少使用壽命。

風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中要加大巡檢頻率，重點(diǎn)關(guān)注偏航系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中與電機(jī)連接的螺桿及偏航齒輪箱，防其承受交變力提前損壞。

5、控制系統(tǒng)審查

由于風(fēng)電機(jī)組工作環(huán)境惡劣，以及對(duì)機(jī)組20年長(zhǎng)壽命、高可靠性和安全性的特殊要求，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的重要部件如齒輪箱、發(fā)電機(jī)等的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控是極其重要的。風(fēng)電系統(tǒng)是典型的復(fù)雜多變量非線性系統(tǒng)，受干擾因素很多，除了風(fēng)速的大小和方向隨機(jī)變化之外，還受電網(wǎng)的參數(shù)波動(dòng)和大氣條件及空氣密度等因素的影響。風(fēng)電機(jī)組由多個(gè)部分組成，而控制系統(tǒng)貫穿到每個(gè)部分，相當(dāng)于風(fēng)電機(jī)組的神經(jīng)系統(tǒng)。因此控制系統(tǒng)的好壞直接關(guān)系到風(fēng)電機(jī)組的工作狀態(tài)、發(fā)電量的多少、以及設(shè)備的安全。

目前風(fēng)力發(fā)電亟待研究解決的兩個(gè)問(wèn)題發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量，都與風(fēng)電控制系統(tǒng)密切相關(guān)，控制軟件中參數(shù)的設(shè)定(如：對(duì)風(fēng)向風(fēng)速調(diào)整的跟隨速度等)對(duì)機(jī)械部件的壽命影響也較大。這些參數(shù)的設(shè)定既要考慮發(fā)電量又要顧及機(jī)械部件的使用壽命，最佳運(yùn)行參數(shù)是理論推導(dǎo)與現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的產(chǎn)物。審查時(shí)要密切關(guān)注這些參數(shù)的確認(rèn)方法是否合理，是否對(duì)參數(shù)的變化范圍進(jìn)行了確認(rèn)。

現(xiàn)階段風(fēng)電控制軟件多為進(jìn)口，而國(guó)外企業(yè)對(duì)核心部分的保密程度較高，削弱了國(guó)內(nèi)引進(jìn)核心技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)，所以對(duì)自主開(kāi)發(fā)軟件的測(cè)試尤為重要，大量統(tǒng)計(jì)資料表明，軟件測(cè)試的工作量往往占軟件開(kāi)發(fā)總工作量的40%以上，在極端情況測(cè)試那種關(guān)系人的生命安全的軟件所花費(fèi)的成本可能相當(dāng)于軟件工程其他開(kāi)發(fā)步驟總成本的三倍到五倍，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的測(cè)試投入往往不足。

運(yùn)行過(guò)程中要注意對(duì)控制軟件運(yùn)行性能數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，首先收集軟件中的監(jiān)視功能相關(guān)的數(shù)據(jù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)巡檢的情況，核對(duì)軟件監(jiān)視功能是否正確合理。監(jiān)測(cè)功能是否覆蓋了主要設(shè)備狀態(tài)，

收集數(shù)據(jù)至少包含：

(1)有關(guān)安全運(yùn)行性能的數(shù)據(jù)，如：臨界轉(zhuǎn)速、臨界功率、重要部件過(guò)熱、發(fā)電機(jī)短路、振動(dòng)、電纜纏繞、緊急停車(chē)等情況的相關(guān)的數(shù)據(jù);

(2)監(jiān)控功能的數(shù)據(jù)，如監(jiān)控功能數(shù)據(jù)應(yīng)包含轉(zhuǎn)速、功率、風(fēng)速、電網(wǎng)參數(shù)、發(fā)電機(jī)及齒輪箱和軸承等重要部件的溫度、制動(dòng)設(shè)備狀況、風(fēng)向、環(huán)境溫度、頻率和電壓、機(jī)械零部件運(yùn)行狀況數(shù)據(jù);

(3)報(bào)警功能的數(shù)據(jù)，如齒輪箱溫度超標(biāo)后的報(bào)警，液壓系統(tǒng)的壓力超壓或欠壓的報(bào)警，風(fēng)速超限的報(bào)警與處理功能數(shù)據(jù);

(4)啟動(dòng)和正常停機(jī)、急停功能的數(shù)據(jù);

(5)控制策略的實(shí)現(xiàn)功能相關(guān)數(shù)據(jù)，如啟動(dòng)階段的控制方式、并網(wǎng)后功率隨轉(zhuǎn)速上升段控制方式、恒頻恒功率段的控制方式等數(shù)據(jù)。

本文以對(duì)發(fā)電機(jī)的控制相關(guān)功能相關(guān)數(shù)據(jù)為例說(shuō)明審查中應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)內(nèi)容：

首先審查發(fā)電機(jī)繞組溫度監(jiān)測(cè)功能的測(cè)試記錄。此監(jiān)測(cè)功能是保證繞組溫度保持在允許的運(yùn)行范圍內(nèi)。為此，自監(jiān)控測(cè)量系統(tǒng)必須功能可靠。出廠前也必須對(duì)此功能進(jìn)行測(cè)試。

其次對(duì)設(shè)置參數(shù)合理性的評(píng)估。對(duì)繞組溫度極限值的設(shè)置合理性進(jìn)行審查。即使是稍微超過(guò)容許的溫度值，也會(huì)減少發(fā)電機(jī)的壽命。顯著超過(guò)這個(gè)限值會(huì)在短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致電機(jī)損壞。繞組溫度的極限值一般根據(jù)制造商所提供的有關(guān)電機(jī)絕緣等級(jí)的資料來(lái)確定。審核發(fā)電機(jī)的絕緣等級(jí)相關(guān)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)資料，核實(shí)繞組溫度極限值的設(shè)置的合理性。值得關(guān)注的是：有些發(fā)電機(jī)的制造廠家為了市場(chǎng)宣傳的要求常常夸大電機(jī)的絕緣等級(jí)，所以在運(yùn)行時(shí)要注意核實(shí)發(fā)電機(jī)型式試驗(yàn)中的溫升試驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)，以判斷發(fā)電機(jī)的真實(shí)絕緣等級(jí)，確保繞組溫度極限值的設(shè)置的正確性。

還要對(duì)軟件超出限制的處理能力的數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估。當(dāng)超過(guò)容許的繞組溫度，控制系統(tǒng)應(yīng)降低發(fā)電機(jī)的功率輸出，直至繞組溫度低于容許溫度。

對(duì)過(guò)大的電流或功率可能導(dǎo)致機(jī)械過(guò)載和電氣過(guò)載時(shí)的控制系統(tǒng)的應(yīng)對(duì)功能的運(yùn)行記錄的審查。控制系統(tǒng)必須具有減少超出額定運(yùn)行值的控制功能。超過(guò)最大容許的溫度極限值時(shí)，風(fēng)電機(jī)組安全保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)作出響應(yīng)。收集的數(shù)據(jù)應(yīng)涵蓋包含對(duì)上述功能相關(guān)的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

對(duì)發(fā)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩控制功能相關(guān)數(shù)據(jù)分析是必不可少的，此功能與年發(fā)電量密切相關(guān)。控制系統(tǒng)的控制策略最終的實(shí)現(xiàn)就是通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩的控制完成的。因此要對(duì)此部分的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行重點(diǎn)的審查，要核對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行中性能數(shù)據(jù)與控制策略要求的是否匹配，載荷計(jì)算時(shí)采用的控制策略與軟件中的控制策略是否一致等。

6、防雷系統(tǒng)審查

風(fēng)電機(jī)組分散安置在曠野、山頂或沿海區(qū)域，大型風(fēng)電機(jī)組葉片高點(diǎn)(輪轂高度加風(fēng)輪半徑)達(dá)130m-250m，遭受雷擊概率高;風(fēng)電機(jī)組的電氣絕緣低(發(fā)電機(jī)電壓690V、大量使用自動(dòng)化控制和通信元件)。風(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的貴重設(shè)備，價(jià)格占風(fēng)電工程投資60%以上。若其遭受雷擊(特別是葉片和發(fā)電機(jī)貴重部件遭受雷擊)，除了損失修復(fù)期間發(fā)電量之外，還要負(fù)擔(dān)受損部件的拆裝和更新的巨大費(fèi)用。

風(fēng)電設(shè)備較大，由于現(xiàn)階段試驗(yàn)條件不具備，防雷系統(tǒng)無(wú)法用試驗(yàn)的方式測(cè)試。

防雷系統(tǒng)由外部防雷與內(nèi)部防雷組成。外部防雷包括：葉片的防雷保護(hù)、機(jī)艙的防雷保護(hù)、塔架及引下線、接地網(wǎng)。內(nèi)部防雷包括：等電位連接、隔離、過(guò)電壓保護(hù)設(shè)備。設(shè)備啟動(dòng)前要逐一檢查測(cè)試相關(guān)內(nèi)容。根據(jù)多年的運(yùn)行情況分析，防雷系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)為轉(zhuǎn)動(dòng)部分與靜止部分的等電位連接，尤其是葉片的根部與輪轂處的連接。初期有部分廠家僅采用一條導(dǎo)線將葉片防雷系統(tǒng)與金屬輪轂相連。

運(yùn)行中由于導(dǎo)線長(zhǎng)度或結(jié)構(gòu)不合理，導(dǎo)線被拉斷，從而使葉片運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的靜電無(wú)法導(dǎo)出。若發(fā)生雷擊，短期導(dǎo)出大電流無(wú)法實(shí)現(xiàn)，此種結(jié)構(gòu)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。近期廠家逐漸重視此結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，連接處使用碳刷傳遞電流，通過(guò)兩個(gè)碳刷和平行的有間隙的兩個(gè)放電導(dǎo)板，越過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承轉(zhuǎn)移到主機(jī)架。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注此部分連接方式是否合理。

運(yùn)行前須對(duì)樣機(jī)的接地電阻的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行核實(shí)，以確認(rèn)其是否滿足防雷系統(tǒng)的需要。

7、結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)電發(fā)展質(zhì)量是關(guān)鍵，國(guó)外風(fēng)電大國(guó)都是風(fēng)電機(jī)組制造大國(guó)，為支持風(fēng)電機(jī)組制造業(yè)，政府投入了大量的研發(fā)資金，組建政府研發(fā)機(jī)構(gòu)進(jìn)行基礎(chǔ)研究，并建立風(fēng)電測(cè)試平臺(tái)。如丹麥政府資助建立的公共測(cè)試平臺(tái)主要包括試驗(yàn)風(fēng)電場(chǎng)和葉片等零部件試驗(yàn)平臺(tái)，并建立完善了風(fēng)電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)、認(rèn)證體系。所有風(fēng)電機(jī)組必須通過(guò)認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)證和檢測(cè)才能進(jìn)入市場(chǎng)銷(xiāo)售，即保證了風(fēng)電機(jī)組質(zhì)量，又促進(jìn)了技術(shù)積累。

目前，我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)服務(wù)體系尚不完善，風(fēng)電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品認(rèn)證、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工程管理等基礎(chǔ)都比較薄弱。但是，在不久的將來(lái)，中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)不僅要成為全球發(fā)展最快的產(chǎn)業(yè)，也要成為發(fā)展最健康的產(chǎn)業(yè);為實(shí)現(xiàn)我國(guó)2020年非化石能源消費(fèi)比重達(dá)到15%的目標(biāo)，中國(guó)風(fēng)電2020年要實(shí)現(xiàn)200GW的裝機(jī)容量，巨大的市場(chǎng)為風(fēng)電企業(yè)和從業(yè)者提供了展現(xiàn)自己才華的舞臺(tái)。繼續(xù)堅(jiān)持質(zhì)量為本，技術(shù)創(chuàng)新之路，中國(guó)風(fēng)電一定能引領(lǐng)全球風(fēng)電的發(fā)展。