风机基础知识、运行维护、前沿维护技术

1、风力发电机组基础知识及运行维护张峰峰 目录 一、 初识与分类 二、 安装建设 三、 基础维护 四、 塔筒及连接副维护 五、 偏航及维护 六、 变桨及维护 七、 叶片及维护 八、 控制策略及优化 九、 风功率预测 十、 风电场通信 十一、高低电压穿越一、初识与分类一、初识与分类一、初识与分类偏航系统发电机驱动链轮毂叶轮控制系统变电系统风力发电机组主要组成机舱罩分类按轴的状态水平轴垂直轴按叶片桨距状态变桨距定桨距按发电机模式直驱双馈半直驱按叶片数量单叶片三叶片双叶片多叶片其他一些划分方式：按上下风方式：上风式、下风式。一、初识与分类一、初识与分类水平轴垂直轴2叶片3叶片双馈型直驱型半直驱型一、初识

2、与分类风力发电系统的分类按传动形式高传动比齿轮箱型：风轮的转速较低，通常达不到发电机发电的要求，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。直接驱动型：应用多极同步风力发电机可以去掉风力发电系统中常见的齿轮箱，让风力发电机直接拖动发电机转子运转在低速状态，这就没有了齿轮箱所带来的噪声、故障率高和维护成本大等问题，提高了运行可靠性。中传动比齿轮箱（半直驱）型：这种风机的工作原理是以上两种形式的综合。中传动比高传动风力机减少了传统齿轮箱的传动比，同时也相应地减少了多极同步风力发电机的极数，从而减小了发电机的体积。一、初识与分类风力发电系统的分类按发电机形式（基本类型） (b)

3、永磁直驱同步发电机组(a) 双馈异步发电机组一、初识与分类电励磁直驱同步发电机组一、初识与分类永磁直驱同步发电机组的特点永磁发电机具有最高的运行效率；永磁发电机的励磁不可调，导致其感应电动势随转速和负载变化。采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，可维持直流母线电压基本恒定，同时可控制发电机电磁转矩以调节风轮转速；在电网侧采用PWM逆变器输出恒定频率和电压的三相交流电，对电网波动的适应性好；永磁发电机和全容量全控变流器成本高；永磁发电机存在定位转矩，给机组起动造成困难。一、初识与分类风力发电机组变电站（升压站）变压器110 - 220 kV10 35 kV 690 V风力发电机组的功能

4、原理： 基本功能原理是风能转换成电能，这需要两个阶段来完成。风能机械能电能一、初识与分类风机箱式变电站架空线路或地埋线电网接入回路电力电缆升压变电站690V35kV220kV一、初识与分类主要设备：35KV开关柜一、初识与分类主要设备：主变一、初识与分类主要设备：110KVGIS二、安装建设二、安装建设垫层及基础环吊装基础钢筋绑扎基础浇筑基础养护及回填塔筒吊装发电机及风轮吊装调试、并网发电、试运行二、安装建设三、基础维护三、基础维护基础维护防水止水沉降观测三、基础维护基础维护-止水与防水1、第一道止水：在混凝土下45mm处，采用一道遇水膨胀密封条聚氨酯密封条; 2、第二道止水：浇筑时在塔筒外周

5、形成一个12mm20mm的预留槽，槽内填充直径12mm的泡沫棒，再填充聚氨酯密封胶； 3、第三道止水：指最上层的止水措施，采用两层弹性防水涂层和一层涂层。三、基础维护基础维护-止水与防水常见的故障：1、止水防水损坏；2、基础强度不够三、基础维护基础维护-止水与防水防水止水损坏原因后期维护：1、雨水侵蚀，恶性循环。2、未及时处理。固有特性：1、混凝土与基础环的弹性模量不一致。2、机组低频、高频振动。工程质量：1、混凝土强度：设计与商砼供货的差别。2、浇筑时间的断层。三、基础维护基础维护-止水与防水常见的处理方式利用抱箍环绕基础，减小形变，阻碍基础环移动。额外植入钢筋，增加预应力，阻碍基础环移动。

6、使用环氧树脂灌注缝隙，减小缝隙进一步扩大，阻碍基础环移动。三、基础维护常见的处理方式存在的缺陷施工困难、施工难度大施工周期长1、常规灌注方式需开设大量灌注孔，施工对原有结构有损伤的可能。2、修复位置早先的施工隐患和现在的基础环松动故障结合在一起，二次灌注的难度加大，工程量明显增加，质量控制困难。3、增加抱箍和植入额外钢筋等方式需要严格论证结构改变的结果，对施工设计和实施能力有很高的成本较高、材料用量大人力投入高停机时间久1、大量的土建类施工，在修复上需投入更多的材料。2、灌注方案由于灌注孔的开凿，需要投入更多的环氧树脂。3、高难度施工带来了人力投入的增大，在施工和管理方面都需要更多人员。4、施

7、工周期长，伴随着平均一个月以上的停机来配合修复，电量损。修复效果不佳、修复不全面缺陷易复发1、常规的灌注剂很难将产生的缝隙，尤其是小的缝隙进行填充，缺陷初期无法修复，必须等待恶化后进行，错过修复最佳时机。2、基础环最底部的空穴区没有填充密实，环向缝隙没有填充密实，无法解决根本问题。缺陷易复现。3、为缓解密实度不足的问题，通常采用在基础环内外承台继续加高的施工方法，不仅增加施工量，同时无法解决填充不实的根本问题。缺陷易复现4、增加抱箍和额外钢筋的方式，随着风机运行，基础环与混凝土间裂隙增大，最终失去效果，缺陷复现。三、基础维护基础损坏最新的解决方式-高流动性缓凝灌注剂高流动性缓凝灌注剂优势效果优

8、势实现“复原级修复“.四大修复效果，不仅能修复后期损伤，对建设施工的缺陷也有修复效果，让基础恢复到设计强度。时机优势允许修复极细小缝隙，在传统方案无法执行的缺陷初期，便可进行修复。例如，发现底部吹灰、受潮等劣化迹象的时候.便可进行复原，将隐患扼杀在摇篮里。成本优势简洁的修复手段，无需土建，无需长期停机等待。较传统方案，在材料成本、人工成本、时间成本和停机发电量损失等方面均有降低。三、基础维护基础维护-沉降观测基础沉降无沉降有沉降均匀沉降非均匀沉降限度内沉降 超限沉降 非超限沉降 超限沉降基础倾斜与沉降的要求沉降的允许范围： 非均匀沉降：相对偏差不大于3毫米（国标），企业标准：一般为2毫米。 均

9、匀性沉降：年沉降不大于3毫米（企业标准）三、基础维护基础维护-沉降观测一般要求（1）观测单位应具有相应测绘资质。（2）对每台风机均进行单独的观测，每台风机已设置4个沉降观测点，对这4个观测点均需观测和记录。（3）观测资料应及时整理并在一周内报业主，原始观测结果应妥善保存并归档。观测要求.基准点布置（1）观测基准点可引自施工测量控制网，观测单位应单独设置观测基准点，并负责观测期的维护。（2）观测基准点应尽量靠近观测点位置，但应在基础沉降影响范围之外，即距风机基础边线至少大于30m（3）观测基准点的设置应以保证其稳定，可靠，不被破坏和方便施测为原则。（4）观测单位应根据需要设置观测基准点，但风电场

10、总观测基准点数量不应少于4个。三、基础维护基础维护-沉降观测 地质01机组振动03水土流失02土质松动、流地质沙性造成基础沉降。沿海、潮间带、沼泽区容易因该方面原因出现沉降。机组低频、高频振动，均会传递到基础，基础混凝土逐渐在薄弱区域出现裂纹等缺陷，基础环出现不规则沉降，从基础环来讲，观测结果为基础沉降。基础出现压溃的情况下，一般都有超限沉降出现。湿陷性黄土高原，容易因水土流失造成基础非均匀沉降。三、基础维护基础维护-沉降观测基础沉降测量传统测量先进测量方式人工测量在线系统测量优势：每年投入较低，每台每次约3000元左右。每年固定监测一次。1、一次性投入成本高2、实时监测3、每年可出4次报告4

11、、检测精度高5、检测不受人的因素制约三、基础维护三、基础维护基础维护要求基础维护日常维护年度维护每月基础巡视、暴雨后防水情况检查每年进行一次沉降观测每2年进行一次外防水修复。每5年进行一次基础混凝土探伤出现切出风速后巡视；地震后巡视主要检查是否有不正常的裂纹、压溃、翻浆、呼吸、空鼓等四、塔筒及连接副维护四、塔筒及连接副维护塔筒连接副维护日常维护检查常见的螺栓副问题年度力矩作业对角分组生锈断裂连接副维护四、塔筒及连接副维护应力制造缺陷装配缺陷螺栓失效分析周期性载荷疲劳制造过程在中，在关键部位出现气孔、夹杂。热处理过程中，在关键部位出现设计外的金相组织周期性拉伸及剪切应力连接副维护四、塔筒及连接副

12、维护连接螺栓问题处理断裂生锈更换除锈更换润滑剂的作用：1、螺栓因摩擦面不同，摩擦系数不同，摩擦力不同就导致预紧力不同。2、摩擦系数具有很高的离散性，涂润滑剂的主要作用是降低摩擦系数的离散性，让摩擦系数在固定的范围内。需要用与初始安装时相同的润滑剂连接副维护四、塔筒及连接副维护塔筒维护塔筒维护防腐探伤四、塔筒及连接副维护生锈原因探析塔筒维护四、塔筒及连接副维护塔筒维护打磨除锈：使用的除锈工具底漆、中间漆、面漆、稀释剂比例、调配、预涂、喷涂涂层厚度、作业要求、工艺控制作业环境温度、湿度、衔接时间打磨除锈油漆、混合比例油漆涂层、工艺作业环境等塔筒防腐技术及控制工艺四、塔筒及连接副维护塔筒防腐施工维护

13、费用高工艺控制对人的依赖高安全风险控制成本高作业天气条件受限大应用广泛，技术成熟队伍较多，选择性强维护费用低工艺可控性高安全风险控制成本低作业天气条件范围宽研发试验，技术暂时不成熟队伍极少，选择性低扩展性强四、塔筒及连接副维护探伤塔筒维护条件方式1、出现批次焊接或材料问题。2、飞车，或大型异物冲击后。3、特大风力、6级以上地震后。4、出现明显的缺陷，或者其他异常情况后。超声波五、偏航及维护五、偏航及维护五、偏航及维护偏航构成及组件五、偏航及维护偏航常见故障及处理 常见较大故障偏航振动减速箱损坏传动齿断齿1、偏航摩擦片粉末不能及时排出2、粉末与油污结合附着在摩擦面上1、传动齿制造缺陷2、长期啮合

14、，齿面变薄，启动间隙变大3、夹入异物4、偏航电机自动抱死后，液压刹车未刹死1、齿轮箱本身出现故障2、偏航电机制动抱死后，液压刹车未刹死软启动与硬启动五、偏航及维护偏航维护啮合间隙正常偏航功能测试润滑状态与自润滑功能机舱零位校准与对北偏航减速箱油位与油质偏航液压压力上升时间及数值偏航维护六、变桨及维护六、变桨及维护六、变桨及维护机械制动系统风动制动系统Text in hereText in here正常情况下2套同时启动，异常情况需保证最终安全制动方式有效两套系统相互独立，不能为从属关系两套安全制动系统的概念六、变桨及维护变桨构成及组件六、变桨及维护变桨常见的形式皮带轮变桨液压变桨电动机械变桨小

15、范围应用，制造精度低，结构简单，成本低、变桨精度低，静电及防雷处理要求高，变桨过程平稳，过载能力弱。有一定的应用，制造精度要求非常高，成本高，变桨精度高，过程平稳，维护成本高，过载能力强。应用广泛，制造精度要求低，成本低，变桨精度低，变桨过程平稳性差，有一定的过载能力。六、变桨及维护变桨后备电源成本寿命故障率体积电池超级电容低一般情况下2-3年，温度、湿度、使用频率等影响，1-2年高大高一般情况下8-10年，温度、湿度、使用频率等影响，7-8年极低小六、变桨及维护变桨常见故障常见的变桨故障叶片超出零位变桨齿轮打齿变桨电机损坏变桨轴承漏油漏脂变桨失效：卡死、制动失效、电池活性降低、充电机损坏、充

16、电保险烧损等六、变桨及维护1、偶然出现时为正常，频繁出现需深度分析。2、需查找电流减小原因，如果为软件设定，需变更。3、更换变桨电机1、堵转发热损坏2、异物卡滞损坏更换变桨电机，并消除根本原因基本原因处理措施叶片超出零位变桨电机损坏巡视时注意检查润滑、齿隙、齿轮啮合表面等预防措施查看异常情况下变桨驱动电流曲线，确定设定值。1、叶片回桨时受重力或惯性超出2、叶片驱动电流减小3、变桨电机刹车片磨损1、设计制造原因2、轴承密封破损3、注脂过量清理漏脂，并注脂变桨轴承漏脂业内顽疾，暂无有效措施变桨典型故障分析及处理六、变桨及维护变桨典型故障分析及处理（断齿）预防处理1、每次巡视必须检查齿面润滑状况、整

17、洁状况，要形成油膜，不能生锈、有夹渣。2、齿面磨损严重时候，必须及早处理，一般用堆焊方式处理。润滑不够，自润滑系统不能有效工作；人工润滑维护不到位、不及时；夹渣。变桨系统在开桨及收桨初始位置磨损严重断齿危害：1、变桨传动极不平稳2、变桨角度不准确3、对其他齿或部件造成冲击危害4、有飞车风险六、变桨及维护变桨典型故障分析及处理（断齿）六、变桨及维护制动失效1、变桨驱动齿轮与变桨齿圈卡死：间隙、齿形、异物2、变桨减速箱卡死：齿损坏、异物1、制动力矩不足2、电磁制动装置失效3、制动反馈线故障电池：电池失效：电压低、充电超时、温度失效、漏液、活性降低等超级电容：充电机损坏、充电保险损坏、电容损坏堵转发

18、热导致损坏、其他机械故障齿轮卡死电池电容故障电机损坏变桨典型故障分析及处理（变桨失效）变桨失效六、变桨及维护变桨常见故障六、变桨及维护变桨维护变桨维护紧急变桨测试润滑状态检查 齿隙检查变桨轴承油脂1、变桨系统故障处理后，需进行紧急变桨测试。2、每周需查看紧急变桨测试记录（启机之前会自动进行紧急变桨测试）3、年检时进行紧急变桨测试1、工作齿面润滑状态检查2、自动润滑系统强制润滑工作检查3、润滑脂状态检查1、巡检时进行齿隙检查 2、年检时进行齿隙测量1、日常巡检处理变桨轴承漏脂2、自动注脂系统工作状况检查3、手动注脂时，3个月进行一次手动注脂 4、轴承润滑脂的状态确认七、叶片及维护七、叶片及维护七

19、、叶片及维护七、叶片及维护风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素。为保证叶片在预期寿命内持续达到要求，原材料选择和生产工艺流程的设定就显得尤其重要。叶片概述七、叶片及维护常见的叶片问题 风电机组叶片运转5年左右后起到外固合保护作用的胶衣已被风沙抽磨至最低固合力点原始叶片粘合缝从外观上已清晰可见此时叶片完全依靠内粘合来运转。由于原始叶片弯曲、扭曲的内粘合受粘合面不均匀，受力点不均风电机组的每一次弯曲，扭曲和自振都可能造成叶片的内粘合缝处自然开裂尤其是叶片的迎风面叶脊处是叶片受损最严重的部位自然开裂率最高如果风场巡视未发现开裂

20、现象风电机组继续运转叶片折断、摔落现象极有可能发生造成严重事故。常见的叶片损坏类型主要有以下几种：普通损坏型、前缘腐蚀、前缘开裂、后缘损坏、叶根断裂、叶尖开裂折断、表面裂纹、雷击损坏等。七、叶片及维护常见的叶片问题(1)普通损坏 普通损坏如盐雾引起的胶衣发暗、结晶风沙抽磨导致胶衣的剥蚀和脱落等。发现盐雾引起的胶衣发暗、结晶要用非离子表面活性剂进行多次清洗，发现胶衣剥蚀飞脱落应尽快进行喷涂修补。(2)前缘腐蚀 前缘腐蚀会导致翼型变化. 由于翼型发行形变，叶片捕获的能量会减少5%以上,前缘损坏在早期容易修补，因此要及时处理以避免更大的损失。(3)前缘开裂如果发现前缘开裂要尽快修补如果不及时修补开裂

21、会越变越长在空气作用下蒙皮就会出现脱开、开裂。如果叶片蒙皮开裂1.8米以下时，还可以勉强修补，如果开裂再长，就只能更换整个叶片了，这意味着高额的费用和较长时间的发电损失。七、叶片及维护(4)后缘损坏 后缘损坏在早期容易处理，如果置之不理，听任发展轻微的后缘损坏就会导致大问题裂缝会沿着弦向裂开直通到梁，然后沿着梁撕裂此时叶片就已经接近失效需要进行更换了。(5)叶根断裂 叶根断裂的苗头如叶根裂纹、小裂缝等必须尽早发现并予以修复处理因为叶根断裂经常会引发灾难性的失效，很难修补。(6)叶尖开裂折断 叶尖是叶片很重要的部位叶尖开裂必须立即采取修补措施。叶尖如果折断，可视其折断的位置（长短）采取不同的措施

22、，如果叶尖折断的位置离叶片远端很近(1米范围内），则可以采取拉筋加强等办法进行修补，如果折断位置在离叶片远端1米以上为安全着想应当更换叶片叶尖。(7)表面裂纹和砂眼 即使是很小的表面裂缝、砂眼，也会使水渗人复合材料，严冬时水会结冰，导致内部芯材快速损坏小的裂缝会蔓延生长，最终导致叶片失效无修复价值，而砂眼的演变速度也非常快。所以，发现裂纹和砂眼应尽快予以修补。七、叶片及维护(8)雷击损坏 防雷系统损坏会导致叶片遭受雷击如果防雷系统损坏或者工作不正常，在雷电天气下叶片很容易被击中损坏。有证据显示雷电会多次击中某个风电场中的某台机组，而风电场中的其他机组却很少甚至从来不遭受雷击，这是因为这台机组的

23、防雷系统存在问题，因此及时发现防雷系统的故障并进行维修十分重要。雷击造成叶片损机理是：雷电释放巨大的能量使叶片结构温度急剧升高分解气体高温膨胀压力上升造成爆裂破坏。据估计，全球每年有12的叶片受到雷电袭击叶片受雷击的损坏中多数在叶尖一般比较容易修复但少数情况下受损严重则需要更换整个叶片。七、叶片及维护叶片螺栓断裂原因分析及预防措施原因：1、叶片螺栓螺母与法兰面接触力分布不均匀； 2、螺栓受周期性交变载荷疲劳破损。预防措施：1、超级螺母。 2、无损探伤。(9)叶片螺栓断裂七、叶片及维护普通螺母超级螺母七、叶片及维护叶片巡视人工（望远镜）无人机系统平台叶片的日常巡视维护1、效率低下2、缺陷容易忽视

24、3、精度不高，照片清晰度不高4、早期故障难以发现1、效率高2、缺陷可系统识别3、照片清晰度高4、早期故障易发现5、专业性强，成本高胶衣沙眼是否有开裂雷击后巡视结构胶接地电阻七、叶片及维护叶片巡视平台技术叶片无人机巡视可有多种控制模式，其飞行路径也可提前编辑。七、叶片及维护叶片巡视平台技术七、叶片及维护叶片巡视平台技术七、叶片及维护八、控制策略及优化八、控制策略及优化八、控制策略及优化控制策略优化偏航控制策略优化：对北、扇区管理、偏航制动力矩等变桨控制策略优化：双PI控制叶片性能优化叶片防覆冰技术叶片增效技术叶片防雷技术八、控制策略及优化叶片性能优化-防覆冰 当遇到叶片覆冰时，要么是在叶片覆冰后，因性能变差造成机组被动停机；要么是对叶片覆冰状态进行检测，覆冰后主动停机，只能眼睁睁地看着被动弃风和电量损失。八、控制策略及优化涂层技术防覆冰技术电加热技术热风技术导热条技术叶片表面涂装一层纳米疏水材料，使小水滴很难附着在叶片上面，从而达到防止叶片结冰的目的。 在叶片易结冰区域安装加热单元、防腐层、防雷层等，阻止该区域覆冰并扩展，从而解决叶片结冰问题；也可在结冰后启动加热单元，达到除冰的目的。 叶片表面按设计开设多个吹风小孔，在轮毂内装设一台热风机，根据条件判断产生热风，并经过导风管吹