系列风电机组事故分析及防范措施（七）——提高机组的整机性能与机组安全

提高机组部件性能与质量

叶片、变桨系统、主控系统、齿轮箱、发电机、变频器、风电场环网设备、后台软件等每一个部件均应具备较高的性能与质量，这是生产安全可靠、整机性能优异的风电机组必要条件。由于篇幅的原因，在此仅就与整机配套最密切的变桨系统、主控系统、变频器 3 个基本部件予以说明。

一、优秀机组控制器（主控）能大幅度地提高整机性能，排查机组的安全隐患

性能优异的主控系统，除了满足保证机组正常运行和机组安全、主控本身的故障率低、控制逻辑合理，按设计要求实施功率控制等基本要求以外，还应具有以下特性 ：在机组维护、维修及故障检查时，使用方便 ；抗干扰能力强 ；报故障准确 ；有完善的远程故障诊断、检查手段 ；其控制策略还应对保护齿轮箱、发电机及塔筒等部件有利 ；有完善的权限、密码系统，便于登录互联网和权限管理，以满足不同管理级别和技术层次人员在后台上对机组实施的远程操控。

主控系统对提升机组的整机性能至关重要。仅主控报故障不准确就可给现场机组维修带来一系列的麻烦和问题 ：可造成对机组部件好坏的误判 ；可能对检测元件及传感器接线要求太高 ；使机组的故障概率增加 ；还会使故障处理的时间、难度大大增加。

下面仅就因主控性能欠佳造成的主控误报“振动模块”故障和报“振动超限”不准确加以说明。

某主控与振动检测元件之间配合不佳，在机组运行时易报“振动模块”故障。从理论上来讲，主控、振动检测元件以及他们之间的通信接线，任何一个环节存在问题，均可能报此故障。因主控问题，对振动检测元件以及它们之间连接线的要求也相当高。

在现场处理此类故障时，需对以上的各个环节一一进行检查，这大大增加了故障处理的难度和时间，造成振动检测元件的大量更换 ；如果因主控问题造成报 “振动超限” 停机故障不准确，其故障判断将更加困难，此类问题可能增加机组的故障概率，还可能造成部件损坏，甚至危及机组安全。

控制程序是主控的核心。我们使用的是主控对机组的控制性能，而不仅仅是硬件。完善的主控程序可以便捷地远程排查机组安全隐患，对预防重大事故具有重要的意义 ；决定主控优劣的关键是完善的控制器软件，而不是主控硬件。完善的程序及合理的控制参数对提升主控性能起到了决定性的作用。

目前，国内绝大部分兆瓦级风电机组上的主控，其硬件都是从国外进口，程序则是基于硬件厂家提供的原型进行二次开发，或自主开发。有的国产主控厂家则以国外硬件厂家作为其主控品牌。国产主控开发较晚，主控编程人员普遍缺乏现场经验，未能把更多的机组运行经验、维护维修经验、远程故障诊断和安全检查工具等融汇到主控软件中。与国际知名主控厂家产品相比，国产主控在安全保护（包括 ：机组关键数据的采集、储存及主控本身等） 、报故障准确、使用方便、远程故障诊断以及远程安全检查等诸多方面还有相当的差距。为保证机组安全，提高整机性能，需尽快对此类主控的控制程序进行完善。综合考虑机组安全、整机性能、部件成本、国产化以及自主知识产权等多种因素，国内开发较早且软硬件均自主研发，程序较为完善的国产主控理应具有更大的发展实力和潜力，不应被貌似先进的国外硬件主控排挤出市场。

因此，性能优异的主控能大幅度地提高机组的整机性能及防止重大事故的发生。

二、变桨系统设计思路与质量直接关系到机组安全

部件的安全设计理念，应以简洁可靠为基本前提，过于复杂的设计不一定是安全产品。在系统设计中，简化系统的执行流程和控制流程有利于提高机组的安全性和降低故障概率。在交流变桨系统中，直接影响机组安全的是伺服驱动器，应简化其功能设计，除接受变桨指令之外，就是其本身和涉及机组安全的收桨功能。伺服驱动器硬件接口过多，更容易出现接口硬件损坏 ；软件功能过多，软件编程上也容易出现更多 bug，不管软件还是硬件故障都可能导致伺服驱动器失效。

在直流变桨系统中，正常紧急顺桨执行流程最简化。当执行紧急顺桨时，在顺桨的执行回路上，通过紧急顺桨接触器吸合直接把直流变桨电机与后备电源导通，不受外界的软硬件和交流供电影响 ；在直流变桨系统中，变桨驱动器紧急顺桨，其设计实现了控制回路的最简化。即 ：当外界交流供电电源不正常，或变桨交流电源断开时，在变桨驱动器内，直接导通后备电源与变桨电机，从而实现变桨驱动器的紧急顺桨。

目前，变桨机组所采用的变桨系统主要有三种 ：液压变桨系统、电动直流变桨系统、电动交流变桨系统。这三种变桨系统各有其优势和缺点。无论哪种变桨系统，其安全性和可靠性都应放在第一位。如造成三支叶片同时不能顺桨，则可能引起机组飞车事故的发生，变桨系统设计和质量在避免机组飞车中起着最为关键性的作用。机组运行时，因轮毂处于运动状态，对于变桨机组来说，在同等质量的情况下，比其他部件的故障概率要高很多。

为保证机组安全，降低变桨故障率，应着重做好以下几方面的工作 ：首先，在整机成本一路走低的情况下，不能因成本问题而随意降低变桨系统的质量 ；其次，严格控制变桨关键部件的生产和运维质量 ；第三，完善变桨控制器程序，与主控密切配合实现冗余保护，保障机组安全； 第四，在没有充分实践依据的情况下，不能随意对变桨系统进行改造，或增加环节和部件，以免导致机组安全性更低，故障概率增加。

三、变频器对机组性能的影响和作用

兆瓦级风电机组普遍都采用了变频器，变频器的配套选型和质量，对电网质量、 机组性能、 机组变频器安全、维修方便、机组故障概率以及远程故障诊断等具有重要的影响和作用。

第一，变频器质量直接关系到电网质量和高、低电压穿越的能力。因为变频器的参与，会给电网带来高次谐波，又会影响到机组的部件损坏及电网质量。

第二，完善的变频器保护措施和程序，保护变频器及机组安全。对于双馈风电机组，通过变频器定、转子的电流较大，且机组并网时，定子直接与电网相连，完善的变频器保护措施，它不仅涉及到变频器的自身安全，还涉及到发电机、导电轨及机组安全。

因此，当定、转子对地，或相间出现小电流短路时，变频器就迅速保护停机。通过多种措施确保在机组故障或停机时，变频器能迅速脱网，以保护变频器和机组安全。

第三，很好地与主控配合实现较优的功率控制，减小机组振动，提高效率，保护联轴器、主齿轮箱等机组部件。要达到主控与变频器等在功率控制方面良好匹配，尤其是初次与某主控配套，应在风电场对两者进行多方测试和详细调整。

第四，变频器应具有完善的远程故障诊断工具及后台软件 ；与风电场环网通讯的通讯控制器之间应有相互配套的软硬件接口，以便对机组及变频器实施远程故障诊断、安全检查等。

第五，在决定变频器的冷却和布置方式时，应综合考虑机组成本、维修方便及机组安全等多个方面。

搞好现场服务，优化服务体系

不少风电企业，虽有片区，但没能充分发挥片区的作用。在每个风电场均有常驻服务维修人员，这使得本来紧缺的技术力量和现场服务人员更加分散，直接导致了风电场及风电场之间缺乏必要的支持和协调，而使机组故障处理迟缓久拖不决。我国众多风电场亟待实施“集中监控， 区域维修”的风电管理体制，以建立更有效的风电场服务体系，加强片区、公司总部对风电场的技术支持。具体措施如下 ：

第一，扁平化组织结构。让设计、服务能有效衔接 ；让处于第一线的人员能有效地调动资源，快速反应。

第二，通过阶段性培训、提高一线人员的技术水平，通过报酬分配及灵活的休假制度调动和提高现场工作人员的积极性，通过信息化手段提高机组管理有效性，使公司员工能更多地了解风电场机组运行状况，并参与机组管理，解决现场技术和服务人员短缺问题。

第三，建立行之有效的远程故障检查与诊断系统，集中建立风电场数据中心和云数据平台。通过及时发现机组的潜在安全隐患，提高机组发电效率，增加机组利用小时数，真正帮助业主解决他们最为关心的问题。

第四，机组购买商、营运商的机型尽可能单一。有利于减少备件供应，降低机组维护维修成本及现场人员的要求。

结语

依照风电发展的基本规律进行整机配套和风电场管理，把有限的资源投到提高风电机组关键部件的性能与质量上，优化机组的整机配套，提高机组整体性能和机组安全。让综合性能及质量优异的风电机组具有更大的发展空间，降低机组寿命周期内的度电成本，减少和避免重大事故的发生。

（作者单位：王明军：东方 电气风电有限公司；邵勤丰：东方 电气自控研发中心）