第一期风机运维技术培训总结

1、第一期风机运维技术培训总结培训时间：2013年6月17日-2013年6月21日培训地点：北京三一电气培训人员：张晋（偏关公司）培训内容：华能新能源股份有限公司举办的第一期风机运维技术培训一、培训心得总体感想：为期5天的的风机运维技术培训很快结束了，本次培训时间虽然短暂但我还是从中学到了很多风机运维知识和经验，认真学习了双馈型风力发电机组各部件的设计原理、结构构造，个人感觉受益匪浅。 我认为本次培训形式新颖、培训课程全面而系统，由理论知识学习到现场实物学习，最后进行总结分析探讨，三者相辅相成，使我们对风力发电机组运行维护有了更多的认识。培训同时也为我们兄弟单位之间提供了一个很好的技能学习与交流的

2、平台，建立起了良好、开放的学习氛围。二、培训形式及过程简述 首先是三一电气设计研发人员对风力发电机组6大系统理论课程学习，理论课程主要进行了增速机、发电机、变频器、主控、变桨和传动液压系统设计原则、工作原理、结构组成、部件功能、控制策略、技术特点及故障案例分析与维护等方面课程讲解和讨论；其次是各装配现场实际参观学习，由三一电气技术人员风机各组成部件进行了现场讲解，同时与我方技术人员进行了相关部件问题的探讨。主要进行了发电机、齿轮箱内部结构实际生产装配过程学习，对发电机定、转子接线方式、绕组结构、集电环结构原理和行星传动型齿轮箱各组件装配和工作原理进行了更为直观的认识；变频器的各部件主接线方式、

3、并网工作流程、保护元件、故障检测元件等进行了相关讲解和探讨。主控和变桨系统主要了解和认识了主要控制元件功能作用；传动液压及偏航系统虽然组件部件不多，但故障却不少，现场主要进行易发故障点的分析与探讨。（个人认为此次培训现场部分是一个亮点，与其他风机厂家培训相比三一电气技术更为全面、开放。例如：可以现场学习到发电机、齿轮箱的内部结构；控制柜体、变频器等的安装流程；整机装配流程。而在其他风机厂家可能只见到各主要部件的实物和整机装配。）最后进行课后讨论会，在每天可课程结束后各兄弟单位风场要进行培训讨论会，首先对培训完成部分进行总结与分析，其次对后期要培训内容有针对性的提出自己风场的典型故障问题进行专题

4、讨论，并在培训课中向老师提出相关问题与培训老师进行互动交流。课后讨论会使各风场间人员加深相互了解与技术交流，达到故障问题及风场管理两方面相互交流借鉴，使各风场间取长补短。三、具体培训内容个人小结如下：1、 增速机（齿轮箱）1.1结构及工作原理：常见的增速机是平行轴的但尺寸、重量、制造成本较大，不适合风力发电机组，1.5MW双馈风机最长使用增速机是行星级+平行级的组合形式，其优点是结构紧凑、重量轻、噪音低、效率高、负荷分配均匀。我风场及三一电气1.5MW双馈风机使用的增速机为双行星+平行级。内部结构为行星传动NGW型（速比=大齿轮数/小齿轮数；DGW速比=内齿圈齿数/太阳轮齿数+1），其他形式还

5、有行星传动NW型。1.2固定方式：单点支撑，增速机于机舱同体，较为少见；两点支撑（三一电气风机2.0MW风机使用的支撑方式）是主轴由前、后轴承固定（与黑家庄风电场二期东汽使用的主轴固定方式相同），主轴只将扭矩传递给增速箱，增速机承受了轴向和径向载荷很少，提高和增速机的使用寿命；三点支撑（1.5MW风机主要使用，黑家庄风电场一期明阳风机的主轴固定方式相同）前轴承承受径向载荷和部分轴向载荷后轴承主要承受轴向载荷前轴承承受径向载荷和部分轴向载荷，后轴承主要承受轴向载荷。前后轴承耐振动、抗冲击性好，内外圈允许倾斜角可补偿安装误差。因此双轴承支撑可以有效减小增速箱轴承的载荷，主轴只将扭矩传递给增速箱，增

6、速箱的扭力臂通过弹性支撑与机舱底架联接，减小机舱传递的振动、提高增速箱的寿命；1.3冷却、润滑：增速机的齿轮和轴承在转动过程中并非直接接触，这中间是靠润滑油形成油膜起到润滑作用；齿轮在运行过程势必会产生滚动摩擦和滑动摩擦会产生大量的热量，高温会导致齿轮和轴承烧毁，因此齿轮和轴承在转动过程中润滑油来进行冷却，所以润滑油起到润滑和冷却的作用，风电的增速机需对润滑油液进行冷却，循环利用，一般有风冷和水冷方式；增速机附件还有温度传感器、油位计、油过滤器、循环油泵、冷却风扇、空滤、冷却油管、加热器、透气罩等。1.4故障情况：增速机齿轮故障局部断齿、磨损、点蚀、胶合、齿根疲劳裂纹，产生这些故障原因除齿轮本

7、体质量问题外主要因素是疲劳、过载、高温、供油不足等原因造成；增速机常见故障有漏油、元器件失灵、振动及噪音、润滑油质量等。漏油原因可能为箱体本体质量问题，也可能为各类管接头连接处磨损老化等。元器件故障主要为温控阀、滤芯、温度传感器、油泵电机、油泵、冷却风扇电机、液位计等故障导致。1.5维护：维护方面主要讲述了以下14方面的检查与维护：检查增速箱及其部件的表面是否有灰尘、油污；检查增速箱及其支座涂层是否磨损；检查增速箱运行时是否有异常声音；检查压力、温度传感器是否连接牢固；检查高速端齿表面；检查行星部分齿啮合齿表面；检查增速箱胀紧套紧固件；检查齿轮箱安装支座连接螺栓；检查齿轮箱弹性支承；检查齿轮箱

8、油位；检查润滑油品质；检查空气滤清器；检查加热器；通过控制系统测试压力、温度传感器的功能。另外重点讲述了润滑油和滤芯的更换方法及注意事项。1.6出厂试验，出厂试验组要进行振动测试、空载、加载、漏油等试验项目。2、 发电机2.1发电机的组成：定子（定子机座、铁心、线圈、线圈支撑、传感器、定子并联环）、转子（转轴、转子支架、铁心、线圈、线圈支撑件）、轴承及端盖（端盖、轴承座、轴承、轴承内外盖、油档）、冷却器（本体、风扇、传感器）、集电环（刷架、集电环、集电环风扇、传感器）、附件部分（加热器、避雷器、注脂器）。2.2风力发电机的分类及技术特点:2.2.1同步电机：电励磁同步发电机、永磁同步发电机、永

9、磁直驱同步发电机。2.2.2异步电机：鼠笼异步电机、双速异步电机、双馈异步电机、 2.2.3所有类型的发电机中永磁直驱同步电机和双馈异步电机在风电领域技术成熟应用广泛。永磁直驱同步电机由主轴直接驱动无齿轮箱机械故障少，但也存在许多缺点如：结构复杂（极数多达上百极），体积庞大，成本高昂（永磁体成本高），需要全功率整流，变频器功率大等缺点。双馈异步电机对风能利用最佳，需要的变频器功率较小，其最大特点是可以实现变速恒频率双馈发电（定子也可发电）。其缺点是绕线式转子结构复杂，需要集电环，转子引线等会造成发电机故障较多。2.3双馈异步发电机工作原理:双馈异步发电机整个运行过程分为三个过程，压同步（nr&

10、lt;ns）转子转速小于定子额定转（1500rpm）时转子绕组吸收电网电能，此时转子不发电，定子向电网输送电能；同步（nr=ns）转子转速等于定子额定转（1500rpm）时，转子绕组直流励磁，转子绕组输送无功功率（不发电状态），定子绕组向电网输送电能；超同步（nrns）转子绕组大于定子额定转（1500rpm）时，转子磁场转速与机械转速相反，发电机定转子同时向电网输送电能，例如：发电子转速达到1700rpm时，风机满发，实时有功功率为1500kW，转子相对定子额定转速为200rpm，定子发电量约占总发电的11.73%。2.4典型故障案例分析：2.4.1风机脱网后，主断路器或并网接触器未跳开，导致

11、发电机转子烧毁，原因是脱网瞬间（P=UI）发电功率不变，电压降低，电流急剧升高使发电机转子线圈烧毁。2.4.2集电环击穿或烧坏，主要原因是碳刷碳粉堆积、漂浮造成集电环绝缘不好，短路击穿。建议不定期进行清理。目前三一设计的集电环位置都会有风扇和碳粉排通位置。2.4.3轴承过热：轴承过热是造成风力发电机导致故障的重要原因，通常主要是设计的原因，风量不足造成热量散不出去，通常增加风扇可改善；XX风机设计时尾部出风口（热风）正对轴承盖方向，直接将热量吹相轴承，造成轴承温度升高，重新设计更合理的冷却风路后，正常；涡流式冷却风机冷却效果明显好于轴流风机冷却效果。再就是检查收集轴承润滑油脂排出的循环油脂，如

12、果油脂变为黑色，说明油脂质量不好，油脂质量不好也会造成轴承高温。2.4.4转子引线烧毁：原因为转子引出线与轴身、轴孔结构不合理，引出线长期承受机械振动、温度变化、离心力造成转子引出线与绕组连接失效，最终导致此处烧断。三一电气针对问题进行了抓们的研究，最终改变通常设计方法，将转子引线直接引出与集电环连接，这样的设计减小了引线弯曲度、引线发热小、抗振性强、旋转离心力得到抵消，从根本上解决了转子引线烧坏的问题。2.4.5定子绝缘击穿：主要是由于定子绕组绝缘工艺不好造成。2.4.6轴承绝缘：其根本原因是转子切割不均匀磁场产生轴电流，使轴承润滑油膜电极分离，造成轴承润滑不良而摩擦发热损坏。轴承绝缘失效导

13、致轴承被轴电流腐蚀，导致轴承磨损严重，跟换轴承。目前主要采取防止措施是：使用绝缘轴承（但成本较高，使用寿命最多5年）；其次就是加装轴承接地碳刷,但讲师建议最好加在轴承内部，但改造较为困难。3、 变频器 3.1变频器结构及工作原理：3.1.1模块结构功能：变频器是风机发电机的核心控制器件，主要部件分为机侧模块和网侧模块，机侧模块（转子侧）与发电机转子相连接，控制发电机的运行（转矩、励磁）保证发电质量和发电效率；网侧模块于电网相连，与电网之间实现能量的双向流动，为机侧模块提供稳定的直流电压，也可为电网提供一定量的无功补偿。3.1.2变频器结构功能介绍：变频器主要由9大部分组成并网开关：连接发电机定

14、子和电网，输出电能；过流保护。软启回路：用于给模块直流侧的电容充电，避免直接调制对机侧模块的冲击。LC滤波器：提高电能质量，滤除网侧模块开关频率及其附近谐波。网侧模块：通过主断路器与电网相连从电网获得等能输入。采用三相全桥电路将电网输入的三相交流电整流成直流，并在负载波动和电网输入波动的情况系保持整流输出直流电压的稳定。直流母线及电容：在能量传递过程中，作为中间环节的直流侧的稳定性至关重要，直接影响系统的效率和能量的走向。机侧模块：与发电机的转子模块相连，逆变输出三相交流电流提供给发电机转子绕组进行励磁控制，通过转子侧电压频率控制实现变速恒频控制，通过励磁电流的相位和幅值控制有功功率和无功功率

15、。DU/DT电抗器：通过比例积分控制器抑制IGBT在通断时转子绕组产生瞬间的高压，限制电压频率上升，保护发电机绝缘，延长电机使用寿命。chopper电路保护。crowbar电路保护。3.1.3变频器与发电机配合发电工作原理：双馈风力发电机运行时电机转速与定、转子绕组电流频率的关系如下：f1=P/60×nf2，f1为定子电流频率，与电网相连，与电网频率保持不变（50HZ），P为极对数，n为定子转速，f2为转子电流频率，变频器通过n的变化调节f2控制f1不变，实现了变速恒频双馈控制。变频器根据转速的不同，有三种运行状态：亚同步状态：额定转速n1=1500rpm，当nn1时，f2取+向，网

16、侧变频器运行在整流状态，机侧变换器运行在逆变状态，能量从电网流向发电机转子侧；同步运行状态，额定转速n1=1500rpm，当n=n1时，转子电流励磁频率f2=0，表明通过转子绕组的电流频率为0，即为直流励磁电流；超步运行状态，额定转速n1=1500rpm时，当nn1时，f2取-向，定转子同时发电向电网输送电能，实现双馈发电。3.2变频器的保护措施：分为软件保护和硬件保护两种。3.2.1软件保护：一级故障保护方式，直接封锁PWM输出，停机脱网,其故障类型有：功率模块故障、定转子过流、直流母线过、欠压、转子接地故障检测、光电编码器脉冲丢失、机侧电网电压瞬时不稳定；二级故障保护方式：降载到0，封锁P

17、WM输出，停机脱网。其故障类型有:电网电压有效值过、欠压，电网电流过、欠频，IGBT温度高、低保护，转子过载检测、CANBUS通讯故障、发电机超速、欠速。3.2.2硬件保护：分为chopper电路保护和crowbar电路保护。chopper电路是利用直流斩波器、可调泄放电阻控制直流母线电压在稳定范，在直流侧进行能量泄放；有源crowbar电路是利用泄放电阻电路，增大转子侧电阻的方法，泄放转子侧多于的的能量（当电压跌落时，定、转子电流急剧增大，通常为正常电流的2到3倍）。只有当直流母线电压、电网电压或转子侧电流满足限值时，chopper电路和crowbar电路才会触发，否则该电路切除。3.2.3

18、软硬件保护协作：在电压跌落小于50%，主要靠软件调制；在电压跌落大于50%主要靠硬件泄放能量。3.3变频器控制策略：PWM变换器控制策略多为矢量控制，电网电压矢量定向的同步旋转坐标系控制法，通过旋转坐标将三相直流信号进行解耦（整流）转换为两相直流信号，采用PI控制器（比例积分双闭反馈环控制，比例积分为了消除电流信号的静态误差，把反馈值变得更加稳定）进行控制。控制策略分为网侧控制环和机侧控制环，机侧控制环分为内外环（电流环与电压环）给定值与反馈值及旋转坐标变换控制为机侧PWM提供吻合交流电压参考值；网侧控制环分为内外环（电流环与电压环）给定值与反馈值及旋转坐标变换控制为网侧PWM生成与电网相吻合

19、的电压；3. 4故障案例分析3.4.1并网前转子电流DQ轴过流:定子传感器故障或发电机滑环损坏。3.4.2后台报转子接地故障：转子三相电流和超过门限值说明机侧模块到转子绕组出现问题，检查方法：通过机侧放电，观察机侧模块是否正常。在机侧放电过程中，通过示波器观察转子三相电流是否平衡，如果平衡则转子侧主电路某项对地绝缘可能出现问题。测量转子对地绝缘，检查转子防雷和转子绕组滑环。3.4.3Chopper短路故障故障原理：如果软件检测到直流母线电压低于门限值较多（1000V），如果Chopper主电路有短路情况，用万用表测试二极管是否导通，如果不导通可能为IGBT 间击穿，需要更换IGBT。3.4.4

20、Chopper驱动故障原理：IGBT驱动板故障反馈信号异常，首先检查故障反馈光纤，亮则正常；检查光纤连接是否有问题，并观察驱动板电源指示灯是否常亮。如果不正常，用万用表打到直流档，测量单相驱动板电源是否正常，如果电源为15V左右则正常，否则可推断驱动板故障，需要更换驱动板。3.4.5 IGBT模块爆炸原因：程序设计、保护方面缺陷导致爆炸；过压、过流；IGBT吸收电路故障；根据现场采集数据判断；母线电压、机侧电流、网侧电流变化异常都会引起IGBT模块爆炸。3.4.6低电压穿越问题：在电压跌落瞬间，定子侧电压发生突变，转子侧感应出较高电动势，形成转子冲击电流，上升速度很快通常几个ms就能达到最大值

21、，准确的电压测量和快速的响应及适合的crowbar释放电阻，是及时安全释放的重要条件。其次跌落过程采用适当的控制策略可以使系统快速稳定，并根据需要发出一定的无功或有功。电网在625ms内电压跌落至20%左右，且在3s内能恢复到90%以上时，在此低电压范围内风机未脱网，变频器发电机未损坏，说明风机具备合格的低电压穿越功能。4、 主控制系统4.1主控系统功能：主控系统控制设备和功能：变桨控制、变流控制、并网脱网控制、偏航解缆控制、液压系统、远程通讯、人机界面交互、设备状态和环境监控、日志报警及故障处理。主控系统在整个风机系统中，起着中心控制功能，如同大脑，在风机整体架构的基础上，通过控制思想将变桨

22、、变流有机的协调起来，实现机组的自动发电控制。4.2主控的组成:由硬件部分和软件部分组成。硬件部分（电气）：是主控系统的实物载体，与风机中的各种外围设备如发电机、齿轮箱、液压站、变桨系统、变流器等之间形成电气连接，收集反馈信号,并根据相应的动作逻辑，确保主控系统良好地控制各种外围设备，使各设备能够相互谐调配合运行。软件部分（程序和算法）：主控程序分为主程序和辅助程序，发电程序为主程序，其他部分作为辅助程序。（详见主控程序主流程架构图）；控制算法的目的：保证风力发电机组的发电量最大化的同时有效的抑制风机的振动、减小载荷、使风力发电机组平稳、有效的运行。算法主要工作任务：基本控制策略与优化控制策略

23、的研发，程序的仿真调试、现场实验与应用、数据分析评估，从而再次改进控制策略。风机控制系统的基本参量包括四个可控参量：转速、转矩、桨距角、功率以及一个不可控参量：风速。其中风速和转速是可以通过传感器测量的变量，转矩和桨距角是控制手段，转速和功率是最终的控制目标。算法研究的内容便是以风速变化为基础，通过转矩与桨距角来控制风力发电机组的转速、功率，在风机平稳运行的同时，保证最大发电量与较小的载荷。4.3控制策略：4.3.1初级阶段控制目标:低风速下，跟踪最优功率曲线以获得最高的风能转换效率，捕获更多的能量；高风速时，通过变桨控制，限制转速使功率输出保持恒定，风机运行更加平稳。4.3.2高级阶段控制目

24、标：初级阶段的控制策略是基本的发电控制策略，但是控制系统的目标不仅仅是最大限度的发电，还应从风电机组整体的载荷和振动特性考虑如下的控制需求：通过变桨和转矩控制中参数的优化使系统避免承受不必要的载荷；利用滤波过滤掉风中带来不利于风机平稳运行的频率信号；在风机运行时考虑根据传动系统和塔架振动情况，利用各类加阻策略实现风力发电机组对振动、载荷的控制。4.3.3控制策略案例学习。4.4主控二次图纸识图方法详细讲述。5、 变桨系统5.1变桨系统基本结构和功能：u系统供电： 电网供电供电、后备电源供电。 驱动机构：驱动器（变频器）、电机。 状态监控：温湿度、IO、通讯。后备电源管理：超级电容（蓄电池）、充

25、电器及测量模块。系统通讯：与主控通讯、变桨内部通讯。安全链路：电气回路、软件控制。EMC：主电、安全链及通讯防雷。维护操纵：手动操作盒、紧急按钮。 5.2 三一电气1500kW机型技术指标：电压波动380VAC±10%；电网频率50Hz±2%；工作温度-3050；变桨角度范围087.5°；额定变桨速度5°每秒；紧急收桨速度10°每秒；额定转矩35Nm；精度0.01°；柜体防护等级IP54。5.3 主要元器件功能介绍：变桨控制器：手动信号采集、两个隔离的can通讯端口、读取冗余编码器角度，对角度偏差进行判断、对变桨内外部通讯进行判断。变

26、桨驱动器：通用变频器、IO检测功能、电机定位控制、无反馈输出模式。超级电容：变桨备用电源，额定扭矩下收桨两次、过温过压检测。电容器：远程开关功能、短路保护。交直电源：230VAC变24VDC、控制系统主电源。170-440CDC变24VDC、控制系统辅助电源。冗余编码器：桨叶实际角度检测。限位开关：90°和94°限位、双常闭触点。5.4变桨系统工作模式：初始化模式：通讯、IO等初始化、总线启动。手动模式：手动控制轴顺逆时针转动、设置零点。等待模式：变桨系统无故障，等待主控发送正常运行指令。正常模式：接收并执行主控角度和速度指令，系统正常运行。故障模式：系统检测到故障、安全链

27、断开、可分为闭环顺桨和开环顺桨两种模式。5.5常见故障及处理方法：5.5.1变桨系统安全链断开：（检查顺序由故障点开始由近到远检查）查看控制器控制安全链状态、查看各驱动器控制安全链状态、检查主电空开附触连接、检查安全链防雷、检查滑环及接线。5.5.2备用电源未准备就绪：查看电压监控单元状态、测量电容电压、查看直流接触器状态、检查检查快速熔断器状态、查看充电器状态。5.5.3无法手动变桨：查看驱动器工作状态、查看限位开关状态、查看各冗余编码器工作状态、查看控制器是否上电工作、查看手动操作盒好坏。6、 传动、液压、偏航系统6.1传动系统主要结构及作用：结构包括：主轴、轴承支撑、增速机、制动器、联轴

28、器、发电机。组要作用：把风轮传递过来的机械能传递给发电机，转换为电能，并把风轮传来的载荷传递给塔架。6.1.1主轴：主轴部件主要组成：主轴，主轴支撑座，轴承密封几个部分组成。有些机型把风轮机械制动机构也放在轴承座上。主轴部件主要作用：把风轮传来的风能传递给增速箱，承受大部分或所有风载（除转矩外）。6.1.2主轴支撑：主轴支撑座主要包括主轴轴承和轴承座，常见配置都是一个主轴轴承配一个轴承座，也有一些特殊机型两个主轴轴承座联在一起或轴承座与机舱做成一体的。见上面主轴简介中的两点支撑和一点支撑方式。主轴轴承由于受力较大且复杂，一般采用进口轴承，目前常采用的有以下几种轴承：调心滚子轴承，圆柱滚子轴承，

29、双列圆锥滚子轴承，CARB轴承等。为了预防轴承损坏，一般在轴承座上还配装有轴承温度传感器和振动传感器，以检测轴承是否工作正常轴承座一般采用球墨铸铁铸造而成，具有好的抗震性和低温性。6.1.3主轴密封：主轴轴承一般有两种润滑方式，一种是油润滑，另一种是脂润滑，主轴密封结构较多，油润滑常见的是油封密封，脂润滑常见的有毛毡、双V形密封圈、迷宫密封+V形密封、迷宫+油封、油封、双油封、双油封+V形密封等，几种典型密封形式如下图示。其中毛毡密封，双V形密封由于密封效果较差，目前使用较少。V形密封圈和油封常用材料一般为NBR（丁腈橡胶），HNBR（氢化丁腈橡胶），其中HNBR使用温度范围较大，耐磨损。价格

30、较贵。在国电曾出现主轴轴承由于主轴承密封圈泄漏太多，从而导致轴承内的润滑脂都漏光了，主轴轴承出现干磨，高温的现像，最终导致轴承报废的严重后果。他们原来采用的是双V形密封圈背靠背安装。采用此结构的还有广东明阳等厂家，目前已都更改为油封密封。6.1.4增速机总成增速机总成主要包括增速机，减震器，滑环等部件。6.1.4.1减震器：轴瓦式减振支撑减振垫为橡胶内置钢片主要参数是阻尼和刚度。需做防共振及变形校核，可承受上下，左右的径向力，一般用于三点支撑传动系统；块状减振垫支撑，可为碟簧或块状橡胶夹钢片只能承受上下的力，一般用于两支撑和一点支撑方式。6.1.4.2轮毂滑环：把通向轮毂内随风轮转动的动力电缆和信号电缆通过滑环变成相对机舱静止的输出电缆；由于电缆在主轴和增速机内是同步转动，故电缆在主轴和增速机内壁摩擦，易把电缆外皮磨损。故在电缆主轴端部加有线夹。在主轴和增速箱内加有线管并与电缆固定。以防止电缆磨损。6.1.4.3联轴器总成包括：高速轴制动器、联轴器、联轴器护罩。联轴器作用：由于齿箱高速轴与发电机输入轴在安装时，不可能调到完全对心，联轴器允许两轴有微小偏心而不会产生较大振动和噪音，其次联轴器还具转矩过载保护和绝缘保护的功能。 联轴器偏心量计算方法：联轴器偏心分三种情况角向偏差Kw、轴向偏差Kr、径向偏差Ka。Kw/1.5+Kr/15+Ka/8&l