摘. . 要：近年以来，我国投资生产的风电机组的规模不断扩大，针对该发电产业的风电机组有关实验、运行与维护、可靠性等方面的研究一直深受重视。风电机组的故障分析与诊断，是发电产业不能忽视的环节，可以帮助风电机组更好地运行，同时有利于进行产品管理、产品维护设计，意义重大。因此，本文针对大型风电机组的故障模式、故障诊断问题进行了探讨，同时还分析了风电机组的故障原因并提出了相关的改进措施，期望能为风电机组的故障问题解决提供一定经验。
关键词：风电机组；故障模式；统计分析；故障诊断引言当前，我国拥有的风能资源以及风能利用率在世界排名前列，是我国自《可再生能源法》实施以来最具有发展前景的能源行业。根据相关资料显示，目前我国风能利用使用的风电机组，寿命一般在二十年左右，但保修期一般只有两年。当风电机组使用时长达到一定，运行时就会产生各种故障，导致发电量减少甚至无法运行，且由于风电机组工作环境的复杂性，故障分析与总结是十分必要的，能够帮助指导维修，降低维修难度与维修成本。
1 风电机组基本原理与故障特性
1.1 基本原理
风电机组运行，一般是通过机组叶片随风转动，将风能转化为机械能，再由主轴带动发电机旋转，将机械能转化为电能的过程。完成此过程之后，电能经过变压器被输送到电网，发电流程全部结束。一般，风电机组内可以分为双馈式风电机组、永磁式风电机组、半直驱式风电机组三类，判断的标准在于机组内部是否安装了增速箱，第三类风电机组内部含有小增速箱，但市面上较少出现。
1.2 故障特性
风力发电场所一般自然环境较为恶劣，风电机组受天气、风速等影响较大，在工作时面临的工况复杂，很容易导致风电机组的重要零件受到损害产生故障，影响风电机组运行，对风能转化造成重大损失。
通常而言，风电机组内部机械、电气零部件以及化学剂、油脂等都维护都较为不易，如果发生大故障，容易引起火灾、触电或机械伤害等，甚至设备直接报废，严重时对人的生命及财产安全都影响重大。同时，由于风电机组分布较散，检修范围大，通常故障后难以立即被发现，维护难度、维护成本也很大。
2 风电机组故障分析
2.1 叶片故障
风电机组的叶片是风电机组将风能转变为机械能的关键零部件，当机组工作功率较大时，叶片由于工作环境较为恶劣，受天气影响，加上长期运行，很容易导致故障。通常，风电机组叶片产生的故障主要是以下几种情况：第一，叶片的梁帽强度较低，导致叶片断裂；第二，叶片尖端强度较低，导致接闪器、尖部脱落；第三，叶片前后缘粘结度较低，导致叶片开裂；第四，叶片脱腹板受到压力，发生断裂；第五，叶片连接处理差，导致螺栓磨损或断裂。当叶片发生故障后，风电机组性能受到影响，且随着故障积累，叶片受损乃至失效的概率大幅上升。
2.2 齿轮箱故障
齿轮箱是风电机组重要的连接部件，是通过齿轮，将风电机组主轴来将较低的叶片转速提高至一定水平的发电机转速。通常，齿轮箱工作情况、内部结构、受力受载等都会影响其使用性能，可能会导致齿轮磨损、擦伤、点蚀、断裂等故障，如果齿轮箱故障，那么风能转变为机械能的效率毫无疑问会降低甚至无法正常运行。当前，风电机组的发展对齿轮箱的技术要求也日益增高，在大型风电机组中，齿轮箱的故障概率也较大，而一旦故障，机组停用损失也较大。
2.3 轴承故障
轴承是风电机组的关键零部件之一，通常在运行过程中会产生振动，当振动的幅度或频率较大时，有可能造成风电机组其他零部件甚至连接部件的损失，对设备安全使用以及运行造成不良影响。通常，轴承故障有以下几种情况：第一，叶片受力不均，引发风机、轴承振动；第二，风道系统振动，带动轴承振动；第三，润滑以及冷却不佳，导致轴承过热，运行损耗变大，使用寿命缩短。
2.4 发电机故障
风电机组中的发电机，是将叶片机械能转为电能、实现供电的核心零部件，长期在变化的工况以及电磁场工作，故障频率也较高。一般，常见的故障包括以下几种：如发动机振动、发动机油温异常、转子 / 定子短路、转子断裂等；导致故障原因通常是以下几种：如螺栓松动、油路堵塞、轴承磨损、线路接触不良等。
3 风电机组故障诊断及维护措施
3.1 风电机组故障诊断方法
当前，国内针对风电机组的故障诊断，采用的基本方法是故障树分析法，运用FMEA模式进行分析。故障分析基本流程包括以下几点：
第一，将风电机组划分为数个故障系统，涵盖发电机、风轮、传动系统、电气系统等。第二，应用故障树方法、FMEA 模式对各系统故障进行分析，得到数据分析报表。第三根据分析结果得出风电机组的故障模式、故障影响、故障概率、故障因素等，针对性地制定出处理措施。
第四，结合实际，对得到的故障维护措施加以优化，然后应用。
3.2 风电机组故障维护措施
（1）叶片
当前，叶片裂纹检测使用的方法为声发射检测技术，对于因外力导致的裂纹乃至变形检测敏感，会及时释放高频、瞬态声信号，然后通过传感器、放大器信号采集器等进行处理，找到裂纹的准确位置以及开裂状态。当叶片受损状态较轻时，可采用一定连接技术进行修补，当裂纹较大时，由于叶片较重，必须及时替换，以免影响设备安全运行。
（2）齿轮箱
在大型风电机组中，齿轮箱的故障频率一般较高，当发生故障之后，维护成本与维护难度都较大，造成的损失也严重。通常，排除齿轮故障的主要方法是及时清洁、科学润滑，保证齿轮在干净的环境下运行，去除了灰尘、杂质等物，对齿轮的磨损或侵蚀会降低，同时注意油量控制，不要空油、少油运行风电机组。
（3）轴承
轴承故障的原因多种多样，所以针对不同类型故障，维护方式一般包括以下几种：第一，及时清洁叶片、修复叶片，平衡叶片中心；第二，调节风道系统扩散筒的支撑点；第三，注意润滑剂合理使用，避免少量或过量，保证轴承正常温度；第四，轮毂侧轴承采用压缩空冷，注意根据温度调整压缩空冷强度，实现轴承合理控温。
（4）发电机
前文提到，导致发电机产生故障的原因主要包括螺栓不紧、油路堵塞、轴承磨损、线路接触不良等。针对这些情况，发电机故障维护主要采用方式包括：及时清洗清洁发动机、注意检查螺栓松紧度、适当减轻电机负荷量或负荷时长、及时更换新的元器件等。
4 结论
总的来说，风电机组对风能发电意义深远，但使用过程中也会产生不少故障，必须通过合理的故障诊断方法来及时发电并采取维护措施。本文主要针对风电机组的运行原理、故障特性进行了介绍，分析了风电机组的故障类型，并提出了几点简单的维护措施。风电机组的故障诊断，主要通过振动信号收集，分析故障类型及原因，然后开发维修策略与方法并优化应用。
参考文献：
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