风力发电机电气故障诊断及维修实例分析朱刚1 周艳华2（1.神华国华江苏风电有限公司；2.江苏省东台市供电公司江苏东台224200）Abstract: The wind turbine integrated computer, automatic control, optical fiber communication, the technical achievements of the power frequency converters, servo drives, precision, detection, and new mechanical structure, high flexibility, high precision and a high degree of automation features. In today's energy industry, almost all managers and technical staff have been recognized that wind turbine with conventional forms of electricity generation in alternative energy and environmental protection are unmatched advantage, universal access to wind power technology is the future of human survival and development the only way.Keywords: wind turbine fault diagnosis maintenance instance风力发电机综合了电子计算机、自动控制、光纤通信、电力变频变流、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度和高度自动化的特点。
在当今能源行业，几乎所有的管理者和技术人员都已经认识到风力发电机在能源替代和环境保护等方面都有着常规发电形式所无法比拟的优势，全面普及风力发电等新能源技术是未来人类生存和发展的必由之路。
既然作为一种机电一体化的复杂系统，出现各种各样的故障亦是必然，如何在现场条件下正确、快速地分析故障原因，发现故障部位进而快速处理故障，使故障风机恢复正常投入运行，提高设备的可利用率，是现场维修人员需要深入探讨的问题。
1 风力发电机电气故障的分类风力发电机的电气故障可按故障的性质、现象、原因或者后果等进行分类。
根据故障发生的部位不同，可以分为硬件故障和软件故障；根据故障出现时有无指示或信息提示，可分为有诊断指示故障和无诊断指示故障；根据故障出现时有无破坏性，可分为破坏性故障和非破坏性故障；根据故障出现的必然性，又可分为系统性故障、随机性故障和提示预警信息等。
2 常见电气故障诊断方法风力发电机作为一个高度自动化的控制系统，故障现象必然千变万化，其原因往往较复杂，不能简单的以表象来看待。
同时，风机控制系统自诊断能力还不能对系统的所有部件进行测试，自控系统具有的人工智能和无形特性，不能将故障原因定位到具体的元器件上，往往是一个故障代码（或子代码消息）指示出众多的故障原因，寅生出许多关联或附带的代码，很难入手。
有经验的维修人员可能通过故障发生时各种异常现象的观察来排除故障，如有无火花、有无异味、有无焦糊味等，将故障范围缩小到一块印刷线路板或一个模块。
查看热继电器、熔断器、限位开关等保护类电器是否已动作，通过目测故障线路板、自己检查有无元器件烧坏、开裂等现象，必要时借助于万用表甚至示波器等仪器，从而判定有无过流、过压、短路、超温和正常波形等。
还可以用手触摸元器件有无松动，以此检查一些虚焊、断裂问题。
这种直接观察的方法可以快速确定故障部位，但对于较复杂的、没有外部异常特征的故障往往无能为力，这时，我们可以采用一些方法，帮助我们分析和排除故障。
（1）部件交换法。
所谓部件交换法就是在分析出故障大致起因的情况下，维修人员可以利用备用的印刷电路板、模块、传感器、继电器、集成电路等替换有疑点的部分，甚至用控制系统中已有的相同类型的部件来直接替换，从而把故障范围缩小到印刷线路板单元或芯片一级某一元件。
这实际上也是在验证分析的正确性。
但在备板替换之前，应仔细检查备板是否完好，备板和原板的故障代码状态是否一致。
这包括印刷电路板上的开关、端接端子的设定是否一致，程序版本、功能设臵或硬件参数是否一致，以及可调整器件的位臵都应相同。
（2）接口状态检查法。
现代电控系统都将PLC集成于其中，而电控系统与PLC之间则以一系列接口信号形式以某一特定协议相互通讯联接。
有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入输出PLC上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在LCD、CRT等人机界面上显示，而所有的接口信号都可以用厂家专用的诊断软件或编程器调出。
这种检查方法要求维修人员既要熟悉风机电控系统接口信号，又要熟悉PLC编程器应用和通信协议，更重要的是必须有专用诊断软件和使用授权。
（3）参数调整法。
风力发电机的电控系统的PLC及伺服驱动系统都设臵了许多可以修改的参数，以适应不同的运行工况和功能状态要求。
这些参数不仅使电气系统与具体风机相匹配，而且更是使风机各项功能达到最佳化所必需的。
因此，任何参数的变化，甚至丢失都是不允许的，尤其是那些模拟量参数和数字使能命令。
而随着风机的长期运行所引起的机械或电气性能的变化，会打破机组投运时的最初匹配状态和最佳化状态。
（4）快照分析法。
现代风力发电机无一例外都设计有计算机自动化控制系统，故障诊断软件的使用非常有效，风机正常运行时各种动态参数和故障前后的参数变化都是被实时记录的，故障事件数据或事故现场状态重放还具有计算机系统特有的不可抵赖性（数据真实）。
风机故障数据快照功能给我们维修处理工作带来很大的方便，通过对风机的运行中和故障前后的电量、非电量数据形成的模拟量和开关量进行分析、甄别，高级维修人员利用测试工具软件可以找出其中的规律成分，便于快速确定故障性质，判别故障范围和具体部件。
只要具有坚强的自信心、缜密的分析思路、正确的诊断步骤及认真的检查测量，借助一定的仪器仪表和自检软件，任何故障都不会难住维修者。
3 维修实例分析下面针对通用电气风能公司制造的GE1.5型风力发电机系统在运行和维护过程中遇到的三个故障现象进行实例分析和具体处理，为现场维修人员提供故障检查的方法和分析问题的思路。
该风机为双馈变速恒频型，水平轴结构，配备了巴赫曼公司M1电控系统和GE公司自行研发的电力变频器和变桨变流器系统。
实例1：变桨系统故障，#1叶片控制系统冷复位不成功故障现象：变桨变流器（Converter）内部直流母线滤波电容击穿，报主代码274、144故障分析：由于复位风机系统时，#1叶片不能回到到待风位臵，而是固定在89度，故将轮毂变桨系统24V直流电源断电，重启后系统自检无效，故障依旧并加报360代码。
手操器变桨除#1叶片仍不受控外，#2、#3叶片动作正常。
打开#1叶片变桨驱动控制箱，里面散发出浓烈的电子器件焦糊味，但不能确定是何器件故障。
检查变桨变流器输出端A1为异常直流36V，T2为正常0V，电网经降压整流后向变桨变流器提供直流电源的接触器K23释放，变桨电机接触器K21释放，电池供电紧急变桨接触器K22释放。
测量所有接触器绕组和熔断器均正常，动力回路无短路现象。
K21、K22和K23基本回路见图1。
图1 变桨电机直流电源回路根据K23释放的现象，判断变桨变流器控制板和外围硬件存在异常。
因为变流器上电后即进入内部自诊断程序，如变流器软硬件无异常，变流器内部的微处理器即根据变桨主控制器AEPA 的使能指令，控制K23吸合，向变流器直流母线预充85V的直流动力电源，K21也在自诊断无异常后吸合，将变桨电机接入变流器输出端，为变桨做准备。
K22和K23为二选一逻辑，同一时间只能一个吸合，防止电网提供的85V直流电压误接入电池。
由于K23在未吸合情况下，变流器输出端A1即有36V电压，说明内部存在异常。
做好安全隔离措施后，拆下变流器组件，打开组件外壳检查，发现直流母线滤波电容击穿2只（电解液溢出），变流器微处理器/场效应管驱动板上标号为C32贴片电解电容烧毁，标号U4（型号IX6R11S3）的贴片集成电路（变流管桥臂驱动电路）管脚全部击穿。
解决方法：更换新的GE变桨变流器组件，检查全部强弱电接插件无异常后送上直流24V、48V以及400V交流电源，变桨系统等待自诊断（代码359），此时不可进行复位操作，等自诊断结束后，AEPA-BPPB板红色故障灯亮，此为变桨控制系统尚未复位，与机舱PLC通信尚未建立同步和授权的现象，在机舱TOP-BOX 上按复位按钮后，变桨变流器随即启动，AEPA-BPPB板红色故障灯熄灭，TOP-BOX故障代码消失。
进入手动变桨模式，检查三个叶片角度是否存在误差，如有误差则需对#1叶片调零，消除误差。
实例2：变桨系统故障，三个叶片均手动变桨失败，控制器断电冷复位不成功故障现象：轮毂中央箱控制板AEPC-BPPB，变桨控制驱动箱AEPA-BPPB板和通信交换机N-Tron508TX不上电（代码274、275、276、359、360）故障分析：微电子电路的故障检查，工作电源电压检查是首要的项目。
根据GE1.5风机原理图和PCB板卡图，由轮毂内控制系统的直流电源供给电路可以看出，变桨系统直流电源电压有85V、48V、24V、15V、5V和3.3V六个等级，有的是单元独立供电，有的是逐级降压稳压供电，单元回路之间还存在有逻辑制约关系。
另外，24V电源又分为不可控直供和可控延时两路，检查故障前必须对轮毂直流供电电路的来龙去脉有充分了解。
根据故障现象，先测量中央箱AEPC板上插件TB1的#1端子有24V直流电压，说明机舱经滑环送来的P24V电源正常；#3端子上P24SW 无电压，说明因变桨存在故障，由安全链提供的电源被关闭了。
测量AEPC板J2插件的#17端子电压为0V，继续测量#1叶片变桨控制柜AEPA板J1插件的#17端子电压亦为0V，说明P24SW 电源确实丢失。
根据直流供电回路原理，P24V和P24SW实际上为同一电源，仅仅存在可控与不可控的区别，见图2。
图2 AEPA板P24和P24SW电源原理变桨系统之所以设计有可控延时和不可控直供两路电源，是因为模拟电路和数字电路各自具有的时延特性决定的。
为了变桨控制系统的一部分电路上电自诊断需要，自诊断程序开始前，某些模拟电路需要提前加电并进入稳态，对各模拟量进行检测，这样可以避免程序控制的数字电路对其进行判断和自诊断时，就不会存在“工作步调不一致”或互相干扰等造成的上电自诊断出错现象。