风电机组偏航软启动技术应用案例

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风电机组偏航软启动技术应用案例在役老旧风机偏航系统主要采用主动偏航驱动的形式，其中以偏航电机为主进行驱动，电网供电经过接触器连接至偏航电机，并通过调相实现换向。

目录

一、背景

对于塔架上方的机舱及风轮具有较大惯量，上述的偏航方案对传动机构伤害较大，加之现场偏航电机数量有所减小，导致启动负载增加；暴露出的问题主要包括：（1）启动和停止过程为硬启动；（2）地形原因导致的湍流较强；（3）风机偏载导致的齿轮受载增大；（4）连接法兰和刹车盘摩擦系数改变。因此，将老旧机组进行偏航软启动改造对提高设备运行可靠性，提高零部件使用寿命是非常必要的，对风电场降本增效具有重要意义。

二、应用案例

2.1 技术方案设计

针对上述老旧风机偏航系统存在的问题，设计偏航软启动系统，旨在减小偏航启动和停止命令过程中减速箱和齿轮之间的冲击，降低传动系的载荷。本方案针对华电辉腾风电场的G52-850Y机型设计，偏航软启动系统方案如下：

2.1.1 机组信息

Ø 电机额定功率：2.2kW

Ø 电机额定电压：690V AC

Ø 电机额定电流：3.0A

Ø 电机额定转速：925rpm

Ø 偏航轴承齿数：135

Ø 减速箱齿数： 11

2.1.2 系统组成

柔性偏航系统包括：偏航驱动器、制动电阻、加热器、风扇、接触器、热继电器等。

在原有电气原理图的基础上进行修改，保证机舱图纸的完整性和可读性。方案中增加的变频器等硬件安装于独立的控制柜，控制柜满足IP54防护等级，在保证原机舱柜的防护等级的前提下，安全可靠地安装在相应位置，保证检修人员日常操作的便捷性。设计图纸如图2和图3所示：

设置变频器的启动斜率，达到软启动的功能，其中硬启动与软起动的时间差可以设置在100ms（具体根据现场运行情况进一步调整），性能对比示意图见图4。

综上所述，传统偏航硬启动对偏航传动系统的损害较大，不仅增加了大部件的运行维护成本，更是影响机组的安全运行。偏航软启动可以直接减小偏航传动系统损伤，延长其使用寿命。

2.2 技术方案主要效益

该技术方案成功应用并测试，用振动分析仪采集技改前后执行偏航动作时的振动数据进行对比，测试结果表明该技术方案可有效地减小机舱径向的振动。

三、技术要点

大型风电机组主要采用主动偏航驱动的形式，其中直接给偏航电机供三相电进行驱动为主要供电形式。其缺点主要是启停冲击较大、启动电流大且速度与力矩恒定不可控。而采用该方案中偏航软启动控制系统，则有如下技术优点：

1）采用变频器一拖多的形式实现电机的变频控制，具有响应快和DTC过载能力强的特点，并且变频器具备高电压穿越能力；

2）现场施工简单，不改变原系统控制逻辑，用变频器替换主回路中的接触器，并将控制信号和反馈信号接入变频器IO端子；

3）减少偏航启动时的偏航电机小齿轮对偏航轴承齿圈的冲击，降低机组偏航工况的振幅，延长减速箱及偏航轴承的使用寿命，降低偏航减速机螺栓松动的风险，降低偏航轴承螺栓松动的风险；

4）可适当降低偏航制动器背压值，减小刹车片的磨损，进而延长刹车片的维护周期。

四、应用前景

据国家统计局数据统计，2020年底达到了历史性的281.72GW，相对于2019年增长了34.6%，装机量达到了近年来的峰值。2019年，运行五年以上的机组占比约48%；2020年底，初步估计约占到50%，运行超过5年的机组预计超过140GW。据统计数据表明，风电机组偏航系统故障率可达6.7%，因该系统故障而导致的风电机组停机比例占总停机的13.3%，故障时间占比过高严重影响了风电机组运行的安全可靠性。某风电场运行数据表明，偏航系统在年平均发生故障统计次数与单位容量年损失电量的2项数据统计中都位列前三。

根据以上数据及中国“双碳”战略可以看出，风电行业后市场存量相当巨大。并且偏航系统的高故障率，使得偏航系统各大部件本身成本较高，加之吊装和电量损失，维护费用可能高达数百万。该应用不仅可以大大减低大部件损坏的概率，还可以减低偏航系统故障率，进而可以节省上百万的支出。