風電機組偏航軟啟動技術應用案例

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風電機組偏航軟啟動技術應用案例在役老舊風機偏航系統主要採用主動偏航驅動的形式，其中以偏航電機為主進行驅動，電網供電經過接觸器連接至偏航電機，並通過調相實現換向。

目錄

一、背景

對於塔架上方的機艙及風輪具有較大慣量，上述的偏航方案對傳動機構傷害較大，加之現場偏航電機數量有所減小，導致啟動負載增加；暴露出的問題主要包括：（1）啟動和停止過程為硬啟動；（2）地形原因導致的湍流較強；（3）風機偏載導致的齒輪受載增大；（4）連接法蘭和剎車盤摩擦係數改變。因此，將老舊機組進行偏航軟啟動改造對提高設備運行可靠性，提高零部件使用壽命是非常必要的，對風電場降本增效具有重要意義。

二、應用案例

2.1 技術方案設計

針對上述老舊風機偏航系統存在的問題，設計偏航軟啟動系統，旨在減小偏航啟動和停止命令過程中減速箱和齒輪之間的衝擊，降低傳動系的載荷。本方案針對華電輝騰風電場的G52-850Y機型設計，偏航軟啟動系統方案如下：

2.1.1 機組信息

Ø 電機額定功率：2.2kW

Ø 電機額定電壓：690V AC

Ø 電機額定電流：3.0A

Ø 電機額定轉速：925rpm

Ø 偏航軸承齒數：135

Ø 減速箱齒數： 11

2.1.2 系統組成

柔性偏航系統包括：偏航驅動器、制動電阻、加熱器、風扇、接觸器、熱繼電器等。

在原有電氣原理圖的基礎上進行修改，保證機艙圖紙的完整性和可讀性。方案中增加的變頻器等硬件安裝於獨立的控制櫃，控制櫃滿足IP54防護等級，在保證原機艙櫃的防護等級的前提下，安全可靠地安裝在相應位置，保證檢修人員日常操作的便捷性。設計圖紙如圖2和圖3所示：

設置變頻器的啟動斜率，達到軟啟動的功能，其中硬啟動與軟起動的時間差可以設置在100ms（具體根據現場運行情況進一步調整），性能對比示意圖見圖4。

綜上所述，傳統偏航硬啟動對偏航傳動系統的損害較大，不僅增加了大部件的運行維護成本，更是影響機組的安全運行。偏航軟啟動可以直接減小偏航傳動系統損傷，延長其使用壽命。

2.2 技術方案主要效益

該技術方案成功應用並測試，用振動分析儀採集技改前後執行偏航動作時的振動數據進行對比，測試結果表明該技術方案可有效地減小機艙徑向的振動。

三、技術要點

大型風電機組主要採用主動偏航驅動的形式，其中直接給偏航電機供三相電進行驅動為主要供電形式。其缺點主要是啟停衝擊較大、啟動電流大且速度與力矩恆定不可控。而採用該方案中偏航軟啟動控制系統，則有如下技術優點：

1）採用變頻器一拖多的形式實現電機的變頻控制，具有響應快和DTC過載能力強的特點，並且變頻器具備高電壓穿越能力；

2）現場施工簡單，不改變原系統控制邏輯，用變頻器替換主迴路中的接觸器，並將控制信號和反饋信號接入變頻器IO端子；

3）減少偏航啟動時的偏航電機小齒輪對偏航軸承齒圈的衝擊，降低機組偏航工況的振幅，延長減速箱及偏航軸承的使用壽命，降低偏航減速機螺栓鬆動的風險，降低偏航軸承螺栓鬆動的風險；

4）可適當降低偏航制動器背壓值，減小剎車片的磨損，進而延長剎車片的維護周期。

四、應用前景

據國家統計局數據統計，2020年底達到了歷史性的281.72GW，相對於2019年增長了34.6%，裝機量達到了近年來的峰值。2019年，運行五年以上的機組占比約48%；2020年底，初步估計約占到50%，運行超過5年的機組預計超過140GW。據統計數據表明，風電機組偏航系統故障率可達6.7%，因該系統故障而導致的風電機組停機比例占總停機的13.3%，故障時間占比過高嚴重影響了風電機組運行的安全可靠性。某風電場運行數據表明，偏航系統在年平均發生故障統計次數與單位容量年損失電量的2項數據統計中都位列前三。

根據以上數據及中國「雙碳」戰略可以看出，風電行業後市場存量相當巨大。並且偏航系統的高故障率，使得偏航系統各大部件本身成本較高，加之吊裝和電量損失，維護費用可能高達數百萬。該應用不僅可以大大減低大部件損壞的概率，還可以減低偏航系統故障率，進而可以節省上百萬的支出。