风力发电机组变桨系统毕业论文

风力发电机组变桨系统的维

护与检修

毕业顶岗实习报告书

专 业：班 级：

姓 名：

顶岗实习单位： 金风科技股份有限公司

校外指导师傅：

校内指导教师：

报告完成日期：

新疆农业大学

2015年6月

风力发电机组变桨系统的维护与检修

学生姓名：

专业班级：

学生诚信签名：

完 成 日 期:

指导教师签收：

摘 要

能源、环境是当今人类生存和发展所要解决的紧迫问题。传统的化石燃料虽能解决能源短缺的问题，却给环境造成了很大的破坏，而风能具有无污染、可再生、低成本等优点，所以其受到世界各国的重视。

可靠、高效的风力发电系统的研发己经成为新能源技术领域的热点。然而，因为风能具有不稳定性、能量密度低和随机性等特点，同时风电厂通常位于偏远地区甚至海上，自然条件比较恶劣，因此要求其控制系统必须能够实现自动化运行，并且要求控制系统有高可靠性。所以对风力发电机组尤其是大型风电机组的控制技术及风力发电后期的维护和检修就具有相当重要的意义。

本文首先在对风力发电原理，风电机组研究的基础上从变桨距风力机空气动力学研究入手，分析了变桨距控制的基本规律，再结合目前国内主流的变桨距控制技术分别设计出了液压变桨距控制，电动变桨距控制的方案，变桨距风机的维护和检修，最后在此基础上提出了一种较为理想的控制策——半桨主动失速控制。

关键词：变桨距控制，维护，检修

目录

一 顶岗实习简历 ...................................................................................................................... 1

二 顶岗实习目的 ...................................................................................................................... 1

三 顶岗实习单位简介 .............................................................................................................. 2

四 顶岗实习内容 ...................................................................................................................... 3

第一章 变桨距系统 .................................................................................................................. 3

1.1变桨距与定桨距 .................................................... 5

1.1.1定桨距 ....................................................... 5

1.1.2 变桨距 ...................................................... 5

1.1.3定桨距与变桨距的比较 ......................................... 5

1.2 变桨距控制过程 .................................................... 7

1.3 变桨距风力机组的运行状态分析 ...................................... 8

1.3.1 启动状态 .................................................... 8

1.3.2 欠功率状态 .................................................. 8

1.3.3 额定功率状态 ................................................ 8

1.4 变桨距控制的特点 .................................................. 9

1.4.1 输出功率特性 ................................................ 9

1.4.2 风能利用率 .................................................. 9

1.4.3 额定功率 .................................................... 9

1.4.4 启动与制动性能 ............................................. 10

1.4.5对机械部件的影响 ............................................ 10

第二章 变桨矩系统的原理与结构 ..................................................................................................... 10

2.1变桨矩调节原理 ................................................... 10

2.2变桨矩系统分类 ................................................... 11

2.3 风力发电机组变桨矩驱动装置比较和选择 ............................ 14

2.3.1 液压变桨与电动变桨技术比较 ................................. 14

第三章 变桨系统日常维护 ................................................................................................................... 15

3.1 变桨轴承的基本维护 ............................................... 15

3.2 变桨驱动电机的基本维护 ........................................... 15

3.3 限位开关的基本维护 .............................................. 15

3.4 变桨主控柜和电池柜的基本维护 ..................................... 15

第四章 故障原因分析及维修 .............................................................................................................. 16

4.1变桨控制系统常见故障原因及处理方法 ............................... 16

4.2 叶片没有到达限位开关动作设定值 ................................... 16

4.3 某个桨叶91°或95°触发 .......................................... 17

4.4 变桨电机温度高 ................................................... 17

4.5 变桨失效 ......................................................... 17

4.6 变桨机械部分常见故障原因及处理方法 ............................... 18

4.7 变桨系统飞车的原因分析及预防 ..................................... 18

五 结语 .................................................................................................................................... 20

参考文献： .............................................................................................................................. 21

致 谢 ........................................................................................................................................ 22

一 顶岗实习简历

二 顶岗实习目的

风力发电专业顶岗实习是为社会培养风电人才。经过3年的专业学习，本人基本具有了风力发电相关专业的理论基础和基本检修等能力。为更好地从事风力发电行业，通过实习来达到锻炼自己专业知识的目的，使得尽早与就业市场接轨，只有这样才能在毕业后更快更好地适应社会，为经济建设服务。

实习和毕业实习报告书撰写的时间如下：

（1）2013年4月20日～2013年8月15日，在金风科技新疆总装厂进行顶岗实习；

（2）2015年6月11日～2015年6月12日，书写毕业实习报告书，并与指导教师进行沟通。检查合格，由指导教师签收顶岗实习报告；

（3）2015年6月15日～2015年6月16日，上交实习报告进行答辩。

三 顶岗实习单位简介

新疆金风科技股份有限公司(“金风科技”)是全球领先的风电设备研发及制造企业以及风电整体解决方案提供商。公司拥有自主知识产权的直驱永磁技术，代表着全球风力发电领域最具成长前景的技术路线，两次荣获美国麻省理工学院《科技评论》杂志评选出的“全球最具创新能力企业50强”。公司目前是全球最大的直驱永磁风机研制企业，同时在深圳证券交易所 (股票代码：002202)和香港联合交易所(股票代码：2208)上市。

金风科技以“为人类奉献白云蓝天，给未来创造更多资源”为企业使命。公司生产的产品不仅得到国内市场的高度认可，还进入了欧、美、澳、非等海外市场。成为国内第一、国际领先的风电制造商及风电整体解决方案提供商，同时也是全球最大的直驱永磁机组设备制造商。

3.1地理位置

金风科技股份有限责任公司位于新疆乌鲁木齐黑龙江路19号，为乌市开发区一期。这里交通便利，便于公司产品流出与原材料的流入。

3.2目前行业发展地位

金风科技股份有限责任公司现有职工4162人，公司以“为人类奉献白云蓝天，给未来创造更多资源”为企业使命，目前在地区行业中处于第一的地位，在全国处于第一的地位，始建于1998，经过16年的建设，截至2013年12月31日，金风科技全球累计装机容量超过19GW，装机台数超过14,000台，相当于每年可为社会节约标准煤约1300万吨，减少二氧化碳排放约3900万吨，相当于再造了约2100万立方米森林。 2013年1月28日，金风科技自主研发的2.5MW直驱永磁风力发电机组荣获“2011年度国家能源科技进步奖”一等奖。 2013年6月21日， 金风科技获得首届新疆维吾尔自治区人民政府质量奖。

四 顶岗实习内容

在此实习期间，我主要从事风力发电机组机舱的安装与调试岗位的工作，初期通过师傅的详细的介绍和细致的讲解，我了解了自己在大学所学的风力发电基础,风力发电机组原理与应用、风力发电机组运行维护与调试等课程对此岗实习是有帮助的，这在极大程度上纠正了我学习专业知识没有多大用处的错误观念，加大了我对专业知识的学习兴趣，并形成了对自身存在的问题进行思考并改正的优良习惯。通过自我思考我发现我还欠缺综合运用知识解决实际问题、缺乏创新性思维等能力。但是在实习过程中，我在老师的指导下,也尝试着利用自己的所学知识，对实习工作进行了一定的思考和分析，并总结如下：

第一章 变桨距系统

变桨距也就是调节桨距角。在风电机组中，通过对桨距角的主动控制可以克服定桨距被动失速调节的许多缺点。桨距角最重要的应用是功率调节，桨距角的控制还有其他优点。当风轮开始旋转时，采用较大的正桨距角可以产生一个较大的启动力矩。停机的时候，经常使用90°的桨距角，因为在风力机在刹车制动时，这样做使得风轮的空转速度最小，也能起到保护桨叶的作用。

在额定风速以下时，风力发电机组应该尽可能多地捕捉较多的风能，所以这时没有必要改变桨距角，此时的空气动力载荷通常比在额定风速之上时小，因此也没有必要通过变桨距来调节载荷。然而，恒速风力发电机组的最佳桨距角随着风速的变化而变化，因此对于一些风力发电机组，在额定风速以下时，桨距角随风速仪或功率输出信号的变化而缓慢地改变桨距角度。

在额定风速以上时，变桨距控制可以有效的调节风力发电机组吸收功率及叶轮产生的载荷，使其不超过设计的限定值。然而，为了达到良好的调节效果，变桨距控制应该对变化的情况作出迅速的响应。这种主动的控制器需要精确地设计，因为它会与风力发电机组的动态特性产生相互影响。当达到额定功率时，随着桨距角的增加攻角会减小，攻角的减小将使升力和力矩减小。此时气流仍然附着在桨叶上。高于额定功率时，桨距

角所对应的功率曲线与额定功率曲线相交，在交点处给出了所必需的桨距角，用以维持该风速下的额定功率。

这样无论在额定风速以下还是以上具有变桨距控制的风电机组就能输出额定的功率，也就是说其能输出稳定的电压。这样其产生的电能就能很容易并入电网从而被消耗

[1]。

1.1变桨距与定桨距

1.1.1定桨距

定桨距是指桨叶固定安装在轮毂上，其桨距角（桨叶上某一点的弦线与转子平面间的夹角）不能改变，风力机的功率调节完全依靠桨叶的气动特性。失速型是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高于额定值时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，以达到限制转速和输出功率的目的定桨距失速控制型风力发电机组的输出功率随风速的变化而变化，难以保证在额定风速之前最大，特别是在低风速段。这种机组通常设计有两个不同功率，不同极对数的异步发电机。大功率高转速的发电机工作于高风速区，小功率低转速的发电机工作于低风速区，由此来调整对分速度，追求最佳运行状态。当风速超过额定风速时，通过桨叶的失速或偏航控制降低对风速度，从而维持功率恒定。实际上难以做到功率恒定。这种机组的优点是调节简单可靠，控制系统可以大大简化；其缺点是桨叶重量大，轮毂、塔架等部件受力增加。

1.1.2 变桨距

变桨距是指安装在轮毂上的桨叶不是固定的，可以借助控制技术改变其桨距角的大小。机组在定桨距基础上加装桨距调节环节，使桨叶可绕自身轴转动，称为变桨距风力发电机组。变桨距调节型风力发电机为了尽可能提高风力发电机风能转换效率和保证风力发电机输出功率平稳，风力机可进行桨距调整。变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠桨叶的气动特性，它要依靠与桨叶相匹配的桨叶攻角改变来进行调节。在额定风速以下时攻角处于零度附近，此时，桨叶角度受控制环节精度的影响，变化范围很小，可看作等同于定桨距风力发电机。在额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨叶攻角，保证发电机的输出功率基本保持不变。变桨距调节的主要优点是：桨叶受力较小，可以做的比较轻巧。由于桨距角可以随风速大小而进行自动调节，因而能够尽可能多的捕获风能，又可以在高风速时保持输出功率平稳，不致引起发电机的过载，还能在风速过大（超出切出风速）时通过顺桨（桨叶的几何攻角趋于零升力的状态）防止对风力发电机组的损坏。其缺点是结构比较复杂，故障率相对较高。

1.1.3定桨距与变桨距的比较

对于定桨距风机，当功率达到最大功率后，由于它的失速特性，在高于额定风速时输出功率将下降。而变桨距风力机的输出功率达到最大值后，桨距系统仍能保持这一功

率水平。变桨距系统控制桨叶的转动，从而使风力机具有最佳的刹车性能。在发电机与电网断开之前，可以通过桨距调节其输出功率至0kW，这意味着当风力机与电网断开时没有力矩作用于传动系统，增加了系统的安全性。特别是在需要紧急停车时，定桨距风力机停车过程通常是偏航、断电、下闸。动作时间长、对系统冲击大。而变桨距风力机停车过程是开桨到最大节距角，以增大空气阻力，实现气动刹车。变桨距系统能够起到主动调节（保持额定功率）和优化（在小于额定风速时优化功率）功率的作用。在低风速时，桨叶可以调整到合适的节距角确保叶轮具有最大起动力矩，这意味着风机能够在更低风速下开始发电，无需把发电机作为电动机使用。当并入弱电网时能够限制风力机的输出功率。通过简单地改变桨距控制系统的参数，能够永久或暂时地调节风力机的额定功率，不必重新设计风力机，使其具有多种额定功率。也就是说，风力机的灵活性更强。在特殊规定或季节性噪音限制时，这一点非常重要，它能够确保更好的容量系数（实际发电量/满发时发电量）。变桨距风力发电机组可以在高风速段保持额定功率。无论安装地点的空气密度多少，桨距控制系统都能使桨叶角度调到最佳值，从而达到额定功率。这意味着变桨距风电机组对温度和海拔高度的变化而引起空气密度的变化并不敏感。在高风速段时变桨距风力机发出的噪音更低。风速越高，桨叶角度越大，这意味着叶尖发出的噪音越小。此外，在低风速段，选择合适的桨叶角度也可以减少噪音。因此，定桨距风力发电机具有如下几个缺点：一是风力机转速不能随风速而变，从而降低了对风能的利用率；二是当风速突变时，巨大的风能变化将通过风轮传递给主轴、齿轮箱等部件，在其上产生很大的负载波动冲击；三是并网时可能产生较大的电流冲击。

而变桨距风力发电机可以克服上述定桨距风力发电机的缺点，在很宽的风速范围内保持最佳叶尖速比，从而提高风力机的运行效率和系统稳定性。变桨距风力发电机在变桨距的同时通过配合使用双馈发电机或永磁风力发电机，可以减轻风速突变产生的转距波动，减轻传动机构承受的扭矩波动，提高齿轮箱寿命，减少传动系统故障率。此外，可结合对电机的励磁控制，实现无电流冲击的软并网，使机组运行更加平稳安全

[2]2.1变桨矩调节原理

变桨矩风机的叶片与轮毂之间采用非刚性联结方式，这时叶片可以绕叶片纵梁进行桨矩调节，使得叶片相对于风向有不同的攻角。当风速持续变化时，叶片的桨矩角始终保持在最佳的角度，从而使风电机组在不同风速下始终保持其风轮的最佳转换效率，使输出功率达到最大值。

风机吸收风能产生的输出功率为：

P1CPR2V3 式(2.14) 2

式中：P为输出功率；价为风能利用系数；CP为空气密度；R为风轮半径；V为风轮正面风速。

风机将产生的能量转换为机械能传递给负载，机械能表达式为

PmTP 式(2.15)

式中：Pm为机械能；T为风机扭矩；为风机角速度。

这里的扭矩T是由负载决定的。这样由式(2.14)和(2.15)得



。 1CPR2V3/T 式(2.16) 2

1.2 变桨距控制过程

变桨距控制主要是对这两个工况进行控制：（1）风速低于额定风速；（2）风速高于额定风速。具体分析如下：

变速变桨距风力发电机组的控制主要通过两个阶段来实现：在额定风速以下时，保持最优桨距角不变，采用最大功率跟踪法，通过变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，风机一直运行在最大功率点：在额定风速以上时，通过变桨距系统改变桨距角来限制风轮获取能量，使风力发电机组保持在额定功率发电。而对于定桨距风力发电机组，在此风速高于额定的风速范围内，由于其桨距角不能改变，只能通过风机的失速特性来降低风能的吸收，因此在风速高于额定时不能维持额定功率输出，输出功率反而会下降。

变桨距风电机组的运行过程可以划分为以下四个阶段：

① 风速小于切入风速；

② 风速在切入风速和额定风速之间；

③ 风速在额定风速和切出风速之间；

④ 风速大于切出风速。

在风速小于切入风速时，机组不产生电能，桨距角保持在90°；在风速高于切入风速后，桨距角转到0°。机组开始并网发电，并通过控制变流器调节发电机电磁转矩使风轮转速跟随风速变化，使风能利用系数保持最大，捕获最大风能；在风速超过额定值

后，变桨机构开始动作，增大桨距角，减小风能利用系数，减少风轮的风能捕获，使发电机的输出功率稳定在额定值；在风速大于切除风速时，风力机组抱闸停机，桨距角变到90°。以保护机组不被大风损坏[3]。

1.3 变桨距风力机组的运行状态分析

变桨距风力发电机根据变距系统所起的作用可分为三种运行状态，即风力发电机组的起动状态、欠功率状态和额定功率状态。

1.3.1 启动状态

变桨距风轮的桨叶在静止时，节距角为90°，此时气流对桨叶不产生转矩，整个桨叶实际上是一块阻尼板。当风速达到起动风速时，桨叶向0°方向转动，直到气流对桨叶产生一定的攻角，风轮开始起动。为了使控制过程比较简单，早期的变桨距风力发电机组在转速达到发电机同步转速前对桨叶节距角并不加以控制。在这种情况下，桨叶节距只是按所设定的变距速度将节距角向0°方向打开，直到发电机转速上升到同步速附近，变桨距系统才开始投入工作。转速控制的给定值是恒定的，即同步转速。转速反馈信号与给定值进行比较，当转速超过同步转速时，桨叶节距就向迎风面积减小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。当转速在同步转速附近保持一定时间后发电机即并入电网。

1.3.2 欠功率状态

欠功率状态是指发电机并入电网后，由于风速低于额定风速，发电机在额定功率以下的低功率状态运行。在早期的变桨距风力发电机组中，对欠功率状态不加控制。这时的变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相同，其功率输出完全取决于桨叶的气动性能。而目前的变桨距风力大电机会自动调节桨距角的变化使风机运行在最佳状态。

1.3.3 额定功率状态

当风速达到或超过额定风速后，风力发电机组进入额定功率状态。在传统的变桨距控制方式中，这时将转速控制切换到功率控制，变桨距系统开始根据发电机的功率信号进行控制，则当控制信号的给定值是恒定的，即额定功率。功率反馈信号与给定值进行比较，当功率超过额定功率时，桨叶节距就向迎风面积减小的方向转动一个角度，反之则向迎风面积增大的方向转动一个角度。由于变桨距系统的响应速度受到限制，对快速变化的风速，通过改变节距来控制输出功率并不理想。因此，为了优化功率曲线，最新

设计的变桨距风力发电机组在进行功率控制的过程中，其功率反馈信号不再作为直接控制桨叶节距的变量。变桨距系统由风速的低频分量和发电机转速控制，风速的高频分量产生的机械能波动，通过迅速改变发电机的转速来进行平衡，即通过转子电流控制器对发电机转差率进行控制，当风速高于额定风速时，允许发电机转速升高，将瞬变的风能以风轮动能的形式储存起来；速转降低时，在将动能释放出来，使功率期限达到理想的状态。

1.4 变桨距控制的特点

1.4.1 输出功率特性

变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，具有在额定功率点以上输出功率平稳的特点。变桨距风力发电机组的功率调节不完全依靠桨叶的气动性能。当功率在额定功率以下时，控制器将桨叶节距角置于零度附近，不作变化，可以认为等同于定桨距风力发电机组，发电机的功率根据桨叶的气动性能随风速的变化而变化。当功率超过额定功率时，变桨距机构开始工作，调整桨叶节距角，将发电机的输出功率限定在额定值附近。

1.4.2 风能利用率

变桨距风力发电机组与定桨距风力发电机组相比，在相同的额定功率点，额定风速比定桨距风力发电机组要低。对于定桨距风力发电机组，一般在低风速阶段的风能利用系数较高。当风速接近额定点，风能利用系数开始大幅下降。因为这时随着风速的升高，功率上升己趋平缓，而过了额定点以后，桨叶开始失速，风速升高，功率反而有所下降。对于变桨距风力发电机组，由于桨叶节距可以控制，无需担心风速超过额定点后的功率控制问题，可以使得额定功率点仍然具有较高的功率系数。

1.4.3 额定功率

由于变桨距风力机的桨叶桨距角是根据风力机输出功率的反馈信号来控制的，它不受气流密度变化的影响。故无论是由于温度变化还是由于海拔引起的空气密度的变化，变桨距系统都能够通过调节桨叶桨距角，使之获得额定功率输出。这对于功率输出完全依靠桨叶气动性能的定桨距风力机来说，具有明显的优越性。大大扩大了风力机的使用区域和使用时间。

1.4.4 启动与制动性能

变桨距风力机在低风速时，桨叶桨距角可以调节到合适的角度，使桨叶具有最大的起动力矩，从而使变桨距风力机比定桨距风力机更容易起动。在风速很高或者风力机出现故障时，这时一般需要紧急停机，这时一般先使桨叶顺桨，这样风力机受力最小，不需要很大的制动力矩。

1.4.5对机械部件的影响

定桨距风力机的桨叶的桨距角是固定的，即桨叶按照桨距角固定的安装在轮毅上。在风带高于额定风速时，它是根据桨叶的失速特性或者使用叶尖扰流器来使风力机的输出功率限定在额定功率附近。这种情况下，噪声常常会突然增加，引起风力机的振动和机械部件的受力增大，并且导致运行不稳定等现象。而使用变桨距风力机可以通过调节桨叶的桨距角，从而改变风力机受力情况，以达到减少机械部件损耗和振动。

第二章 变桨矩系统的原理与结构

2.1变桨矩调节原理

变桨矩风机的叶片与轮毂之间采用非刚性联结方式，这时叶片可以绕叶片纵梁进行桨矩调节，使得叶片相对于风向有不同的攻角。当风速持续变化时，叶片的桨矩角始终保持在最佳的角度，从而使风电机组在不同风速下始终保持其风轮的最佳转换效率，使输出功率达到最大值。

风机吸收风能产生的输出功率为：

P1CPR2V3 式(2.14) 2

式中：P为输出功率；价为风能利用系数；CP为空气密度；R为风轮半径；V为风轮正面风速。

风机将产生的能量转换为机械能传递给负载，机械能表达式为

PmTP 式(2.15)

式中：Pm为机械能；T为风机扭矩；为风机角速度。

这里的扭矩T是由负载决定的。这样由式(2.14)和(2.15)得

1CPR2V3/T 式(2.16) 2

2.2变桨矩系统分类

（1）变桨矩的执行机构大致分为电液伺服系统和电动伺服系统两类

a) 液压变桨矩 b) 电动变桨矩

图2.8 变桨矩系统的轮毂照片

1）液压伺服变桨矩系统。液压伺服变桨矩系统具有传动力矩大、重量轻、刚度大等优点。目前丹麦Vestas公司的V80-2.0MW风机等都采用液压变桨矩机构。然而，液压系统存在死区、滞环、库伦摩擦，还有一些软参量，如体积弹性模量、油的粘度、系统阻尼比等，有非线性特征，甚至会出现漏油、卡塞等现象。

液压伺服变桨矩执行机构原理如图2.9所示。桨叶通过机械连杆机构与液压缸相连接，桨矩角的变化同液压缸位移成正比。当液压缸活塞杆向左移动到最大位置时，桨矩角为900;而活塞杆向右移动最大位置时，桨矩角为00。液压缸的位移由液压比例阀进行精准的控制。在负载变化不大的情况下，电液比例阀的输入电压与液压缸的速度成正比，为进行精确的液压缸位置控制，则必须引入液压缸位置检测和反馈控制[4]。

2）电动变桨矩系统。电动伺服变桨矩执行机构可对每个桨叶采用独立的调节方式，伺服电动机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相啮合，进而直接对桨矩角进行控制。如图

2.10所示

图2.10 电动变桨矩结构图

图2.10中只画出了一个桨叶的电动变桨矩的结构，其它两个桨叶则与此完全相同。而每个桨叶采用一个带位置反馈的伺服电动机进行单独调节，安装在伺服电动机输出轴上，采集电动机的转动角度。伺服电机通过主动齿轮与桨叶轮毂内齿圈相连，带动桨叶转动，从而实现对桨叶的桨矩角的直接控制。在轮毂内齿圈的边上又安了一个非接触式位移传感器，对内齿圈转动的角度进行直接检侧，即桨叶桨矩角变化，当内齿圈转过一个角度，则非接触式位移传感器输出一个脉冲信号。

位置传感器采集桨矩角的变化与电动机形成闭环PID负反馈控制。变桨矩控制是根据伺服电动机自带的位置编码器所测的位移值进行控制的，电动伺服变桨矩执行机构原理框图如图2.11。在系统出现故障，控制电源断电时，桨叶控制电动机由UPS系统供电，

使桨叶调节到顺桨位置。该执行机构结构简单、可靠，充分利用了有限的空间，实现了

分散布置，且可以实现对单一桨叶进行控制，但对于大功率风机的动态特性相对较差。

图2.11

电动伺服变桨矩执行机构原理框图

制动装置的突出特点是空气动力学制动刹车单独由变桨矩控制，桨叶充分发挥刹车的作用。即使其中一个桨叶刹车制动失败，其它两个叶片也可以安全完成刹车的过程，提高了整个系统的安全性和可靠性。制动系统还装备了备用电源，用于故障或维修时可以快速准确地控制桨叶。它为风力发电机组功率输出和刹车制动提供了足够的能力。这样可以避免过载对风机的破坏[20]。

（2）按每个叶片是独立调节还是同步调节可以分为两种：

1）共同驱动变桨矩系统。这种变桨矩系统在早期风力发电机组中采用的较为普遍。其特点是三只叶片的驱动由同一个驱动装置驱动，三只叶片的桨矩角调节是同步的。它的控制系统比较简单、成本低，但机械装置庞大，调整复杂，安全冗度小。

2）独立驱动变桨矩系统。这种变桨矩系统在现代风力发电机组中采用的较为普遍。其特点是三只叶片的驱动由同三个相同的驱动装置驱动，三只叶片的桨矩角调节是相互独立的。它需要三套控制系统、成本较高，但结构紧凑、可靠、控制灵活，安全余度大

[6]。

2.3 风力发电机组变桨矩驱动装置比较和选择

2.3.1 液压变桨与电动变桨技术比较

由于风力发电机组大多安装在环境恶劣的偏远地区，这为风力发电机组的维护和保养增加了许多困难，这就要求风力机组具有高度的可靠性，因此要求风机的各个部件要有稳定且可靠的质量。变桨系统在风力发电机组各组成部分中是非常重要的，其性能及质量的优劣直接影响整台风机的性能。液压变桨系统与电动变桨系统的特点及性能比较 见表 2.1[6]。

表2.1 液压变桨系统与电动变桨系统的比较

第三章 变桨系统日常维护

3.1 变桨轴承的基本维护

（1）检查变桨轴承表面清洁度。

（2）检查变桨轴承表面防腐涂层。

（3）检查变桨轴承齿面情况。

（4）变桨轴承螺栓的紧固。

（5）变桨轴承润滑。

3.2 变桨驱动电机的基本维护

(1)检查变桨驱动装置表面清洁度。

(2)检查变桨驱动装置表面防腐层。

(3)检查变桨电机是否过热、有异常噪声等。

(4)检查变桨齿轮箱润滑油。

(5)检查变桨驱动 装置螺栓紧固

3.3 限位开关的基本维护

(1)检查开关灵敏度，是否有松动。

(2)检查限位开关接线是正常，手动刹车测试。

(3)检查螺栓紧固。

3.4 变桨主控柜和电池柜的基本维护

(1)变桨控制柜/轮毂之间缓冲器是否有磨损。

(2)定期检查与变桨控制柜相连的电缆，接头是否牢固，是否磨损，

(3)柜子支架及柜子的螺栓紧固。

(4)用蓄电池驱动变桨机构，用比例装置检测电池

(5)变桨控制柜风扇是否工作正常

(6)定期检查漆面的完好程度，检查门锁是否完好。

第四章 故障原因分析及维修

4.1变桨控制系统常见故障原因及处理方法

6.1.1变桨角度有差异

叶片1变桨角度有差异

叶片2变桨角度有差异

叶片3变桨角度有差异

原因：变桨电机上的旋转编码器（A编码器）得到的叶片角度将与叶片角度计数器（B编码器）得到的叶片角度作对比，两者不能相差太大，相差太大将报错。

处理方法：1.由于B编码器是机械凸轮结构，与叶片的变桨齿轮啮合，精度不高且会不断磨损，在有大晃动时有可能产生较大偏差，因此先复位，排除故障的偶然因素；

2.如果反复报这个故障，进轮毂检查A、B编码器，检查的步骤是先看编码器接线与插头，若插头松动，拧紧后可以手动变桨观察编码器数值的变化是否一致，若有数值不变或无规律变化，检查线是否有断线的情况。编码器接线机械强度相对低，在轮毂旋转时，在离心力的作用下，有可能与插针松脱，或者线芯在半断半合的状态，这时虽然可复位，但转速一高，松动达到一定程度信号就失去了，因此可用手摇动线和插头，若发现在晃动中显示数值在跳变，可拔下插头用万用表测通断，有不通的和时通时断的，要处理，可重做插针或接线，如不好处理直接更换新线。排除这两点说明编码器本体可能损坏，更换即可。由于B编码器的凸轮结构脆弱，多次发生凸轮打碎，因此对凸轮也应做检查。

4.2 叶片没有到达限位开关动作设定值

原因：叶片设定在91°触发限位开关，若触发时角度与91°有一定偏差会报此故障。

处理方法：检查叶片实际位置。限位开关长时间运行后会松动，导致撞限位时的角度偏大，此时需要一人进入叶片，一人在中控器上微调叶片角度，观察到达限位的角度，然后参考这个角度将限位开关位置重新调整至刚好能触发时，在中控器上将角度清回91°。限位开关是由螺栓拧紧固定在轮毂上，调整时需要2把小活扳手或者8mm叉扳。

4.3 某个桨叶91°或95°触发

有时候是误触发，复位即可，如果复位不了，进入轮毂检查，有垃圾卡主限位开关，造成限位开关提前触发，或者91度限位开关接线或者本身损坏失效，导致95°限位开关触发。

叶片1限位开关动作

叶片2限位开关动作

叶片3限位开关动作

原因：叶片到达91°触发限位开关，但复位时叶片无法动作或脱离限位开关。

处理方法：首先手动变桨将桨叶脱离后尝试复位，若叶片没有动作，有可能的原因有：①机舱柜的手动变桨信号无法传给中控器；可在机舱柜中将141端子和140端子下方进线短接后手动变桨②检查轴控柜内开关是否有可能因过流跳开，若有合上开关后将桨叶调至90°即可复位③轴控箱内控制桨叶变将的6K1接触器损坏，检查如损坏更换，同时检查其他电器元件是否有损坏。

4.4 变桨电机温度高

变桨电机1温度高

变桨电机2温度高

变桨电机3温度高

变桨电机1电流超过最大值

变桨电机2电流超过最大值

变桨电机3电流超过最大值

原因：温度过高多数由于线圈发热引起，有可能是电机内部短路或外载负荷太大所致，而过流也引起温度升高。

处理方法：先检查可能引起故障的外部原因：变桨齿轮箱卡瑟、变桨齿轮夹有异物；再检查因电气回路导致的原因，常见的是变桨电机的电器刹车没有打开，可检查电气刹车回路有无断线、接触器有无卡瑟等。排除了外部故障再检查电机内部是否绝缘老化或被破坏导致短路。

4.5 变桨失效

原因：当风轮转动时，机舱柜控制器要根据转速调整变桨位置使风轮按定值转动，

若此传输错误或延迟300ms内不能给变桨控制器传达动作指令，则为了避免超速会报错停机。

处理方法：机舱柜控制器的信号无法传给变桨控制器主要由信号故障引起，影响这个信号的主要是信号线和滑环，检查信号端子有无电压，有电压则控制器将变桨信号发出，继续查机舱柜到滑环部分，若无故障继续检查滑环，再检查滑环到轮毂，分段检查逐步排查故障。

变浆电机1转速高

变浆电机2转速高

变浆电机3转速高

原因：检测到的变桨转速超过31°每秒，这样的转速一般不会出现，大多数由于旋转编码器故障引起。或者由轮毂传出的RPM OK信号线问题引起。

处理方法：可参照检查变桨编码器不同步的故障处理方法编码器问题，编码器无故障则转向检查信号传输问题。

4.6 变桨机械部分常见故障原因及处理方法

变桨机械部分的故障主要集中在减速齿轮箱上，保养不到位加之质量问题，使减速齿轮箱有可能损坏，在有卡瑟转动不畅的情况下会导致变桨电机过流并且温度升高，因此有电机过流和温度高的情况频发时，要检查减速齿轮箱。

轮毂内有给叶片轴承和变桨齿轮面润滑的自动润滑站，当缺少润滑油脂或油管堵塞时，叶片轴承和齿面得不到润滑，长时间运行必然造成永久地损伤，变桨齿轮与B编码器的铝制凸轮没有润滑，长时间摩擦，铝制凸轮容易磨损，重则将凸轮打坏，造成编码器不同步致使风机故障停机，因此需要重视润滑这个环节，长时间的小毛病的积累，必然导致机械部件不可挽回的损坏。

4.7 变桨系统飞车的原因分析及预防

介于风力机的变桨系统的构成及工作原理，能导致叶片飞车的原因有以下3种：

1） 蓄电池的原因：由变桨系统构成可以得出，在风机因突发故障停机时，是完全依靠轮毂中的蓄电池来进行收桨的。因此轮毂中的蓄电池储能不足或电池失电，导致出故障时，不能及时回桨，而会引发飞车。蓄电池故障主要有2个方面的影响：由于蓄电池前端的轮毂充电器损坏，导致蓄电池无法充电，直至亏损；由于蓄电自身的质量问题，

如果1组中有1-2块蓄电池放亏，电池整体电压测量时属于正常范围中，但是电池单体电压测量后已非正常区间，这种蓄电池在出现故障后已不能提供正常电拖动力，来有效的促使桨叶回收，而最终引发飞车事故。

2） 信号滑环的原因：该种风机绝大多数变桨通讯故障都由滑环接触不良引起。齿轮箱漏油严重时造成滑环内进油，油附着在滑环与插针之间形成油膜，起绝缘作用，导致变桨通讯信号时断时续，致使主控柜控制单元无法接受和反馈处理超速信号，导致变桨系统无法停止，直至飞车；由于滑环的内部构造的原因，会出现滑环磁道与探针接触不良等现象，也会引发信号的中断和延时，其中不排除探针会受力变形。

五 结语

实习是大学生进入社会前理论与实际相结合的最好的锻炼机会，也是我们由大学生到从业者之间的一个非常好的过度阶段，更是大学生培养自身工作能力的平台，作为一名即将从学校毕业的大学生，能否在实习过程中掌握好实习内容，培养好工作能力，显的尤为重要。在金风科技实习的这段日子里，我初次了解了校园学习生活与社会工作生活的区别，也进一步地认识到，理论学习与实践操作之间存在着怎样的差距。

“爱岗才能敬业”，热爱实习岗位才能完成好实习任务。在实习过程中，我努力培养自己对实习岗位的热情，珍惜在岗上的每一分钟，努力学习岗位上的相关知识，积极承担岗位上的责任义务，努力做到能够独立顶岗，能够独立完成岗位上的相关操作，对岗位技能知识做到“懂，会，做”。一份劳作，一份收获，我坚信自己的努力一定会有回报，而我将会仍然继续热爱自己的工作。

在实习的这段时间里，我通过自己的努力奋斗，体会到了工作中的酸甜苦辣，这时才发现自己是最幸福的。因为我还在学习的阶段，还没能真正地接触事业，没能真正地了解到工作的难处和辛苦。想起来，还是觉得自己现在还是不错的了，能在这么好的环境下读书，为以后的工作打下基础。这一次社会实践给了我学习的机会，同时也给了我一次记忆深刻的经历。

参考文献：

1． 李俊峰,时璟丽.风力 12 在中国[M].北京:化学工业出版社.2005

2． 易跃春.风力发电现状、发展前景及市场分析〔J].国际电力，2005，8(5):18-22

3． Raina GP Malik O.Wind energy eonversion using a self exeited induetion generator.IEEE

Traps on PAS 1983，1258:345369.

4． 邓禹，邹旭东，康勇.变速恒频双馈风力发电系统最优化风能捕获控制〔J〕.通信电

源技术，2005，22(3):21~31

5． 孙旭东，王善铭.电机学.清华大学出版社，2006.9.1。

6． 现代风力发电技术及工程应用／王志新编著.——北京：电子工业出版社，2010.10（风力发电工程及应用丛书）

致 谢

首先，衷心的感谢导师高海涛对我的细心指导，使得本设以顺利完成。在做毕业论文的过程中，导师对我提出了许多宝贵的建议和意见，能得到老师的指导，我感到无比荣幸，在此表示诚挚的谢意！

短短三年的大学生学习生涯即将要结束，其间我受益匪浅。老师渊博的知识，严谨的治学态度，精益求精的科研精神，一丝不苟的工作态度，以及孜孜不倦的言传身教，都使我钦佩之至，并将终身受益。尤其是他在繁忙的工作中能不时的给我分析和指导我的设计每一个细节，可以说是一个我以后工作中的偶像。老师正直、宽厚的为人令我难忘，将激励我在今后的学习和生活中努力进取。同时对于老师对我学习上的严格要求和生活上的关心照顾，再次表示深深地感谢。

向所有帮助我的老师和同学表示我最衷心的感谢和最崇高的敬意。

最后感谢我的家人，在读书期间给予了精神上莫大的鼓励与支持。