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摘要：我国城市建设和工业生产规模不断拓展，各类新型电气设备得到了极为广泛的应用，电力能源的需求量处于一个逐渐上升的趋势。为了保证持续、稳定的电力能源供给，同时，尽可能避免产生对环境的影响，风电机组在我国范围内得到了极为迅速的发展，在为社会创造价值的同时，也满足了可持续发展的客观要求。风电机组的电气与控制是系统运行的重要环节，要定期做好检修与维护，以保证系统安全的运转。
关键词：风电机组；电气与控制设备；检修技术
引言：近年来，我国风电场容量不断增加，风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容员的绝大部分。但是电力电子器件性能的限制，给大容量风电机组的研制及应用造成了一定的瓶颈。为了更好的利用风电能源为人类生产发展服务，必须加强对风电机组电气控制设备的日常检查与维护，明确控制系统及电气设备的主要功能，总结出科学有效的检修方法，发挥风电机组的作用。
一、风电机组概述
新风电机组一般运行比较稳定，发生故障的几率比较低，师傅可以在实习期引导学生进行上机维护，从而积累检修经验。为了有效解决新员工的素质培养难题，检修部门一般会自行编制检修作业指导书或者故障处理受测，对新员工提供知识资料。为了有效改善新员工的操作能力，本文主要从控制系统、电气系统方面，重点分析了电气与控制系统检修思路，从而为检修人员设备检修操作能力的培养提供支持，维持风电机组的正常运行，创造出良好的经济效益与社会效益。风机出口电压690伏（0.69千伏），每台风电机组带一个箱变，变比一般是0.69/35（或者0.69/10.5）千伏，升压至35kv后，多台风电机组通过场内汇集线路（可以是架空线路也可以是电缆）像葡萄一样串起来，一个50MW的风电场一般是3-4回汇集线；汇集后接到风电场升压变的35kV侧，因为单台变压器的容量有限，所以大容量的风电场可能会有多台升压变；至于电容器，因为并网导则要求风电场具有一定的无功功率调节能力，所以一般会在升压变低压侧配置一定的无功补偿装置，电容器仅仅是其中的一种，还可以是SVC或者SVG，风电场送出线路较长的话，有时候还需要安装一定容量的感性无功设备。风力发电机组控制系统工作的安全可靠性已成为风力发电系统能否发挥作用，甚至成为风电场长期安全可靠运行的重大问题。
二、电气和控制设备在风电机组中的功能分析
1.风电机组中控制系统的基本功能
控制系统是风电机组中的核心枢纽，其在作用过程中的主要功能包括以下几方面内容：根据风速信号自动进行启动、并网或从电网切出；根据风向信号自动对风；根据功率因数及输出电功率大小自动进行电容切换补偿；脱网时保证机组安全停机；运行中对电网、风况和机组状态进行监测、分析和记录，异常情况判断及处理等。
控制系统的监测功能主要表现在对相关参数的监测，包括电力参数、风力参数和机组参数等，电力参数又包括电网三相电压和电机功率因数、判断并网条件和电流故障保护和发电机功率等，风力参数包括风速、方向和控制偏航系统的相关参数等。机组参数包括转速、温度、振动、电缆扭转和油位等。此外，还包括对各种反馈信号的监测。
2.控制系统功能的实现过程
控制系统的功能实现过程主要表现在工作状态的转变与调整，具体内容如下：A.急停状态：主要控制有打开紧急电路，置所有信号无效，机械刹车作用和逻辑电路复位等；从急停到停机状态：停机条件满足，关闭急停电路，建立液压工作压力。停机到暂停状态：暂停条件满足，启动偏航系统；暂停状态：功率调节到0以后通过晶闸管切出发电机、降低风轮转速到0；暂停到运行：运行条件满足，核对上风向、叶尖阻尼板收回，根据转速控制并网；暂停到停机状态：停止自动调向、打开气动刹车；运行到停机状态的控制：脱网、打开气动刹车。通过实现工作状态的转变，从而发挥控制系统的作用与功能，由此可见控制系统在风机电组中的核心地位。
3.电气系统概述
风电机组中的电气系统主要表现在发电机系统。风力发电包含了由风能到机械能和机械能到电能两个能量的转换过程，发电机及其控制系统承担了后一种能量转化任务，即将机械能转化为电能。发电机主要有两种，即同步发电机和鼠笼型感应发电机。同步发电机的优先是励磁系统可控制发电机的电压和无功功率，发电机的效率较高。异步发电机结构叫为你简单坚固，造价较低，其投入到系统运行过程中，由于是靠转差率来调节负荷，因此对机组的调节精度要求不高。
三、控制系统故障排除思路
控制系统作为风电机组的重要神经中枢，是能够感知以及控制风电机组系统所有设备的系统，是系统正常运行的重要保障。风电机组控制系统主要模块有PLC主机、数字输入DI、模拟输入模块AI、PLC通讯模块等。通信模块主要是利用通讯协议，能够有效传输PLC主机的设备以及指令状态信息，同时可以保证电气设备处于所需工作状态下。风电机组的安全链回路模块，是风电机组安全有效运行的重要保障，使用串联回路将节点有效连接。串联回路中，如果有一个节点被断开，则整个处于短路状态，可以有效避免安全事故的发生。因此，安全链回路的功能是保障风电机组的安全性。安全链中，各个节点的关系为逻辑与，只有在每个逻辑量都为1的情况下，机组才能够正常运行。安全链主要用于监测变桨、紧急停机按钮、偏航纽缆、振动等多种项目。
1.PLC主机的检查
对PLC的电源指示灯、操作台进行检查，对主机的运行状态进行全面的分析和判断，结合操作界面的显示情况来判断软件结构，将产生故障的原因逐一排除，对PLC设备的温度进行细致的观察，避免设备温度过高，产生过热。
2.检查通讯模块
检查通讯模块的目的是将通讯系统的故障逐一排除，通讯单元在应用的过程中出现故障，可能会导致PLC模块以及安全信号无法正常运转。通讯模块的检查内容包括下述几个方面：输入电量的高低、电压的大小以及输入地址，对外部的网线和光纤信号的传输情况进行细致的检查，如果通讯模块输入信号正确，则可以实现线路故障有效的排除。
3.安全链故障检查
当通讯功能恢复正常后，需要检查安全链回路。如果机组主要设备停止运行，则可能是由于安全链回路没有闭合的原因。在对安全链回路进行检测的过程中，需要分析软件工作状态、模块是否发生损坏。安全链回路检查是后续检查实施的重要基础。在排除掉软硬件故障之后，需要结合电路图纸的接线原理，分析回路安全节点的功能，同时具体分析故障产生的原因。当安全链信号传输的过程中，受到干扰时，安全链节点功能也会存在异常现象。在检查回路安全性的基础上，应该分清故障原因。例如，当发生严重纽缆状态、机场振动超限等情况，其实质是设备的运行状态达到了安全警报极限，可以通过闭合安全链回路，等待状态恢复正常，从而进行分析同的故障检查。
4.各分系统设备检查
风电机组各分系统设备包括变桨系统、偏航系统、液压系统、润滑系统、冷却系统等。在检查这些系统设备时，要严格按照电路图所指示的回路进行检查。而检查电气回路的类别主要分为控制回路和动力回路。
控制回路主要有测量、控制和反馈三种功能。测量功能主要是将各类型传感器如温度、压力、转速、位置、加速度、风速、风向、电压、电流等信号转换成特定范围的电压信号以供PLC卡件测量来判断设备的工作状态。传感器的电压一般较低，但是也有例外情况，如有些电压互感器的电压值就在230V，如不小心，会有触电的危险。这些测量信号有的是电压信号，有的是电流信号转换成电压信号。因此，检查和更换传感器时，要注意电流传感器回路中的分压电阻的好坏，更换新的传感器后也要注意安装正确的分压电阻。
控制功能主要是由PLC卡件发出24V控制信号，用弱电控制接触器吸合和断开以实现接通或断开动力电源的目的，达到自动启停电气设备的作用。接触器常见的损坏形式有，触头粘连，电磁线圈失效等，其结果均造成不能有效控制电气设备，直至设备状态参数超出正常的范围而被测量信号检测出来，报出故障。
反馈功能回路是对于一些带有辅助触点、漏电保护或过流保护的开关和接触器，用来监视、检测这些设备的状态，从而判定是否有过流、漏电等故障，这些信号一般是与PLC数字输入的DI卡件形成的回路，通过常开、常闭逻辑判定被监控设备的工作状态。DI模块及回路使用相同的0V和24V的直流电压而不是动力电压380V，如当空开跳开后，连带的辅助开关也跳开了，PLC的DI模块由闭合变成断开，使PLC捕捉到这些信号，并报出故障。
动力回路主要有三相回路和单相回路，单相电压主要有230V和380V两种。不论是检查接触器还是接线端子检查，在检修过程中都要注意断电和验电的安全事项。同时在上电前要注意检查设备的相间及对地绝缘状况，以免上电出现短路，损坏设备。在电机维修后，还要验明相序是否正确，避免电机反转。电气设备故障的检查应首先根据故障类型对照图纸找到相应的电气回路，观察回路中有无明显的故障现象，如跳闸、过热、烧损或接线松脱等，以判定是否出现过流现象或电气元件的机械零件失效，进行更换。如没有明显故障现象，通过控制界面查看是哪个反馈信号或测量信号不正常，检查对应的设备工作状态是否存在问题。如设备状态正常且无损坏，检查测量回路和反馈回路是否正常。如无问题，检查控制回路及控制元件，之后是动力回路和电气设备。按照上述检测方法，不但使检查思路变得较为清晰，同时也加深了新员工对控制系统和电气系统的认识。
四、强化风电机组电气和控制系统的检修分析
在对风电机组进行故障检查时，首先要结合系统的实际状况开展工作，不必进行系统的全面检查，有些新参加工作的员工对系统的检查比较片面，缺乏整体性以及连续性。在故障的报警列表中，缺乏经验的员工不能直观看出故障的直接联系。电气故障的分析，需要检查人员具有系统的知识体系以及扎实的检修技能。风电机组电气故障时影响风电机稳定性的重要因素，对电气与控制系统故障有效排除，能够为风电机组维护提供保障。通过对电气故障进行有效排除，不断强化对风电机组电气与控制系统的故障诊断以及分析。在风电机组故障管理过程中，应该有效应用科学管理理念，排除相关的安全隐患，严格按照标准进行电气故障维护，有效提高电气系统的稳定性，从而增加风电机组的使用寿命。
综上所述，风电机组安全稳定的运行，对于保证我国电力能源持续稳定的供给发挥着重要的作用，在提供高质量能源的同时，不会引发环保问题。风电机组中电气和控制系统在整个系统中发挥则极为关键的作用，必须合理维护，细致检修，避免由于某一环节的故障导致整个系统的运行受到影响，不断进行控制设备功能性的完善，实现高质量的能源供给。
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