風電機組傳動系統維護與故障診斷

劉偉

摘 要 目前，我國經濟發展迅速，國家的方針和政策一直在強調發展經濟的同時要兼顧環境和能源的可持續發展政策。在這樣的大背景下，風力發電被廣泛認可和采用。但是我們也必須清楚的認識到，風力發電設備的運行和維護以及故障的排除都是尤為重要的。文章介紹了風力發電主軸-齒箱傳動系統日常維護工作的主要內容和具體實施，分析了風力發電傳動系統常見的故障現象及處理方法，闡述了加強對風力發電傳動系統的日常維護和提高維修人員的維修能力的重要性，為風電場工程技術人員和維修人員提供參考。

關鍵詞 風力發電；傳動系統；維護診斷；齒輪箱；主軸軸承

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0104-01

風力發電的原理為將風能轉化為動能，其主要通過主軸-齒箱傳動裝置。傳統系統故障直接影響發電效率及電能質量，如何對其進行治療維護就顯得至關重要。文章以變槳變頻發電機和定漿距失速型發電機傳動系統故障分析和維護為例，具體介紹了風力發電過程系統維護和故障診斷，其中包括齒輪箱的維護和診斷、主軸軸承的維護診斷等。定漿距失速型發電機組和變槳變頻發電機組的傳動系統都是由主軸、軸承、齒箱和鎖緊脹套組成。由于受加工工藝和材質影響，其中齒箱和主軸軸承很容易故障。我國很多風力發電由于傳動系統出現故障而導致損壞，給電力部門造成了大量的損失。針對因傳動系統故障導致損失，除日常和周期維護，還應特別制定計劃，加強對傳動系統監視和診斷。文章針對易出現故障部位即齒輪或齒輪箱與主軸的機理和維護方案做出了具體的分析。

1 齒輪箱的維護與保養

作為重要零件之一，齒輪箱在運行過程中極易出現故障。在長期運作狀態下或在未及時保養的情況下易出現齒輪箱故障。因此要求對其進行定期的、必要的維護和保養，從而提高其使用年限，降低其故障發生概率。

齒輪箱的日常檢查包括檢查齒輪箱是否有異常噪音；油位是否存在泄漏問題；確定齒輪箱是否泄漏及油量不夠的問題，并及時進行控制和補油。若油同時，要對齒輪箱的濾清帽進行定期的清理或沖洗。檢查設備彈性支撐的使用情況，防止其出現破損或老化，必須及時進行維修或者更換。防止齒輪箱出現長期停轉狀態，必須確保其運行才能延長其使用時間，提高其工作效率。

2 齒輪箱的診斷

若齒輪箱箱體溫度過高或出現大量水珠，則可通過分析確定其為油泄漏導致的污染破壞，應對油位和油溫進行檢查。這種故障發生的概率較低，但是一旦發生影響較為嚴重，因此必須加強防御。檢修人員應根據經驗確定出現這一現象的原因是否為溫度引起，并確定溫度異常的具體位置在進行維修，否則會造成不必要的損害。若在檢查過程中，發現溫度升高較快，檢查人員對齒輪箱運行過程中的噪音等因素和其他部位進行逐一排查，發現溫度偏高位置為中箱體，進一步確定縮小范圍并進行排查和維修。

總之風力發電過程中，齒輪箱故障的診斷十分重要，溫度升高或異常是其運行中重大問題之一，應盡早進行排查，準確的找到溫度異常具體位置，這樣可以防止損害面擴大，避免和減少不必要的經濟損失。

3 主軸軸承的日常維護和保養

主軸承工況：受一定振動和沖擊、低速重載、溫度較高或較低、介質侵等。失效表現為：磨損、銹蝕而導致運轉不靈活，運轉阻力大更甚者卡死。

目前，滾動軸承力發電機成為風力發電廠的主要選擇，其具有效率高等優點，與此同時也易受到損害，滾動軸承產生故障的原因很多，應給予重視。究其原因，一部分為滾動軸在潤滑和保養中被污染，一部分為其安裝不合理，還有一部分為其生產質量存在問題。通常軸承故障表現為滾珠錯位或者支架斷裂，直至粉碎，主軸軸承就會卡死。

主軸軸承維護保養：

1）主軸軸承潤滑系統運行正常，潤滑泵沒有堵塞，潤滑油管沒有爆裂。

2）檢查軸承與軸承座接觸面應清潔，無雜物。

3）軸承座應緊固，沒有前后錯位情況

4）轉速傳感器信號準確。

4 主軸軸承運行診斷

風力發電過程應加強現場監管，這樣才能夠確保設備安全運行，降低其發生故障的概率。可根據現場監測，對易發生故障部位和已發生故障部位原因及結果進行統計分析和處理。從而制定合理的故障管理和診斷方案。同時確保其在設備選型和風資源的評估中起到積極的作用。

潤滑不良是主軸軸承發生故障的主要因素，其影響因素為：大氣溫度過低，使潤滑油脂凝固，導致潤滑油脂不能到達指定區域而造成磨損；潤滑脂散熱性能不好，經常過熱使軸承內部油脂碳化而損壞軸承；濾芯堵塞，油位傳感器污染，潤滑劑“中毒”而失效；對此輕則主軸軸承磨損，重則導致機組無法轉動、徹底停機。目前對于主軸潤滑監測主要依據油液監測系統監視潤滑系統壓力，達到檢測進入軸承的潤滑脂是否正常。

振動監測是風電軸承在線監測的趨勢，由于風電負荷和風力不穩定因素影響傳統時域和頻域FFT分析方法的效果，需引入不平穩信號的處理方法，準確分析軸承振動情況，及時對主軸軸承進行維護和修理，避免大的損失。

5 結論

對于風電機組主軸-齒箱傳動系統，它是機組維護中的重中之重，它關系到整個風場正常運行和經濟效益，為此，筆者認為：

1）除傳動系統正常維護和日常維修維護外，還應加強對傳動系統定時檢查，重點關注齒輪箱和軸承，做到對傳統系統的實時監護。

2）對于環境比較惡劣的地區，齒輪箱應裝設油液監測系統、軸承應裝設振動監測。在線監測傳動系統，及早作出判斷。

3）利用機組已有的SCADA數據，獲取機組齒輪箱和軸承的運行狀態，結合在線監測診斷具有重要意義。

主軸及軸承、聯軸器、齒輪箱以及發電機風是電機組傳動系統的組要組成部分。由于其通過傳動實現能源轉換，因此傳動過程中最易出現系統故障。其中，齒輪、軸和軸承最易出現故障。齒輪故障表現為齒面污濁、磨損甚至剝落等。而主軸故障表現為對正或者彎曲。軸承故障則為滾動體磨損和軸承集體受損。要分析和控制風力發電設備故障，首先應了解其故障機理。對于風電機組來說，其故障表現形式多為某一零件磨損、破壞等。但其原因一些可以通過故障直接判斷，另外一些則需要通過特殊的儀器測量。有些甚至無法確定，因此對于風力發電設備故障機理研究十分重要。

參考文獻

[1]張新燕，何山，張曉波，等.風力發電機組主要部件故障診斷研究[J].新疆大學學報，2009，26（2）：140-144.

[2]張亮.風力發電機組齒輪箱早期故障診斷方法研究[D].大連：大連理工大學，2010.

[3]張照煌，張行.風力發電聚能型風論理論及應用研究[J].應用基礎與工程科學學報，2010，18（增刊）：220-224.endprint