淺談雙饋風電機組發電機軸承維護

史記

摘 要：目前，隨著變頻技術的逐步發展，雙饋風力發電機組在國內使用的最為廣泛，而其發電機軸承故障在機組大部件故障中占有很大的比例，給設備的安全穩定運行帶來極大的安全隱患。本文從雙饋發電機工作的原理、發電機軸承運行的工況等方面分析軸承故障的原因，進而提出發電機軸承維護的有效措施。

關鍵詞：雙饋風電機組；軸承故障；軸電流；潤滑不良

中圖分類號：TM307 文獻標志碼：A

0 引言

發電機做為風力發電機組的核心部件，其能否安全穩定運行，將直接關系到發電設備的可靠性。而雙饋風電機組軸承故障是機組大部件故障中最為常見的故障之一，因此對其故障原因進行分析，并提出有效的維護措施，對提高機組的可靠性具有重要的實用意義。

1 雙饋風電機組軸承故障的原因分析

雙饋異步發電機定子的三相電纜通過定子接線盒直接與電網相連接，轉子的三相電纜通過集電環接至變流器，變流器與電網相連接，采用脈沖寬度調制（PWM）方式產生頻率、幅值、相位可調的三相交流電，通過碳刷和集電環向轉子提供勵磁電流，通過改變勵磁電流的頻率、幅值、相位實現有功功率、無功功率的調節。同時結合機械運轉工況分析，發電機軸承故障可能由軸電流電腐蝕、潤滑不良、振動、安裝工藝等原因造成。

1.1 軸電流造成軸承損壞

在雙饋異步發電機軸承損壞的實例中發現，軸承因軸承過電流損壞占有一定比例，軸電流產生的主要原因有3種：（1）靜電放電；（2）磁場不對稱；（3）共模電壓及電壓脈沖的快速切換。由于雙饋機組采用變流器PWM方式勵磁，共模電壓及電壓脈沖的快速切換帶來的問題尤為明顯。目前多數雙饋發電機已采用絕緣軸承，但是絕緣能力難以抵抗轉子勵磁帶來的高次諧波，發電機軸端將承受一定的高頻電壓。從雙饋異步發電機的工作原理方面（圖1）進行分析，當發電機高速運轉時，因軸承內外圈與滾動體之間絕緣油膜的隔離作用，軸承可以等效看成一個電容。

油膜的薄厚決定著等效電容容值的大小，當軸電壓達到油膜的耐壓閾值時，軸承表面的油膜就會被擊穿，在軸承滾道和滾動體之間產生放電現象。由于電火花所釋放出的熱量，在滾道和滾動體上產生微小的點蝕損傷，同時軸承中的潤滑油脂受到熱量的作用碳化、分解，失去原有的潤滑作用，隨著風機的長時間運行和機械載荷在軸承上的作用，點蝕變成條紋狀波紋，在軸承滾道上形成類似搓衣板狀的條紋。在此過程中軸承異音逐步加大，軸承溫升過高，后期有可能造成軸承燒死、保持架破裂。

1.2 潤滑不良造成軸承損壞

潤滑不良造成的主要后果是軸承磨損加速。潤滑油脂的作用就是在兩個接觸面形成保護性油膜，防止金屬與金屬之間直接接觸。引起潤滑不良的原因很多，例如潤滑油脂選型不合理、潤滑通道堵塞、油脂加入量不足等。

1.2.1 潤滑油脂選型不合理

同一型號的發電機被安裝在不同的地理位置，需要適應不同的氣候和溫度。而黏性是潤滑油脂的一個重要的指標，不同溫度和濕度下的油脂反映出不同的黏度。所以油脂的選型需要適應環境因素的變化。選型不合理容易造成潤滑不良，如果在運行的工況下油脂黏度過大，將不利于油脂的排出，而如果黏度過小，就不能充分隔離滾道和滾動體，造成軸承磨損加快。

1.2.2 潤滑通道堵塞

部分早期生產的機組發電機，軸承排脂口和廢脂盒容積均較小，導致廢油脂不能順暢排出，堆積填充在軸承端蓋單元內，充滿空腔位置，造成新加油脂也不能順暢到達軸承滾道內，導致軸承散熱、潤滑不良，最終引起軸承溫度偏高，油脂板結，軸承提前失效。

1.2.3 油脂加入量不足

為了保證風電機組的良好運行，應對發電機軸承定期補充油脂，根據發電機型號的不同，一般運行2500h～3500h需要對其補充油脂，然而這樣集中加入油脂的方式對于部分風速較好的機組來說間隔略長，同時手工加脂的方式有可能因為加油工具等問題，造成加入量不足。

1.3 振動造成的軸承損壞

由于振動引起的發電機軸承損壞一般多出現于新投運的風場。發電機在運輸過程中，軸承內部滾動體和滾道之間未充分形成油膜，由于外界的振動和搖擺，軸承金屬與金屬之間直接摩擦，造成了軸承的磨損，就產生了“偽布式壓痕”，在風機投運后，由于磨損的存在，軸承出現溫升過高和異音，隨著軸承工作時間的增加和機械載荷的作用，軸承的損壞愈加嚴重。

2 發電機軸承的維護措施

雙饋風電機組發電機軸承損壞主要是由上述原因引起的，針對這些問題的存在，在風機的運行維護中采取相應的措施進行有效的預防。在風機的日常維護和定期維護當中，加強對發電機軸承接地碳刷的檢查工作，對碳刷表面附著的油脂和灰塵及時進行清理，緊固接地回路接線并測量，保證接地回路的暢通，最大限度地將軸電流導入大地。

根據風電機組軸承潤滑油脂加入、排出及運行中的溫升情況，選用適合本地區的油脂型號，更換油脂型號時，務必對原有油脂進行徹底清除，避免油脂混用。

針對早期發電機軸承排脂口和廢脂盒較小導致排油不暢的情況，可對發電機軸承排脂口和廢脂盒進行技改擴大，保證排脂通道暢通，并在定期維護當中對廢脂盒中的廢脂及時清理，避免油脂堆積，有利于觀察排脂通道是否暢通。

增加自動潤滑裝置，由之前的“定期加注”改為“少吃多餐”，避免定期手工加注帶來的油脂過多或不足，使潤滑系統更加可靠。

在發電機長途運輸中加強發電機軸承的保護措施。

運行值班人員加強對發電機的參數監控，可安裝機艙振動監測裝置對軸承運行情況加強監控，發現異常情況及時登塔檢查處理，避免故障的擴大。

加強機組定檢維護質量控制，按要求進行發電機與齒輪箱機械對中工作，確保對中合格。

發電機軸承加注合格的潤滑油脂，必須保持加油工器具和油脂清潔，防止沙塵等污染潤滑油脂。

結語

在上文中，我們對雙饋風電機組發電機軸承故障進行分析并提出維護措施，在未來工作當中，還需要進一步加大該方面研究分析力度，不斷提高風力發電設備的可靠性。

參考文獻

[1]苗旭芳.減少雙饋風力發電機軸承故障的發生[J].電機技術，2015（4）：32-33.

[2]孟憲文.風力發電機軸承軸電流損傷研究[D].湖南科技大學，2016.

[3]劉瑞華，胥佳，胡鵬，等.雙饋式風電機組發電機軸承故障淺析[C].中國電機工程學會年會，2012.

[4]呂進松.集中自動潤滑裝置在風力發電機軸承上的改造應用[J].科技與創新，2014（3）：26-27.

[5]Zika Thomas， Buschbeck Frank， Preisinger Gerwin，等.風力發電機中軸承的過電流問題[J].電機與控制應用，2008，35（9）：15-19.