雙饋式風電機組發電機軸承故障探析

王新亮

（江蘇龍源風力發電有限公司，江蘇 南通 226000）

在科學技術不斷發展的背景下，近年來制造風電機組的企業也提升了制造水平，軸承是發電機中的核心零部件，但是由于其所處的自然環境較為惡劣，再加上設備長時間處于工作狀態，因此，風電機組的軸承經常出現故障，從而影響發電機的整體性能。本文基于某風電場的雙饋式發電機進行研究，分析軸承故障的具體原因，并提出相應的解決建議。

1 基于某風場的雙饋式風電機組分析軸承的主要故障

1．1 某風場的雙饋式風電機組軸承的故障情況

以某風場為例，該風場安裝了100臺1.5MW的風電機組，并且所有的風電機組均配置了CMS監測系統，因此可以定期對風電機組的數據展開分析，根據其測量的數據顯示，該風場大部分發電機的軸承均發生過故障，技術人員通過對某一臺風電機組中的發電機軸承進行時域以及頻域分析后顯示，是由于電腐蝕導致軸承出現故障。同時在對其他軸承進行監測時發現，經常發生軸承由于高溫而產生的報警情況，現階段該風場已經更換了50%的軸承。總而言之，發電機軸承故障顯著影響了風機的利用效率，同時還提高了運營成本和維護費用，發電機的軸承故障已經成為當前影響風機正常運行的主要問題。

1．2 造成雙饋式風電機組軸承故障的原因分析

1．2．1 軸承電腐蝕問題

在分析雙饋式風電機組故障時發現，電腐蝕問題經常導致軸承發生故障，即電流流過軸承的問題經常出現，由于在電機運行中，定、轉子磁路中或圍繞軸的相電流中的任何不平衡都能產生旋轉系統磁鏈，因此當軸旋轉時，這些磁鏈能在軸兩端產生電位差，也就是軸電壓，其在通過兩端軸承形成的閉合電路中會激勵出循環電流，該電流也就是軸電流。另外，轉子鐵心的剩磁較多，對于繞線轉子電機而言，如果發生繞組兩點或者以上對轉子鐵心或轉軸短路等，也會產生軸電壓和軸電流，與此同時軸承電流的大小與電機的結構、電機的功率、驅動電壓的幅度、脈沖上升時間、電纜長度等因素均有關。電機的功率越大、驅動電壓越高、驅動電壓的上升沿越陡、電纜越短，則軸承電流越大。通常來說，造成軸承過電的主要原因有靜電放電、軸承磁場不對稱以及共模電壓與電壓脈沖之間切換迅速等，在實際運行中，軸承電腐蝕往往是由一個滾道流向另一滾道時，而電腐蝕造成的破壞性與放電能量以及持續時間有關，但是造成的破壞效果基本保持一致。例如，在滾動體與滾道上產生微小電腐蝕凹坑、或者是潤滑失效等問題。軸承磨損問題。

1．2．2 軸承磨損問題

軸承是機械設備中的核心冷部件，軸承故障可能是由多種因素引起的，如軸承的超負荷運行、軸承的安裝及拆卸不規范等，在對上述風場軸承的更換數據進行分析后發現，80%發生故障的軸承，其外圈滾子上均出現了不同程度的磨損。由此可以看出，軸承磨損已經成為導致軸承失效的重要原因。

1．2．3 軸承潤滑問題

由于風電機組通常在潮濕、高溫、嚴寒以及鹽霧等自然環境較為惡劣的條件下工作，因此經常導致發動機出現故障，但是在分析風場發動機故障時發現，由于發動機軸承的排油孔設計不科學，也經常會致使發動機出現故障，因此工作人員應該加強對軸承潤滑工作的重視，嚴格按照軸承的維護手冊對其進行保養，最大限度減少軸承故障，從而提升發電機組的安全性和穩定性。

2 解決雙饋式風電機組發電機軸承故障的對策分析

2．1 采用絕緣端蓋

為了降低軸承電腐蝕現象的發生，可以安裝絕緣端蓋，從而阻斷軸電流回路，實現抑制電機軸電流的目的，這也是一種較為新型的電機組零配件，可以有效解決當前電機中存在的軸承腐蝕問題。該結構主要包括絕緣前蓋、軸承室、軸承螺栓外的絕緣套管等，通過在前端蓋與軸承室的接觸面之間安裝絕緣墊片，與傳統技術相比，通過在普通的軸承后安裝了可以替換的絕緣端蓋，不僅可以有效避免電腐蝕，同時也能夠降低的電機組的維修費用和生產成本，實現經濟效益與社會效益的統一。

2．2 采用絕緣軸承

為了避免軸電流對軸承的灼傷損害，應該采取有效措施隔絕軸電流，可以使用絕緣軸承。例如，對于兩端利用獨立軸承座的大型電機，可在軸承座與金屬底座之間放置絕緣材料做成的隔離墊片，而對于普通的軸承與機殼組裝成一體的電機，則通常安排在非主軸前端，使用絕緣軸承，對于要求較高的場合，則可以兩端均安裝絕緣軸承。當前使用的絕緣軸承一般為外圈附加絕緣層的辦法，偶爾也會使用內、外圈均附加絕緣層的絕緣軸承。

其次，加強對絕緣軸承的檢查，例如，為了保障絕緣性能，需要對絕緣軸承的絕緣情況進行測量，其中包含軸承的絕緣電阻、軸電壓以及軸電流等，測定電機軸電壓的目的就是掌握電機中的軸電流大小，得到軸承電流的數值。根據相關資料顯示，軸電流的損害主要發生在機座號為280及以上的變頻電源供電電動機或者是普通的大中型高壓電機中，因此需要增強檢查力度。最后，為了確保軸承的性能，還可以對絕緣軸承的絕緣電阻進行測量，測量時最好是將軸承安裝在轉軸上之后進行，現階段250V規格的絕緣電阻表使用較廣，具體測量時需先將儀表的E端與轉軸連接，如何將軸承的絕緣部分用鋁箔覆蓋后，或者用裸銅線綁扎將鋁箔固定，再與儀表L端連接，還可以將絕緣軸承裝入軸承座或電機端蓋軸承室中，在沒有電的通路的狀態下，測量轉軸與軸承座之間的絕緣電阻，確保數據的精確性。

2．3 加強轉軸接地

使用高電導率碳刷直接接觸發電機非驅動端轉軸,接地效果更佳,降低轉子軸電流損害發電機傳動系統、變頻器發生概率,提高發電機運行可靠性,碳刷接觸線速度較傳統集電環端更低,降低碳刷磨損率,提高碳刷使用壽命,碳刷安裝位置更便于碳刷磨損檢查和碳刷,碳刷滑環維護。另外，還可以在發電機中安裝接地系統，雙饋式的發電機可以利用變頻器IGBT對發電機轉子進行供電，從而控制電能的質量，確保發電機的正常運轉，與此同時變頻器還可以對發電機的轉子給予一定的電壓脈沖，然后令轉子軸、發電機軸承和機座中形成高頻的環流，而發電機中產生的這些電流，可以利用接地碳刷，將其迅速導入到大地中，避免轉子軸由于接地不良，導致電流無法被導入到大地，從而致使軸承通電，最終由于電腐蝕令軸承出現故障，因此，相關工作人員可以加強轉軸接地，通過安裝良好的轉軸接地系統，令發電機中轉子軸對稱的兩側均可以同時接地，進一步保障發電機轉子有效接地，促進電流的導出，減少電腐蝕現象的發生。

2．4 注重日常維護

為了降低軸承故障，確保用電安全，需要加強對發電機軸承的維護工作，首先，需要定期檢查碳刷磨損情況和接地碳刷開關的靈活性，同時還應該盡量選擇同一個品牌的碳刷，以本文中的風場為例，該風場最初選擇了3個品牌的碳刷，因此存在同一臺發電機使用兩種或三種碳刷的情況，但是由于各個廠家制造的碳刷質量不同，因此，經常發生不同品牌碳刷磨損程度不一致的情況，從而碳粉大量聚集，影響軸承的功能，因此，可以選用同一種品牌的碳刷，并且及時清除堆積的碳粉，避免軸承失效。其次，在軸承更換時，需要嚴格按照相應的標準，例如，本文中的某風場為了保障軸承的性能，要求在更換軸承時，必須采用軸承加熱器對其進行加熱，同時盡量將軸承中心與加熱器的中心保持一致，控制好加熱器的溫度，保持在120℃以下，最好加熱一次就安裝好，減少多次重復加熱現象的發生。最后，注重潤滑工作，設備的維護人員可以適當增加軸承的加油量，同時縮減加油的時間間隔，避免發動機由于維護不及時發生的故障。例如，可以每3個月加一次潤滑油，通常80克的潤滑油需要的加注時間在2分鐘作用，因此可以適當延長時間，每次可以使用手動的黃油槍加注160下，同時加注時間最好持續在3分鐘以上，確保潤滑油均勻地分布在整個軸承的滾子以及槽道中，采用此種維護方式，可以有效改善軸承的潤滑情況，避免軸承發生故障。

3 結語

總之，軸承故障不僅直接影響著雙饋式風電機組的工作效率，同時也會增加風場的維修成本，降低經營效益，因此，為了確保風電機組處于正常運轉的狀態，應該增強對軸承的日常維修工作，可以采用絕緣端蓋與絕緣軸承，進一步提升軸承的穩定性，避免其發生故障，提升風電機組的工作效率。