風電機組機艙異常振動分析處理

侯志南

摘 要：風電機組是否能夠穩定、正常運行不僅關系著電力質量和安全，還與風電企業工作人員的人身安全息息相關。風力發電機組運行中機艙發生異常振動，若不重視可能會釀成事故。本文通過分析該系統的結構特點，針對存在的問題，分析總結常見故障原因，提出若干防范治理措施，以提高風機運行安全，防止發生倒塔事故。

關鍵詞：風機;機艙振動;分析處理

1 引言

近二十年來風電產業蓬勃發展，單機功率越做越大，陸用風電單機功率可達到4-5MW，海上風電可達到10MW以上，隨著機組功率不斷加大，塔筒（或塔架）高度也在不斷長高，一般都超過100米了。風機機艙位于百米以上高空，風況不穩定，受力復雜，有時會發生異常振動現象。本文主要針對風機機艙振動問題，分析排查原因，提出若干防范措施，以提高風機運行安全，防止發生倒塔事故。

2 風電機組的構成

風力發電機組是將風能轉化為電能的一個系統裝置，其主要包括：風輪（風輪中有葉片、輪轂、變槳裝置、加固件等）、機艙、發電機、變流器、控制系統、液壓系統、冷卻系統、塔架、風速儀和風向標等組成。風能的吸收是由風輪完成的，風輪在風力的作用下旋轉帶動發電機實現發電功能，風機的振動大多與風輪有關。

3 機艙頻發加速度高報警的分析與處理

風機振動監控系統一般是在機艙內安裝了一個加速度檢測儀，持續監控塔筒頂部2個相互垂直方向的加速度值，當風速較大且不穩定時，若檢測到塔筒加速度矢量和超過設定值，保護就正常動作觸發風機緊急停車。但有的風機在風速不大情況下也頻發加速度高報警，導致頻繁停機，對緊急變槳系統、變流器等都造成頻繁沖擊，運行人員通常采取限功率運行方式，損失了發電量。分析認為，以下原因都可能導致加速度高報警：

3.1 風機基礎問題。風機基礎出了問題容易造成加速度高異常報警，因此建議：一是對風機基礎進行長期沉降監測，根據監測數據，分析基礎的絕對沉降和差異沉降變化趨勢;二是對塔筒晃動度、垂直度進行測量，分析變化趨勢;三是經常性檢查基礎處的防水處理是否完好無損。

3.2 主軸承潤滑不良。風機主軸承是容易被忽視的關鍵部件，巡檢人員登塔通常是在停機狀態下，觀察不到真實運行情況，通常認為只要不超溫就可以繼續運行，但軸承若長期潤滑不良必將導致異常磨損，動靜間隙增大，機艙振動也逐漸增大，最終需要更換大部件釀成較大損失。風機潤滑系統常見問題是：遞進式分配閥工作不正常、供油管道不出油、軸承油脂外漏、廢油收集瓶收集不到油、油管爆裂等，必須及時消除缺陷，確保主軸承潤滑正常。

3.3 檢查齒輪箱工作情況。通過工業內窺鏡仔細檢查傳動齒輪，定期取油樣化驗分析金屬磨損情況、油質劣化情況。

3.4 葉片機械零位復核。也有風機因葉片零位偏差導致風輪受力不平衡，建議對葉片機械零位進行復核，最好請葉片廠家協助，重新標記出實際零位線，然后調整偏差，使三根葉片零位準確，角度動作一致，受力均勻。

4 機艙偏航制動不牢的分析與處理

風機機艙偏航制動不牢，會造成機艙左右擺動，出現“滑移”現象，且伴有較大異響聲，分析常見原因如下：

4.1 偏航制動摩擦力不足。

（1）偏航制動缸漏油或剎車片粉末，都會污染偏航剎車盤，降低摩擦力，造成制動力不足。因此偏航剎車盤要保持清潔，集油盤要安裝到位。若剎車盤已被污染，一定要徹底清洗剎車盤及剎車片上的油脂、剎車片粉末等。

（2）檢查剎車盤面是否損傷。

（3）檢查剎車片厚度及摩擦面狀態，必要時更換全新剎車片。

（4）檢查液壓系統內部是否有積存氣體，可以嘗試一下排氣。

（5）適當調高系統液壓制動壓力。

（6）運維人員有時會將部分有故障的制動缸短接退出運行，可能會造成制動摩擦力不均勻，一定要確保全部制動器都投入工作，使剎車片受力均衡。

4.2 檢查風速風向儀，確保風向指示正確。

4.3 檢查偏航大齒及驅動小齒是否完整，沒有斷裂、缺口等缺陷。機艙“滑移”，嚴重的可能會導致偏航大齒與驅動齒撞擊，最終出現裂紋或斷裂情況。

4.4 檢查偏航驅動系統，系統一般由4臺偏航電機組成，正常情況下同步轉動機艙使風輪掃風面與風向保持垂直。

（1）檢查偏航電機抱閘分合情況，確保每臺電機在通電后能正常將摩擦片和制動盤徹底脫離。有風場曾經發生過因其中1臺偏航電機的抱閘部件失效，制動盤被抱死導致偏航驅動小齒輪無法轉動，而其他三臺偏航電機仍在正常推動偏航大齒圈偏航對風，不轉的那個偏航驅動小齒輪與偏航大齒圈之間就發生擠壓，最終造成大、小齒輪斷裂。

（2）機艙“滑移”現象，也會反作用到偏航電機的抱閘，導致抱閘剎車片磨損加劇，最終失效。

（3）檢查偏航電機工作情況，工作電流是否比相鄰電機更大，檢查測量制動器上組件與底盤的間隙及不均衡度是否符合標準，必要時更換偏航驅動制動器。

（4）偏航電機變速箱缺油也會使得齒輪傳動出現故障，嚴重的會完全卡死，偏航小齒輪受力超限，造成齒輪斷裂或電機燒壞。

4.5 葉片零位偏差導致風輪受力不平衡，可能性也比較大，建議按照上述3.4檢查處置。

5 風機振動監測系統

上文說過，一般風機只安裝2個加速度振動傳感器，當機艙振動較大時會報警停機，但沒有頻譜，無法判斷振源，無法深入分析振動異常原因，查找振動源，對于比較復雜的振動問題顯然是杯水車薪。因此，有條件的可以考慮對加裝在線振動監測系統，對葉片、主軸承、機艙、塔筒等關鍵部位進行在線監測，按照于現場的振動監測傳感器信號傳送到集控室在線振動狀態監測系統服務器，服務器安裝有專業的振動數據處理軟件，對每臺機組的振動數據進行分析處理，實時顯示報警信號及故障診斷結果。風電場定期將數據導出發送給廠家，振動分析師分析后提供分析報告。

有的廠家可以通過互聯網連接他們遠程診斷中心，實現對風機的遠程故障診斷，發現異常后提供分析報告，提醒風場進行檢查處理。他們的振動分析師更專業，大數據更為豐富，效果會更佳。

6 結束語

綜上所述，新能源風力發電行業在我國的起步相對較晚，但是發展比較迅速，風電行業在高速的發展的同時所凸顯出來的不安全因素和問題也越來越多。風電機組機艙的異常振動問題是其中比較典型的一個安全性問題，如果沒有及時得到解決就會造成安全事故，甚至人員傷亡和財產損失，因此，風電機組運維工作人員要對此問題引起高度重視。運維人員對風電機組機艙異常振動進行深入分析，用心排查問題根源，對癥下藥加以解決，定能提高風機可靠性和安全性。

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