淺析風力發電機組主傳動鏈的定檢維護

張睿

摘要：風力發電作為綠色能源隨著近20年的市場發展，日益擴大著在電力能源行業中的比重，“兩會”期間，國務院總理李克強在政府工作報告中提出“要求加快推進可再生能源并網”要求。因響應政府號召，國內風電市場出現了前所未有的風電機組“搶裝潮”。隨之也帶來了巨大風電機組運維市場，而運維水平的參差不齊成為一塊行業詬病，不良的運維工作嚴重影響了機組可靠性并導致高額經濟損失。本文結合雙饋型風力發電機組主傳動鏈頻繁出現的故障進行分析對比，以某風電場2000型雙饋異步風力發電機組為例，淺析主傳動鏈的定檢與維護。

風力發電機組工作原理是由風能驅動葉輪（葉片輪轂組合）帶動主軸，通過主軸連接的增速齒輪箱將風能轉化為機械能繼而傳遞給發電機，將機械能轉化為電能。主傳動鏈包括主要設備為：葉輪系統、主軸設備、增速齒輪箱、高速聯軸器、發電機。本文主要針對故障率較高的增速齒輪箱、發電機、滑環、高速聯軸器進行定檢維護相關問題進行分析說明。

增速齒輪箱即為增速增速齒輪箱，不同機型通過不同的速比（1：127/1：108/1：118等，根據風速、空氣密度等不同設計最秀的速比）將葉輪輸入的低轉速轉化為高轉速。在運行過程中，增速增速齒輪箱易發生的故障有：①、低速、高速、箱體等漏油;②、箱體開裂;③、高速軸竄軸;④、齒面腐蝕、脫落等導致的運行卡頓。

究其原因，導致增速齒輪箱損壞的主要原因為密封性不足、巡檢不到位、潤滑油品失效等，因此增速齒輪箱應進行定期巡檢及油品檢測以確保平穩運行。在日常巡檢及定檢過程中，運維人員應及時使用清洗劑及面紗、棉布等對增速齒輪箱表面進行清理，觀察增速齒輪箱箱體表面、空氣帽口、低速端、高速端等部件是否存在脫漆情況，如脫漆需及時補漆。

增速齒輪箱的巡檢主要通過巡視及力矩校驗的方式進行檢查，主要包括增速齒輪箱加熱器的接線、所有的PT100、壓力傳感器、數顯表等電氣元件是否連接可靠、數顯正常。另外，增速齒輪箱彈性支撐屬于增速齒輪箱箱體抗扭矩及減少機架震動的必要設備，因此檢查彈性支撐是否正常，有無裂紋、老化及損壞現象為維護保養中的重要環節。

增速齒輪箱潤滑油檢查與維護。潤滑油可以在齒輪運行中，在齒面保持一層油膜以確保齒面不會在高速度、高壓強、高接觸應力的情況下，避免齒面出現粘連導致的點蝕、麻面等情況。在檢查的過程中，需確保潤滑油位是否正常，油位計及油壓開關接線是否牢固。

增速齒輪箱潤滑油根據大多數廠家要求，原則上每5年更換一次。若油液通過油品取樣分析，確定潤滑油的質量指標仍能滿足使用要求，則可繼續使用。潤滑油更換時，必須使用和之前相同牌號的油品，不允許使用混合油或不同廠家的油脂。

在增速齒輪箱與發電機之間，由彈性聯軸器進行連接。彈性聯軸用以抵消發電機在風電機組長期不穩定、不規則擺動中產生的輕微位移，如不及時維護，則會對增速齒輪箱高速軸輸出端、發電機輸入端產生嚴重影響，最終導致增速齒輪箱高速軸制動盤跑偏、摩擦起火、發電機輸入端軸承磨損等情況。聯軸器的維護方式包括及時激光對中、檢查力矩兩種方式。

激光對中是通過安裝在發電機輸入端及高速軸制動盤上的激光對中儀進行數據復核。根據機組圖紙所示兩軸端距離尺寸（L=高速輸出軸至發電機輸入軸間距離）以及設計允許偏差值（本文選型機組偏差值見下表及圖1）進行增速齒輪箱軸和發電機軸對中。若設備下安裝有減震器，則對中48小時后再核對對中情況。

聯軸器固定螺栓的力矩維護則是通過檢查聯軸器固定螺栓是否生銹、損壞，橡膠墊是否磨損、老化進行判定。如圖2所示：

在傳動鏈的最后一個設備，便是將機械能轉化為電能的發電機設備。發電機一般采用高速永磁或勵磁方式，一般運維人員在運行維護過程中，只需對發電機潤滑油是否缺少，本體表面是否清潔、導流罩是否完好、散熱風道是否清潔、發電機地腳螺栓是否存在松動情況進行檢查。

在年檢定檢中，還需對發電機接線含定轉子、地線、外殼接地、前后軸承接地等進行檢查及緊固。需要注意的是，測量被試電機的絕緣電阻時，應分別在發電機實際冷狀態和熱狀態（或溫升試驗后）下進行。測量繞組絕緣電阻時應同時測量繞組溫度，但在實際冷狀態下測量時可取周圍介質溫度作為繞組溫度。

兆歐表的選用見下表：

發電機定子、轉子繞組對機座的絕緣電阻在熱狀態或溫升試驗后，根據標準計算公式應不低于0.7MΩ。防冷凝加熱器冷態絕緣電阻不低于30MΩ，熱態絕緣電阻不低于2MΩ;溫度傳感器冷態絕緣電阻不低于30MΩ;軸承熱態絕緣電阻不低于1MΩ。

在日常的檢查中，碳刷部分的檢查一般是比較容易忽略的一個位置。當碳粉堆積、碳刷磨損短缺、刷架松動的情況下，會導致發電機轉子燒毀、點蝕的嚴重后果。因此在檢查過程中，需檢查碳刷架有無松動情況，并使用扳手對碳刷架固定螺栓進行緊固;檢查碳刷磨損行程開關是否有效;手動觸發碳刷磨損行程開關，檢查風力發電機組故障狀態;檢查碳刷和固定器緊密配合情況及碳刷固定后的活動性：拉住電刷刷線反復多次上下拉拔，檢查碳刷固定后的活動性，并保證保證恒壓彈簧到位及恒壓圈走圓。清理滑環室碳粉。發電機滑環室碳粉需要定期清理，運行6個月風場，清理碳粉時候，拆下發電機滑環室維修蓋板，對發電機滑環室碳粉進行清理。

結論：

不論風力發電機的任何部件，都需要定期及時的進行檢查、保養與維護。維護工作是否到位直接決定了風電機組的可靠性繼而影響風電機組的可利用率，而機組的可利用率則直接關乎業主方的切身收益。因此風力發電機組的維護工作應以預防性、預判性維護為要點，通過排除“小故障”避免“大隱患”。

參考文獻：

[1]葉航冶.風力發電機組控制技術[M].機械工業出版社

[2]廖明夫.風力發電技術[G].西北工業大學出版社