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1500千瓦风力发电机机组常见故障机理分析 摘要：由于大多数的风电场都建在野外，风电机所处的工作环境自然就十分恶劣，极易出现各种故障，这就使得风机的维护维修需要耗费巨大的人力、物力和财力。本文首先简要介绍一下某风电场1500kw主力机型的基本结构，其次针对该机型在运行过程中出现的主要常见故障原因和处理手段加以科学分析，目的旨在确保风力发电机组的安全、稳定、经济运行，减少故障发生率，提高风电机组的运行可靠性。 下载 关键词：风力发电机组 故障机理 1、1500KW风力发电机组的基本结构 下图是北方龙源风电公司采用的某种1500KW主力风力发电机机型，该风机具有变桨、变速恒频的功能。 1 轮毂罩 2 叶片 3 轮毂 4 变桨机构 5 增速箱 6 减噪装置7 冷却风扇 8 主机架 9 吊车机构 10 制动器 11 联轴器 12 机舱罩13 控制及变频柜支架 1 4 风向标 15 发电机水冷装置 16 发电机17 偏航机构 18 增速箱油冷装置 如上图所示，叶片2通过变桨轴承被安装到轮毂3 上，共同组成风轮。风轮吸收风中的动能并转换成风轮的旋转机械能。机械能通过联接在轮毂上的增速箱主轴传入增速箱5。增速箱把风轮输入的大扭矩、低转速能量通过两极行星一级平行轴齿转化成小扭矩、高转速的能量形式后，通过联轴器11传递给发电机16。如图所示，增速箱通过减噪装置6被固定在主机架8上。在增速箱与主机架、增速箱与减噪装置之间均有弹性部件，此结构可以大大吸收风轮和增速箱所产生的震动，降低震动对系统的破坏。而且联轴器11是揉性联轴器，它本身可以吸收震动，并且可以补偿两平行性偏差和角度误差。在增速箱的输出轴上，装有常闭式液压制动器10，用于紧急情况下使制动系统。发电机安装在机舱的尾部，它将机械能转变成电能并被供到电网上。该机型采用了双馈感应发电机的形式。发电机的定子直接连接到三相电源上，转子和变频器相连。 2、风机常见故障的机理分析 2.1 齿轮箱常见故障分析 该机型发电机组的齿轮箱的增速部分由三级组成，为两级行星齿轮和一级平行轴齿轮。齿轮箱中齿面点蚀、胶合、疲劳裂纹、断齿故障比例一般高达60%以上，轴承和轴的烧伤、保持架变形、滚珠脱落、磨损，断裂故障比例达29%，其余例如箱体变形、裂开，紧固件断裂，油封老化等故障则占到11%左右。 2.1.1 齿轮损坏原因： （1） 齿轮自身弯曲强度、接触强度或疲劳强度不够，制作精度低，热处理加工有缺陷，可导致齿轮点蚀、磨损、胶合、疲劳裂纹和断裂。 （2）急速刹车时产生的刹车力矩、冲击载荷，造成齿轮断裂。 （3）外界杂物、齿轮或轴承表层的剥落异物进入啮合区，导致齿轮的磨损甚至断裂。 （4）润滑系统工作异常，不能使齿轮正常润滑，导致齿轮胶合。 2.1.2 轴承失效形式及原因： 滚动轴承的失效形式主要有疲劳剥落，过量的永久变形和磨损。疲劳剥落是正常失效形式，在安装、润滑、维护都正常的情况下，轴承由于套圈与滚动体的接触表面经受交变载荷的作用而产生疲劳剥落。一般情况下，首先在表面出现细小裂纹，再继续运转过程中，裂纹逐步增大，材料剥落，产生麻点，最后造成大面积的剥落，它决定了轴承的疲劳寿命。 2.1.3 箱体的破坏形式及原因： 箱体的裂纹一方面可能由于自身加工制造的缺陷，另一方面是由于在齿轮传动过程中，突然发生过载或卡死，导致这种尖峰载荷传递到箱体上，出现裂纹。 2.1.4 紧固件的损坏形式及原因： 由于轴承经过长时间的运转，磨损严重，保证不了轴与轴之间的平行度，使得叶片在随风旋转地过程中不能始终围绕轴的中心位置旋转，叶片受力不平衡，导致了螺栓断裂。故此，齿轮箱的日常维护、检修主要包括：齿轮箱连接螺栓的力矩检查、齿轮啮合及齿面磨损情况检查、传感器功能测试、润滑及散热系统功能检查、定期更换齿轮油滤清器，油样采集等。具体有： （1）检查螺栓和螺母是否紧固，必须使用经过校正的扭力扳手和液压扳手。 （2）检查所有部件，特别是齿轮箱、液压系统、刹车和油液泄露。必须及时排除泄漏点。 （3） 运行的异常噪音检查。 （4） 齿轮箱维护之前，必须使风机安全停机，并确保不会因为误操作而启动。 （5） 检查油位，通过游标窗口检查齿轮箱油位 （6） 检查齿轮箱是否有漏油，检查所有凹槽、迷宫环和泄漏油液的流迹。 （7） 检查油液情况。 （8） 检查齿轮啮合面。 （9） 清洁空气滤芯，必须每年清洁空气滤芯，先拧下空气滤芯，然后用清洗剂进行清洗，待干燥后再拧上。 2.2 发电机常见故障分析 风力发电机常见的故障一般有绝缘电阻低，振动噪声大，轴承过热失效和绕组断路、短路接地等。 2.2.1 绝缘地阻低的原因包括：电机温度过高、机械性能损伤、潮湿、灰尘、导电微粒或其他污染物污染侵蚀电机绕组造成。 2.2.2 振动、噪声大的原因包括：转子系统动不平衡、转子笼条有断裂、开焊、假焊、缩孔，轴径不圆、轴变形、弯曲，齿轮箱与发电机系统轴线未校准、安装不紧固、基础不好或有共振、转子与定子相互摩擦等。 2.2.3 发电机轴承过热、失效的原因包括：不适合的润滑油、润滑脂过多、过少或失效、有异物、轴电流电蚀滚道、轴承磨损、轴弯曲、变形、轴承套不圆或变形、电机底脚平面与相应的安装基础支撑平面不是自然完全接触、电机承受额外轴向力和径向力。 2.3 变频系统常见故障分析 2.3.1 变频系统作用、功能简介 该风机机舱中的变频柜内主要包括变频器、滤波电阻电容、电抗、网侧接触器、磁铁环、Crowbar单元等等。 机侧变频器功能包括： （1）发电机力矩控制 （2）功率因数调节（3）发电机同步（4）速度监视 （5）Crowbar触发。 电网侧变频器功能包括： （1）控制DC母线 （2）预充电 （3）线路滤波同步处理 （4）电网监视 2.3.2 变频器故障原因分析 一般来讲，大凡出现变频器故障，通过重启、更改参数、变频器功率板、检查线路、更换发电机转子回路保险等措施基本上可以消除故障。但在多数情况下，却无法做到。下图为该风电场2010年2012年连续三年来风机因故障更换配件的统计表。 通过上图，我们就可以看出，三年来的运行实践表明，变频器的故障率极高，远远超出齿轮箱、发电机，据同种单项故障之首。结果只能更换变频器，这些变频器包括机侧变频器、网侧变频器、偏航变频器、变桨变频器等，而一部变频器的价格则是几万到几十万不等，成本很高。 一般更换变频器的故障有：（1）功率变频器不在CAN总线上。（2）变频器直流母排电压低，电网掉电造成机侧变频器直流内部短路。（3）机侧变频器频繁报变频器不同步，不同步电压小于100V。（4）机侧变频器IGBT温度低于-40。（5）联轴器与发电机连接问题，导致发电机转速不稳。（6）电流测量问题，变频器自复位超时。 2.3.3 变频器的日常维护检查 为了尽可能确保变频器工作正常，日常应加强变频器的维护检查，一般维护检查的项目有： （1）目检（电气部件，电线、控制柜标签等）。 （2）检查电缆入口。 （3）目检电线电缆是否有损坏 （如磨破点）。 （4）检查所有电线电缆和连接器，检查导线是否固定，必须没有松动的导线。 （5）检查电缆屏蔽及其与PE的连接、检查接地端子。 （6）紧固开关设备和电气部件上所有的端子连接。 （7） 紧固所有紧固件上的螺栓（所有部件稳固、安全地固定在适当的地方）。 （8）目检所有的避雷器，如果有接地故障，必须分别检查所有避雷器。 （9）检查所有的保险丝 （说明： 必须检查所有 24 V的保险丝，