隨著國內風機制造水平的快速發(fā)展，兆瓦級風機已成為風電行業(yè)的主力機型，特別是1.5MW型機組已日趨成熟，并在風電場中普遍安裝。隨著風電機組投行時間的逐漸累積，由齒輪箱故障或損壞引起的機組停運事件時有發(fā)生，由此帶來的直接和間接損失也越來越大。

以我場為例：2010年由于齒輪箱故障或損壞導致的直接電量損失年均約8.5萬kwh，占非常規(guī)維護工作量的13.5%以上。本文以吉林長嶺北正風電場安裝的66臺1.5Se低溫型風機齒輪箱發(fā)現的問題進行了分析并提出運行維護建議。

一、風電機組齒輪箱的結構及運行特征

我風電場安裝的風電機組齒輪箱全部為德國雅克進口設備。運行近一年了來，部分齒輪箱發(fā)生故障，其中一臺由廠家更換。

（一）風電場處于山區(qū)或丘陵地帶，由此產生在風輪上除水平來流外還有徑向氣流分量。相當一部分地區(qū)氣流的陣風因子影響較大，對于風電機組機械傳動力系來說，經常出現超過其設計極限條件的情況。作為傳遞動力的裝置-齒輪箱，由于氣流的不穩(wěn)定性，導致齒輪箱長期處于復雜的交變載荷下工作。

（二）在吉林西部地區(qū)，冬季氣溫很低，2009年極端（短時）最低氣溫達到-40℃以下，而風力發(fā)電機組的設計最低運行氣溫在-20℃以上。如果長時間在低溫下運行，將損壞風力發(fā)電機組中的部件，如齒輪箱。

歸納起來，我風電場經常發(fā)生齒輪箱故障可能主要有以下原因：

1.齒輪箱潤滑不良造成齒面、軸承過早磨損。大氣溫度過低，潤滑劑凝固，造成潤滑劑無法到達需潤滑部位而造成磨損。潤滑劑散熱不好，經常過熱，造成潤滑劑提前失效而損壞機械嚙合表面。濾芯堵塞、油位傳感器污染，潤滑劑“中毒”而失效 。

2.設計上存在缺陷。齒輪的承載能力計算一般按照ISO6336（德國標準DIN3990）進行。當無法從實際運行得到經驗數據時，廠家可能選用的應用系數KA為1.3，但實際上由于風載荷的不穩(wěn)定性，使得設計與實際具有偏差。

二、風電機組齒輪箱故障診斷

通過對風電機組旋轉部件的運行特征進行狀態(tài)監(jiān)測，比如實時監(jiān)測齒輪箱、主軸、發(fā)電機等部件的振動頻譜、齒輪油污染情況或定期對上述部件的狀態(tài)進行監(jiān)測、記錄，及時發(fā)現隱患，找出導致問題出現的原因，相應采取措施加以解決。當機械部件發(fā)生初期磨損時，其振動頻譜上會產生響應特征頻率，通過測試儀器可以進行設備的狀態(tài)監(jiān)測。

（一）應用羅特艾德公司LTAD8.2狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（風機廠家配套系統(tǒng)）對風電機組齒輪箱故障進行診斷。我們采用羅特艾德的LTAD8.2狀態(tài)監(jiān)測儀，對北正風電場2臺YK990齒輪箱進行了對比，通過齒輪箱內軸承和齒輪間嚙合的頻率和振動分析，準確地找出了2號機齒輪箱的故障點，既FZ450和FZ630二個軸承損壞。

機組情況描述：機型1.5Se 額定功率：1500kW

齒輪箱類型： JA/KE YK990

安裝風場： 北正風電場

已運行時間： 3200h

齒輪箱損壞情況：首先，軸承FZ450 （IM1）內圈擋環(huán)粉碎，IMl軸軸向串動16mm，進而引起，軸承22328 （HS）和FZ630 （IM2）損壞。

監(jiān)測方式：分別對北正風場兩臺JA/KE YK990齒輪箱進行狀態(tài)監(jiān)測

監(jiān)測對象：1號齒輪箱為在齒輪箱廠才修過且運行不滿1年；2號為有問題齒輪箱

監(jiān)測狀態(tài)：風電機組投運，并網發(fā)電

監(jiān)測時間：2h

取樣/分析程序：1.所有軸承端蓋的水平和垂直方向各取1個點；2.風電機組并網，依次在各取樣點提取振幅和頻率數據；3.在計算機中進行頻譜分析，得知軸承、齒輪嚙合狀況。若發(fā)現問題，根據頻譜特征，結合齒輪箱的運行參數，推斷引起問題的因素；4.建立狀態(tài)分析檔案，跟蹤質量檢查。監(jiān)測結果：1號齒輪箱：齒輪間嚙合及軸承運行工況良好。2號齒輪箱：（1）輸入軸：出現齒輪箱的嚙合頻率及其高倍的諧波分量，說明軸承狀態(tài)良好，齒輪運行存在缺陷；（2）IM1軸：輸入端：出現了缺陷頻率和諧波分量，說明軸承狀態(tài)及齒輪運行不良。輸出端： 出現大量的缺陷頻率和諧波分量并加雜大量邊頻，說明軸承己明顯損壞，齒輪的嚙合不良；（3）IM2軸：出現不少軸承缺陷特征，說明軸承有問題；（4）高速軸：輸出端的振動頻譜說明無明顯的軸承損壞特征。

以上監(jiān)測結果與實際檢查完全吻合。通過對齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測，我們準確的找到了故障的位置和故障點，縮短了齒輪箱修理而造成的風電機組停機時間。

（二）現場測量點的選擇

根據目前風電機組的實際運行情況，通常齒輪箱齒輪及其軸承、發(fā)電機及其軸承是較容易發(fā)生故障的部件，因此在常規(guī)的監(jiān)測中，可將齒輪箱前后軸承、發(fā)電機前后軸承分別作為測量點。這樣做是基于如下的考慮：

1.當機組的主要軸承失效時，機組就得停機。監(jiān)測軸承的振動可以較早發(fā)現軸承故障，這就為及早安排必要的維修提供了寶貴的時間。

2.由于軸承承載著機器的負荷，許多典型的機械問題如不平衡、不對中、松動等都會將振動信號傳給軸承。因此通過監(jiān)視軸承的振動，就會同時發(fā)現上述典型機械故障及軸承缺陷。

三、結論

綜上所述，我們認為：對于齒輪箱齒輪、軸承的故障診斷尚處于摸索時期，還需要有一定的時間和更多的實踐，由于僅對為數不多的幾臺風電機組的齒輪箱進行了分析，難免存在有一定的片面性，但其效果經證實是有效的。

無論是國產化制造齒輪箱還是進口齒輪箱的用戶，在今后運行維護中應注意以下幾點：

1.必須深入了解齒輪箱輸入的載荷譜，以及齒輪箱的振動頻譜，通過測試分析找出故障原因。

2.對于不同用戶應采取不同措施，如陣風大，交變應力較大的地方，應對齒輪箱及軸承進行加強設計。

3.低溫時，應考慮妥善的加熱方法，以及良好的散熱系統(tǒng)。

4.應充分監(jiān)視振動頻譜，對齒輪箱故障進行預測。

5.必須對重點部位的溫度進行監(jiān)視，對超溫進行保護并及時發(fā)現問題。