王新亮

（江蘇龍?jiān)达L(fēng)力發(fā)電有限公司，江蘇 南通 226000）

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，近年來制造風(fēng)電機(jī)組的企業(yè)也提升了制造水平，軸承是發(fā)電機(jī)中的核心零部件，但是由于其所處的自然環(huán)境較為惡劣，再加上設(shè)備長時(shí)間處于工作狀態(tài)，因此，風(fēng)電機(jī)組的軸承經(jīng)常出現(xiàn)故障，從而影響發(fā)電機(jī)的整體性能。本文基于某風(fēng)電場(chǎng)的雙饋式發(fā)電機(jī)進(jìn)行研究，分析軸承故障的具體原因，并提出相應(yīng)的解決建議。

1 基于某風(fēng)場(chǎng)的雙饋式風(fēng)電機(jī)組分析軸承的主要故障

1．1 某風(fēng)場(chǎng)的雙饋式風(fēng)電機(jī)組軸承的故障情況

以某風(fēng)場(chǎng)為例，該風(fēng)場(chǎng)安裝了100臺(tái)1.5MW的風(fēng)電機(jī)組，并且所有的風(fēng)電機(jī)組均配置了CMS監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，因此可以定期對(duì)風(fēng)電機(jī)組的數(shù)據(jù)展開分析，根據(jù)其測(cè)量的數(shù)據(jù)顯示，該風(fēng)場(chǎng)大部分發(fā)電機(jī)的軸承均發(fā)生過故障，技術(shù)人員通過對(duì)某一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中的發(fā)電機(jī)軸承進(jìn)行時(shí)域以及頻域分析后顯示，是由于電腐蝕導(dǎo)致軸承出現(xiàn)故障。同時(shí)在對(duì)其他軸承進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)常發(fā)生軸承由于高溫而產(chǎn)生的報(bào)警情況，現(xiàn)階段該風(fēng)場(chǎng)已經(jīng)更換了50%的軸承。總而言之，發(fā)電機(jī)軸承故障顯著影響了風(fēng)機(jī)的利用效率，同時(shí)還提高了運(yùn)營成本和維護(hù)費(fèi)用，發(fā)電機(jī)的軸承故障已經(jīng)成為當(dāng)前影響風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的主要問題。

1．2 造成雙饋式風(fēng)電機(jī)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(fēng)電機(jī)組故障時(shí)發(fā)現(xiàn)，電腐蝕問題經(jīng)常導(dǎo)致軸承發(fā)生故障，即電流流過軸承的問題經(jīng)常出現(xiàn)，由于在電機(jī)運(yùn)行中，定、轉(zhuǎn)子磁路中或圍繞軸的相電流中的任何不平衡都能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)磁鏈，因此當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這些磁鏈能在軸兩端產(chǎn)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(huì)激勵(lì)出循環(huán)電流，該電流也就是軸電流。另外，轉(zhuǎn)子鐵心的剩磁較多，對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)而言，如果發(fā)生繞組兩點(diǎn)或者以上對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心或轉(zhuǎn)軸短路等，也會(huì)產(chǎn)生軸電壓和軸電流，與此同時(shí)軸承電流的大小與電機(jī)的結(jié)構(gòu)、電機(jī)的功率、驅(qū)動(dòng)電壓的幅度、脈沖上升時(shí)間、電纜長度等因素均有關(guān)。電機(jī)的功率越大、驅(qū)動(dòng)電壓越高、驅(qū)動(dòng)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(chǎng)不對(duì)稱以及共模電壓與電壓脈沖之間切換迅速等，在實(shí)際運(yùn)行中，軸承電腐蝕往往是由一個(gè)滾道流向另一滾道時(shí)，而電腐蝕造成的破壞性與放電能量以及持續(xù)時(shí)間有關(guān)，但是造成的破壞效果基本保持一致。例如，在滾動(dòng)體與滾道上產(chǎn)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(jī)械設(shè)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(fù)荷運(yùn)行、軸承的安裝及拆卸不規(guī)范等，在對(duì)上述風(fēng)場(chǎng)軸承的更換數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，80%發(fā)生故障的軸承，其外圈滾子上均出現(xiàn)了不同程度的磨損。由此可以看出，軸承磨損已經(jīng)成為導(dǎo)致軸承失效的重要原因。

1．2．3 軸承潤滑問題

由于風(fēng)電機(jī)組通常在潮濕、高溫、嚴(yán)寒以及鹽霧等自然環(huán)境較為惡劣的條件下工作，因此經(jīng)常導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，但是在分析風(fēng)場(chǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)故障時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的排油孔設(shè)計(jì)不科學(xué)，也經(jīng)常會(huì)致使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，因此工作人員應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)軸承潤滑工作的重視，嚴(yán)格按照軸承的維護(hù)手冊(cè)對(duì)其進(jìn)行保養(yǎng)，最大限度減少軸承故障，從而提升發(fā)電機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性。

2 解決雙饋式風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承故障的對(duì)策分析

2．1 采用絕緣端蓋

為了降低軸承電腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生，可以安裝絕緣端蓋，從而阻斷軸電流回路，實(shí)現(xiàn)抑制電機(jī)軸電流的目的，這也是一種較為新型的電機(jī)組零配件，可以有效解決當(dāng)前電機(jī)中存在的軸承腐蝕問題。該結(jié)構(gòu)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(tǒng)技術(shù)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(shí)也能夠降低的電機(jī)組的維修費(fèi)用和生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一。

2．2 采用絕緣軸承

為了避免軸電流對(duì)軸承的灼傷損害，應(yīng)該采取有效措施隔絕軸電流，可以使用絕緣軸承。例如，對(duì)于兩端利用獨(dú)立軸承座的大型電機(jī)，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(duì)于普通的軸承與機(jī)殼組裝成一體的電機(jī)，則通常安排在非主軸前端，使用絕緣軸承，對(duì)于要求較高的場(chǎng)合，則可以兩端均安裝絕緣軸承。當(dāng)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(huì)使用內(nèi)、外圈均附加絕緣層的絕緣軸承。

其次，加強(qiáng)對(duì)絕緣軸承的檢查，例如，為了保障絕緣性能，需要對(duì)絕緣軸承的絕緣情況進(jìn)行測(cè)量，其中包含軸承的絕緣電阻、軸電壓以及軸電流等，測(cè)定電機(jī)軸電壓的目的就是掌握電機(jī)中的軸電流大小，得到軸承電流的數(shù)值。根據(jù)相關(guān)資料顯示，軸電流的損害主要發(fā)生在機(jī)座號(hào)為280及以上的變頻電源供電電動(dòng)機(jī)或者是普通的大中型高壓電機(jī)中，因此需要增強(qiáng)檢查力度。最后，為了確保軸承的性能，還可以對(duì)絕緣軸承的絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)最好是將軸承安裝在轉(zhuǎn)軸上之后進(jìn)行，現(xiàn)階段250V規(guī)格的絕緣電阻表使用較廣，具體測(cè)量時(shí)需先將儀表的E端與轉(zhuǎn)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(jī)端蓋軸承室中，在沒有電的通路的狀態(tài)下，測(cè)量轉(zhuǎn)軸與軸承座之間的絕緣電阻，確保數(shù)據(jù)的精確性。

2．3 加強(qiáng)轉(zhuǎn)軸接地

使用高電導(dǎo)率碳刷直接接觸發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端轉(zhuǎn)軸,接地效果更佳,降低轉(zhuǎn)子軸電流損害發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、變頻器發(fā)生概率,提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行可靠性,碳刷接觸線速度較傳統(tǒng)集電環(huán)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(huán)維護(hù)。另外，還可以在發(fā)電機(jī)中安裝接地系統(tǒng)，雙饋式的發(fā)電機(jī)可以利用變頻器IGBT對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行供電，從而控制電能的質(zhì)量，確保發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，與此同時(shí)變頻器還可以對(duì)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子給予一定的電壓脈沖，然后令轉(zhuǎn)子軸、發(fā)電機(jī)軸承和機(jī)座中形成高頻的環(huán)流，而發(fā)電機(jī)中產(chǎn)生的這些電流，可以利用接地碳刷，將其迅速導(dǎo)入到大地中，避免轉(zhuǎn)子軸由于接地不良，導(dǎo)致電流無法被導(dǎo)入到大地，從而致使軸承通電，最終由于電腐蝕令軸承出現(xiàn)故障，因此，相關(guān)工作人員可以加強(qiáng)轉(zhuǎn)軸接地，通過安裝良好的轉(zhuǎn)軸接地系統(tǒng)，令發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子軸對(duì)稱的兩側(cè)均可以同時(shí)接地，進(jìn)一步保障發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有效接地，促進(jìn)電流的導(dǎo)出，減少電腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。

2．4 注重日常維護(hù)

為了降低軸承故障，確保用電安全，需要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)軸承的維護(hù)工作，首先，需要定期檢查碳刷磨損情況和接地碳刷開關(guān)的靈活性，同時(shí)還應(yīng)該盡量選擇同一個(gè)品牌的碳刷，以本文中的風(fēng)場(chǎng)為例，該風(fēng)場(chǎng)最初選擇了3個(gè)品牌的碳刷，因此存在同一臺(tái)發(fā)電機(jī)使用兩種或三種碳刷的情況，但是由于各個(gè)廠家制造的碳刷質(zhì)量不同，因此，經(jīng)常發(fā)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(shí)清除堆積的碳粉，避免軸承失效。其次，在軸承更換時(shí)，需要嚴(yán)格按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，例如，本文中的某風(fēng)場(chǎng)為了保障軸承的性能，要求在更換軸承時(shí)，必須采用軸承加熱器對(duì)其進(jìn)行加熱，同時(shí)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(fù)加熱現(xiàn)象的發(fā)生。最后，注重潤滑工作，設(shè)備的維護(hù)人員可以適當(dāng)增加軸承的加油量，同時(shí)縮減加油的時(shí)間間隔，避免發(fā)動(dòng)機(jī)由于維護(hù)不及時(shí)發(fā)生的故障。例如，可以每3個(gè)月加一次潤滑油，通常80克的潤滑油需要的加注時(shí)間在2分鐘作用，因此可以適當(dāng)延長時(shí)間，每次可以使用手動(dòng)的黃油槍加注160下，同時(shí)加注時(shí)間最好持續(xù)在3分鐘以上，確保潤滑油均勻地分布在整個(gè)軸承的滾子以及槽道中，采用此種維護(hù)方式，可以有效改善軸承的潤滑情況，避免軸承發(fā)生故障。

3 結(jié)語

總之，軸承故障不僅直接影響著雙饋式風(fēng)電機(jī)組的工作效率，同時(shí)也會(huì)增加風(fēng)場(chǎng)的維修成本，降低經(jīng)營效益，因此，為了確保風(fēng)電機(jī)組處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，應(yīng)該增強(qiáng)對(duì)軸承的日常維修工作，可以采用絕緣端蓋與絕緣軸承，進(jìn)一步提升軸承的穩(wěn)定性，避免其發(fā)生故障，提升風(fēng)電機(jī)組的工作效率。