盧 源

（國(guó)電廣西新能源開(kāi)發(fā)有限公司，廣西南寧 530007）

0 引言

發(fā)電機(jī)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的最重要部件，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接影響著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承故障的情況也增多，由此帶來(lái)的維護(hù)成本也不斷增加，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行可靠性下降。雙饋式風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)軸承失效已成為我國(guó)風(fēng)電行業(yè)比較嚴(yán)重及普遍存在的問(wèn)題[1]，急需有效的預(yù)防措施。

1 運(yùn)行情況

某風(fēng)電場(chǎng)安裝1.5 MW 雙饋異步四極風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，風(fēng)機(jī)位于海拔約1000 m 的高山區(qū)域，常年濕度、霧氣較大。運(yùn)行兩年多年后發(fā)電機(jī)軸承經(jīng)常報(bào)高溫預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查軸承響聲較大，累計(jì)更換過(guò)發(fā)電機(jī)軸承的風(fēng)機(jī)數(shù)達(dá)總風(fēng)機(jī)數(shù)一半，其中更換的風(fēng)機(jī)中90%更換過(guò)發(fā)電機(jī)前后軸承，多次更換軸承的風(fēng)機(jī)數(shù)達(dá)1/3。發(fā)電機(jī)軸承故障極大降低了風(fēng)機(jī)可利用率，增加風(fēng)機(jī)維護(hù)成本。發(fā)電機(jī)軸承故障成為該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)維護(hù)的最大問(wèn)題。

2 發(fā)電機(jī)維護(hù)情況

發(fā)電機(jī)為雙饋異步四級(jí)發(fā)電機(jī)，額定功率1.5 MW，發(fā)電機(jī)軸承為SKF 進(jìn)口軸承，潤(rùn)滑脂原為美孚320，運(yùn)行1 年半左右更換為克虜伯114 潤(rùn)滑脂。潤(rùn)滑脂加注形式為手動(dòng)加注，風(fēng)電場(chǎng)6個(gè)月加注一次潤(rùn)滑脂，每次使用手動(dòng)黃油槍以壓柄最大行程加注80 下，碳刷為多個(gè)品牌混用。

3 失效情況

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)更換出來(lái)的故障軸承看，80%故障軸承外圈滾子槽出現(xiàn)不同程度的波紋式磨損，潤(rùn)滑脂結(jié)塊變硬，軸承潤(rùn)滑脂廢油孔無(wú)積油。集電環(huán)室碳粉多，碳刷磨損不均勻，多臺(tái)次發(fā)電機(jī)出現(xiàn)集電環(huán)燒毀或電弧灼燒情況。

4 維護(hù)措施

軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的重要部件，軸承失效可能由很多因素引起：潤(rùn)滑失效、超負(fù)荷運(yùn)行、安裝拆卸不當(dāng)、密封失效、電腐蝕等[2]。根據(jù)可能引起軸承故障的原因，風(fēng)電場(chǎng)在一年時(shí)間采取一系列防范措施。

4.1 增加加油量及縮短加油間隔

由于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行在潮濕、高溫、低溫、鹽霧等惡劣環(huán)境及發(fā)電機(jī)軸承排油孔設(shè)計(jì)不合理，發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑情況不理想。按照風(fēng)機(jī)維護(hù)手冊(cè)發(fā)電機(jī)軸承加油要求進(jìn)行維護(hù)，6 個(gè)月加注80 g，但從損壞拆下的軸承潤(rùn)滑情況看，已經(jīng)按指導(dǎo)手冊(cè)按時(shí)加注潤(rùn)滑油，但軸承滾子滾槽還是很干澀，達(dá)不到潤(rùn)滑要求。80 g 潤(rùn)滑油使用手動(dòng)黃油槍加注時(shí)間大約為2 min，加注潤(rùn)滑油時(shí)發(fā)電機(jī)軸承可能是靜止或低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，潤(rùn)滑油加注量少且加注時(shí)間短，新加注的潤(rùn)滑油不能分布于整個(gè)軸承的滾子及滾子槽道，改善潤(rùn)滑作業(yè)極小。長(zhǎng)此以往，運(yùn)維人員以為已經(jīng)按時(shí)加注潤(rùn)滑油，實(shí)則潤(rùn)滑情況未得到改善，最后導(dǎo)致潤(rùn)滑失效，軸承磨損。故風(fēng)電場(chǎng)要求縮短加油間隔，3 個(gè)月加注一次，每次使用手動(dòng)黃油槍最大行程加注160 下，加注時(shí)開(kāi)槳讓發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)起來(lái)，加注時(shí)間不宜過(guò)快，需持續(xù)3 min。更改過(guò)發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油加注要求后，發(fā)電機(jī)軸承潤(rùn)滑情況得到極大改善。

4.2 使用同一品牌的碳刷

風(fēng)電場(chǎng)原使用的碳刷品牌多達(dá)3 種，同一臺(tái)發(fā)電機(jī)的集電環(huán)同時(shí)使用不同碳刷，存在不同品牌碳刷磨損不均勻的情況，碳粉堆積多，對(duì)集電環(huán)存在一定隱患，碳粉還會(huì)從縫隙進(jìn)入軸承潤(rùn)滑脂內(nèi)。風(fēng)電場(chǎng)要求同一臺(tái)風(fēng)機(jī)只能使用同一品牌碳刷，要求定期將集電環(huán)室下通風(fēng)口清理干凈，保證碳粉及時(shí)排除，避免堆積過(guò)多。

4.3 統(tǒng)一使用絕緣軸承

發(fā)電機(jī)出廠時(shí)一個(gè)軸承為絕緣軸承（軸承內(nèi)圈與軸接觸部分涂有絕緣介質(zhì)），一個(gè)軸承為非絕緣軸承（采用端蓋絕緣結(jié)構(gòu)）。非絕緣軸承存在感應(yīng)電流對(duì)軸承的電蝕危害，電流對(duì)潤(rùn)滑脂和滾動(dòng)體、滾道造成損壞，降低軸承的使用壽命[3-4]。在需要更換的軸承中若有非絕緣軸承的，則更換為絕緣軸承，降低軸電流的危害。

4.4 規(guī)范軸承更換工藝

發(fā)電機(jī)使用的是深溝球軸承，采用過(guò)盈配合和加熱法裝配。部分軸承更換時(shí)，因其他因素，更換人員不使用軸承專用加熱器加熱，而是將軸承浸泡在液壓站油里，再用電磁爐加熱液壓站油的方法來(lái)加熱軸承。該方法僅憑更換人員經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷軸承溫度，溫度控制不準(zhǔn)，軸承受熱不均勻，液壓站油殘留在軸承上，也一定程度降低了潤(rùn)滑脂的潤(rùn)滑效果。若溫度過(guò)高，會(huì)使軸承產(chǎn)生回火，致使硬度變低，運(yùn)行中軸承就容易磨損、剝落[5-6]。經(jīng)專業(yè)人員要求后，風(fēng)電場(chǎng)要求軸承加熱必須使用軸承加熱專用器，將軸承中心對(duì)準(zhǔn)加熱器中心，嚴(yán)格控制溫度不要超過(guò)120 ℃，盡量只加熱一次就裝配上，避免多次加熱。

4.5 規(guī)范發(fā)電機(jī)機(jī)械對(duì)中工藝

發(fā)電機(jī)組更換齒輪箱側(cè)（驅(qū)動(dòng)側(cè)）軸承后需要進(jìn)行機(jī)械對(duì)中，把齒輪箱和發(fā)電機(jī)的兩根軸調(diào)整為同一軸線，避免在聯(lián)軸器上形成較大應(yīng)力，產(chǎn)生較大振動(dòng)，確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行[7]。機(jī)械對(duì)中數(shù)據(jù)滿足要求后，發(fā)電機(jī)4 顆地腳螺栓要按對(duì)角順序分兩次打標(biāo)準(zhǔn)力矩，第一次打500 N·m，第二次打滿。打完500 N·m 力矩后，再次用對(duì)中儀檢測(cè)對(duì)中結(jié)果是否在允許的范圍內(nèi)，否則要重新對(duì)中，如果在范圍內(nèi)就進(jìn)行第二次打標(biāo)準(zhǔn)力矩。實(shí)際對(duì)中過(guò)程，往往打完第一次標(biāo)準(zhǔn)力矩500 N·m 后，再檢測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)往往就會(huì)超出允許范圍，維護(hù)人員需要對(duì)中無(wú)數(shù)次才能滿足規(guī)范要求，需要耗費(fèi)大量體力、精力、時(shí)間，特別是在剛換完軸承后，人員已經(jīng)疲憊的情況。所以很多對(duì)中人員在好不容易數(shù)據(jù)滿足要求后，打完第一次力矩后不再檢驗(yàn)，就直接打第二次力矩。風(fēng)電場(chǎng)了解到這種情況后，機(jī)械對(duì)中時(shí)安排專人監(jiān)督，嚴(yán)格要求打滿力矩后再進(jìn)行一次校驗(yàn)，校驗(yàn)必須滿足要求，方可結(jié)束對(duì)中工作。

4.6 發(fā)電機(jī)軸加裝接地系統(tǒng)

雙饋式異步發(fā)電機(jī)通過(guò)變頻器IGBT 給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供電，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的控制，保證發(fā)電機(jī)輸出電能。變頻器向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供電壓脈沖，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸、軸承和機(jī)座中形成高頻環(huán)流。軸承轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程也產(chǎn)生靜電放電及發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)不對(duì)稱也會(huì)使發(fā)電機(jī)軸帶電[8]。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的這些電經(jīng)集電環(huán)上的接地碳刷快速導(dǎo)入大地，避免軸承長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)過(guò)電流，產(chǎn)生電腐蝕。但集電環(huán)的接地碳刷只形成一側(cè)接地，且由于碳粉吸附、碳刷磨損、松動(dòng)等情況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸接地不良，轉(zhuǎn)子軸上的電流就不能快速導(dǎo)入大地消除，從而通過(guò)軸承發(fā)電，產(chǎn)生軸承過(guò)電流，最終引起發(fā)電機(jī)電腐蝕失效。風(fēng)電場(chǎng)在驅(qū)動(dòng)端側(cè)（齒輪箱側(cè)）發(fā)電機(jī)軸上加裝1 組轉(zhuǎn)軸接地系統(tǒng)，形成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸對(duì)稱的兩側(cè)同時(shí)接地，能可靠保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有良好接地，利于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸電流導(dǎo)出，消除軸電流的危害。

4.7 安裝傳動(dòng)鏈監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在發(fā)電機(jī)、齒輪箱、主軸相關(guān)位置安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的振動(dòng)情況，在軸承出現(xiàn)磨損的前期就知道預(yù)警，及早做好防止進(jìn)一步惡化的措施[9-10]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以預(yù)警軸承缺油、早期磨損、地腳螺栓松動(dòng)等癥狀，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保護(hù)風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的大部件。

5 改造效果

風(fēng)電場(chǎng)根據(jù)發(fā)電機(jī)軸承頻繁損壞，依次采取上述一系列措施，在發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端加裝轉(zhuǎn)子軸接地裝置，將損壞的非絕緣軸承更換為絕緣軸承。嚴(yán)格規(guī)范軸承更換工藝，要求使用軸承專用加熱器加熱軸承，要求機(jī)械對(duì)中打滿力矩后再檢驗(yàn)一次對(duì)中數(shù)據(jù)，對(duì)中數(shù)據(jù)必須是滿足要求的，3 個(gè)月清理一次集電環(huán)室碳粉，清理原潤(rùn)滑脂后再添加新潤(rùn)滑脂，縮短加油間隔并增加加油量，要求加油時(shí)發(fā)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)，加油時(shí)間持續(xù)3 min 以上。加裝傳動(dòng)鏈在線監(jiān)測(cè)裝置，每個(gè)月出具振動(dòng)監(jiān)測(cè)報(bào)告，對(duì)磨損出現(xiàn)劣化的情況作出預(yù)防措施。通過(guò)一系列整改，目前風(fēng)電場(chǎng)的發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)行良好，未出現(xiàn)軸承故障。

6 結(jié)論

發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的重要部件，發(fā)電機(jī)軸承出現(xiàn)故障會(huì)使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效力降低，甚至導(dǎo)致整臺(tái)發(fā)電機(jī)都需要更換，維修費(fèi)用巨大。對(duì)軸承故障原因作出分析并采取解決措施，效果明顯。給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)維修提供故障診斷幫助，同時(shí)也給軸承制造和安裝部門(mén)提供理論研究依據(jù)。