五凌電力有限公司廣東分公司 馬克鵬 彭 發(fā)

在經(jīng)濟(jì)社會的建設(shè)和發(fā)展中，電力作為重要的基礎(chǔ)能源。同時，電力本身也與人民的生產(chǎn)生活息息相關(guān)[1-3]。隨著新能源在電力市場的占比不斷擴(kuò)大，風(fēng)電作為新能源板塊的重要組成，風(fēng)電場的安全穩(wěn)定運(yùn)行對電網(wǎng)的安全影響越來越大。因此，全面提高風(fēng)電設(shè)備健康水平，對于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，也是對國家節(jié)能減排工作的一種支持[4-5]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)驅(qū)動裝置健康水平很大程度上影響了發(fā)電效益和安全效益[6]，因此，對于偏航系統(tǒng)的異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決方案和建議，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

陽春市回頭龍風(fēng)電場位于廣東省陽江市陽春市，距陽春市直線距離約23km。項(xiàng)目裝機(jī)96MW，安裝34臺葉輪直徑141m、輪轂高度為90m 的風(fēng)機(jī)（其中23臺2.65MW、11臺3.2MW 風(fēng)機(jī)）。新建110kV 升壓站一座，所發(fā)電量通過I 回110kV 線路送至220kV旗鼓嶺變電站，線路全長26.8公里。項(xiàng)目于2020年12月投產(chǎn)發(fā)電。偏航系統(tǒng)驅(qū)動裝置采用重慶齒輪箱有限責(zé)任公司和邦飛利傳動設(shè)備（上海）有限公司的設(shè)備。

1 故障情況

風(fēng)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報“偏航電機(jī)未得電時轉(zhuǎn)速過高”，下次偏航時報“機(jī)艙Z 方向瞬時加速度越1級門限”。對偏航電機(jī)齒輪箱開蓋檢查，發(fā)現(xiàn)卡簧脫落，導(dǎo)致偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪打齒，如圖1、圖2所示。大風(fēng)天氣持續(xù)期間，先后發(fā)生同類故障涉及5臺風(fēng)機(jī)，共計16臺驅(qū)動電機(jī)。

圖1 偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱輸入軸卡簧脫落

圖2 偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱打齒

2 故障診斷分析

2.1 可能存在的原因

導(dǎo)致偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱卡滯、打齒的原因主要包括以下幾個方面。

2.1.1 裝配方面輸入軸卡簧未裝到位；輸入軸承未裝到位；卡簧裝配塑性形變；卡簧裝配方向是否錯誤。

2.1.2 設(shè)計方面

結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理；卡簧強(qiáng)度設(shè)計不足；卡簧材料選擇不合理；卡簧溝槽設(shè)計不合理；軸承配合處軸徑公差不合理。

2.1.3 材料及熱處理方面

材料成分不符合要求；非金屬夾雜超標(biāo)；表面硬度過高。

2.1.4 制造方面

軸承配合處輸入軸徑尺寸超差；軸承配合處輸入軸徑粗糙度超差；卡簧溝槽尺寸超差。

2.1.5 工況方面

機(jī)艙振動；偏航熱繼；外載超限。

2.2 根本原因分析

風(fēng)機(jī)葉輪受到超過偏航系統(tǒng)制動邊界的不平衡合載荷，機(jī)組在該載荷作用下發(fā)生持續(xù)的機(jī)艙位置改變的現(xiàn)象成為偏航滑移。如圖3所示，風(fēng)機(jī)葉輪左右兩邊的風(fēng)速不一致，產(chǎn)生葉輪不平衡載荷，葉輪不平衡載荷的物理屬性Mz，當(dāng)其超過系統(tǒng)制動載荷時就會發(fā)生偏航滑移。Mz 越大，滑移速度越快，摩擦片磨損越嚴(yán)重。當(dāng)Mz 足夠大，轉(zhuǎn)速越來越大，偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱內(nèi)的卡簧受力影響脫落，導(dǎo)致偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱卡滯、打齒。

圖3 偏航滑移受力分析

根據(jù)故障時刻數(shù)據(jù)分析結(jié)果，在10min 時序中平均風(fēng)速15m/s，共發(fā)生2次滑移，滑移時偏航電機(jī)平均轉(zhuǎn)速均超過5000rpm。第二次滑移前后風(fēng)向發(fā)生突變，導(dǎo)致在風(fēng)輪上形成較大的不平衡載荷，該時刻外載約為5700kNm，超出偏航系統(tǒng)的制動邊界，機(jī)艙出現(xiàn)滑移，同時齒輪箱輸入端卡簧松脫造成齒輪箱卡滯，故11:52:35后的一次偏航中偏航電流為72A，機(jī)艙位置未發(fā)生變化，說明已經(jīng)發(fā)生失效。

由于故障發(fā)生期間，電場所在區(qū)域連續(xù)經(jīng)歷“獅子山”“圓規(guī)”兩次強(qiáng)臺風(fēng)，山地風(fēng)電地形復(fù)雜，受臺風(fēng)影響較大，惡劣風(fēng)況導(dǎo)致偏航滑移，造成偏航電機(jī)驅(qū)動器齒輪箱輸入端卡簧在多次高轉(zhuǎn)速累積作用下張口脫落，進(jìn)一步引起齒輪箱卡滯、打齒。

3 故障處理方法

電場共34臺風(fēng)電機(jī)組，其中3臺機(jī)組采用重慶齒輪箱有限責(zé)任公司供貨的偏航驅(qū)動裝置，31臺機(jī)組采用邦飛利傳動設(shè)備（上海）有限公司供貨的偏航驅(qū)動裝置，邦飛利供貨的偏航驅(qū)動裝置設(shè)計了該卡簧，故障機(jī)組均為該31臺機(jī)組內(nèi)。

對5臺故障的風(fēng)機(jī)驅(qū)動電機(jī)及齒輪箱整體更換。

未發(fā)生故障的風(fēng)機(jī)經(jīng)廠家綜合對比分析論證，該卡簧設(shè)計不合理。對同類型的31臺風(fēng)電機(jī)組予以拆除高風(fēng)險機(jī)組的卡簧。

更換更耐磨的電機(jī)摩擦片，延長電機(jī)摩擦片壽命，防止抱閘制動力喪失過快導(dǎo)致滑移頻繁發(fā)生，不同轉(zhuǎn)速下摩擦片500次試驗(yàn)?zāi)p率對比如表1所示。

表1 不同轉(zhuǎn)速下摩擦片500次試驗(yàn)?zāi)p率對比

加強(qiáng)設(shè)備精密巡檢和定期維護(hù)。風(fēng)機(jī)定檢中，加強(qiáng)摩擦片檢查，根據(jù)磨損情況提前更換。持續(xù)監(jiān)測相關(guān)報警情況和大風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況分析，及時優(yōu)化調(diào)節(jié)制動力矩。

4 日常檢查及維護(hù)要求

4.1 日常檢查

所有電纜正確安裝在線槽或支架上，固定牢固，無松動現(xiàn)象。

機(jī)艙內(nèi)防雷接地線纜正確安裝，螺栓及接地線連接可靠無銹蝕、松動、脫落，無電弧痕跡，一字標(biāo)記無錯位；沒有油脂等易燃物在接地連接的通路上，連接編織帶和電纜無發(fā)黑；所有接閃點(diǎn)無漏水，接閃點(diǎn)硅膠無開裂、缺失。重點(diǎn)檢查機(jī)艙接地跨接線有無松動、污損、銹蝕等。

動力電纜，控制電纜，通信電纜及光纜等均應(yīng)分類，分層排列敷設(shè)。

電纜均無磨損，無裂紋，電纜過銳邊處適當(dāng)防護(hù)處理（墊膠皮）。電纜在銳邊是否有防護(hù)措施。

所有可能發(fā)生相對運(yùn)動部位的電纜均有耐磨材料防護(hù)。

偏航齒圈無異物，偏航卡鉗防雷跨接線連接可靠無松動。

偏航油脂的廢油應(yīng)無外泄。重點(diǎn)檢查機(jī)艙底板有無廢油聚積。

偏航防塵毛刷可燃，周邊不得有引火源（電氣短路、火星等）。重點(diǎn)檢查是否存在引火源。

偏航碳刷與齒圈接觸正常，無間隙，碳刷支架無松動。

滅火器壓力范圍在正常范圍內(nèi)（綠區(qū)）。

4.2 維護(hù)要求

4.2.1 偏航齒輪潤滑維護(hù)要求

對于有自動潤滑泵的機(jī)組，檢查確認(rèn)自潤滑泵運(yùn)行無異常，各潤滑點(diǎn)正常出油；油管接頭無泄露，清除泄露的油脂；補(bǔ)充油脂至最大刻度線；清理堆積在塔筒頂外壁的油脂，確保塔筒壁無油脂堆積。

4.2.2 偏航齒圈手動潤滑維護(hù)要求

對于沒有自動潤滑泵的機(jī)組，需手動偏航并用毛刷均勻涂抹一層油脂到整圈齒面，油脂不能過多堆積在齒面；清理堆積在塔筒頂外壁的油脂，確保塔筒壁無油脂堆積。

4.2.3 集油槽檢查維護(hù)要求

檢查集油槽無變形、移位、焊縫開裂等異常，集油槽連接螺栓無松動、變形等；集油槽和塔筒之間是否抱緊，連接處密封膠無漏涂或失效；集油槽內(nèi)油脂無溢出，及時清理。

4.2.4 摩擦片自動潤滑泵油脂加注維護(hù)要求

檢查確認(rèn)油管接頭無泄露，自潤滑系統(tǒng)運(yùn)行無異常，各潤滑點(diǎn)正常出油；清理偏航齒圈內(nèi)圈堆積的油脂。

4.2.5 摩擦片單點(diǎn)潤滑泵油脂加注維護(hù)要求

檢查確認(rèn)潤滑泵油脂量，少于1/2需要加注，檢查潤滑泵、管路無泄漏、破損等異常。

4.2.6 偏航接地碳刷維護(hù)要求

檢查確認(rèn)表面無油脂，若發(fā)現(xiàn)油脂，立即清除；測量碳刷長度，有效長度小于20mm 需要更換。

4.2.7 偏航電機(jī)抱閘維護(hù)要求

檢查前斷開偏航系統(tǒng)供電；打開電機(jī)后罩，移除防塵圈；一周內(nèi)均勻取3個點(diǎn)，用塞尺測量間隙并記錄；間隙合格范圍：0.3-0.5mm。

4.2.8 偏航電機(jī)剎車片維護(hù)要求

外觀檢查是否有嚴(yán)重磨損、變形、裂紋或劃痕；如發(fā)現(xiàn)周圍有碎末等磨損現(xiàn)象需測量剎車片厚度，如剎車片磨損量大于2mm 則需要更換。

4.2.9 偏航電機(jī)剎車扭矩維護(hù)要求

如有調(diào)整間隙需檢查剎車扭矩；把扭矩扳手接口裝偏航電機(jī)軸套，卡到偏航電機(jī)尾軸上檢查剎車扭矩；合格范圍根據(jù)各廠家供應(yīng)商不同，參數(shù)各有不同。

4.2.10 偏航齒輪箱外觀維護(hù)要求

偏航時偏航齒輪箱無異常噪聲；檢查確認(rèn)油位正常，無漏油。

4.2.11 偏航齒輪箱固定螺栓維護(hù)要求

檢查確認(rèn)偏航齒輪箱與機(jī)艙底板的連接螺栓貫穿線無移位，維護(hù)檢查過的螺栓做好一字標(biāo)記，并且做防腐處理。

4.2.12 偏航齒輪箱固定螺栓維護(hù)要求

選擇40A 交流檔，分別順時針、逆時針手動偏航，用鉗形電流表測量偏航電流，待電流穩(wěn)定后記錄電流值。每個電機(jī)三相電流平衡，每相電流不大于5A。

4.2.13 偏航摩擦片維護(hù)要求

確認(rèn)上摩擦片、下摩擦片和徑向摩擦片外觀正常，無異響、破損、竄出等異常。通過對不同位置測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計算得出磨損量，了解摩擦片的情況，根據(jù)各不同廠家要求不同，更換參數(shù)也不同。

5 結(jié)語

偏航系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的核心大部件，對機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性都有著不可動搖的地位，為了減少偏航系統(tǒng)故障的發(fā)生，提高設(shè)備健康水平，提出以下建議：一是加強(qiáng)日常巡視，針對偏航系統(tǒng)的接地、剎車摩擦片、剎車盤、電機(jī)油位、齒輪齒口、電纜等重點(diǎn)部位進(jìn)行檢查，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題和隱患，盡早消除缺陷。二是加強(qiáng)運(yùn)行值班參數(shù)監(jiān)視，分析運(yùn)行參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)故障。若已報故障，未查清原因禁止啟動設(shè)備。三是針對地方性氣候，在不同季節(jié)有針對性地檢查。如大風(fēng)季節(jié)前排查變槳系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)故障問題，每年汛前排查塔筒內(nèi)接地導(dǎo)通問題等。四是定期組織風(fēng)機(jī)半年檢和全年檢工作，嚴(yán)格把控定檢質(zhì)量，確保檢修質(zhì)量符合維修要求，滿足廠家標(biāo)準(zhǔn)。五是加強(qiáng)日常技術(shù)監(jiān)督工作，對風(fēng)機(jī)重要部件、螺栓、摩擦片、油樣等進(jìn)行監(jiān)督管理，在質(zhì)保期內(nèi)通過風(fēng)機(jī)廠家提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，質(zhì)保期外的要定期開展相關(guān)工作，及時分析數(shù)據(jù)。六是與風(fēng)機(jī)廠家技術(shù)部門建立聯(lián)絡(luò)機(jī)制，重要技術(shù)問題形成會晤機(jī)制，第一時間確定故障問題和處理方案，便于減少經(jīng)濟(jì)損失和安全風(fēng)險。