风电机组机舱异常振动分析处理

侯志南

摘 要：风电机组是否能够稳定、正常运行不仅关系着电力质量和安全，还与风电企业工作人员的人身安全息息相关。风力发电机组运行中机舱发生异常振动，若不重视可能会酿成事故。本文通过分析该系统的结构特点，针对存在的问题，分析总结常见故障原因，提出若干防范治理措施，以提高风机运行安全，防止发生倒塔事故。

关键词：风机;机舱振动;分析处理

1 引言

近二十年来风电产业蓬勃发展，单机功率越做越大，陆用风电单机功率可达到4-5MW，海上风电可达到10MW以上，随着机组功率不断加大，塔筒（或塔架）高度也在不断长高，一般都超过100米了。风机机舱位于百米以上高空，风况不稳定，受力复杂，有时会发生异常振动现象。本文主要针对风机机舱振动问题，分析排查原因，提出若干防范措施，以提高风机运行安全，防止发生倒塔事故。

2 风电机组的构成

风力发电机组是将风能转化为电能的一个系统装置，其主要包括：风轮（风轮中有叶片、轮毂、变桨装置、加固件等）、机舱、发电机、变流器、控制系统、液压系统、冷却系统、塔架、风速仪和风向标等组成。风能的吸收是由风轮完成的，风轮在风力的作用下旋转带动发电机实现发电功能，风机的振动大多与风轮有关。

3 机舱频发加速度高报警的分析与处理

风机振动监控系统一般是在机舱内安装了一个加速度检测仪，持续监控塔筒顶部2个相互垂直方向的加速度值，当风速较大且不稳定时，若检测到塔筒加速度矢量和超过设定值，保护就正常动作触发风机紧急停车。但有的风机在风速不大情况下也频发加速度高报警，导致频繁停机，对紧急变桨系统、变流器等都造成频繁冲击，运行人员通常采取限功率运行方式，损失了发电量。分析认为，以下原因都可能导致加速度高报警：

3.1 风机基础问题。风机基础出了问题容易造成加速度高异常报警，因此建议：一是对风机基础进行长期沉降监测，根据监测数据，分析基础的绝对沉降和差异沉降变化趋势;二是对塔筒晃动度、垂直度进行测量，分析变化趋势;三是经常性检查基础处的防水处理是否完好无损。

3.2 主轴承润滑不良。风机主轴承是容易被忽视的关键部件，巡检人员登塔通常是在停机状态下，观察不到真实运行情况，通常认为只要不超温就可以继续运行，但轴承若长期润滑不良必将导致异常磨损，动静间隙增大，机舱振动也逐渐增大，最终需要更换大部件酿成较大损失。风机润滑系统常见问题是：递进式分配阀工作不正常、供油管道不出油、轴承油脂外漏、废油收集瓶收集不到油、油管爆裂等，必须及时消除缺陷，确保主轴承润滑正常。

3.3 检查齿轮箱工作情况。通过工业内窥镜仔细检查传动齿轮，定期取油样化验分析金属磨损情况、油质劣化情况。

3.4 叶片机械零位复核。也有风机因叶片零位偏差导致风轮受力不平衡，建议对叶片机械零位进行复核，最好请叶片厂家协助，重新标记出实际零位线，然后调整偏差，使三根叶片零位准确，角度动作一致，受力均匀。

4 机舱偏航制动不牢的分析与处理

风机机舱偏航制动不牢，会造成机舱左右摆动，出现“滑移”现象，且伴有较大异响声，分析常见原因如下：

4.1 偏航制动摩擦力不足。

（1）偏航制動缸漏油或刹车片粉末，都会污染偏航刹车盘，降低摩擦力，造成制动力不足。因此偏航刹车盘要保持清洁，集油盘要安装到位。若刹车盘已被污染，一定要彻底清洗刹车盘及刹车片上的油脂、刹车片粉末等。

（2）检查刹车盘面是否损伤。

（3）检查刹车片厚度及摩擦面状态，必要时更换全新刹车片。

（4）检查液压系统内部是否有积存气体，可以尝试一下排气。

（5）适当调高系统液压制动压力。

（6）运维人员有时会将部分有故障的制动缸短接退出运行，可能会造成制动摩擦力不均匀，一定要确保全部制动器都投入工作，使刹车片受力均衡。

4.2 检查风速风向仪，确保风向指示正确。

4.3 检查偏航大齿及驱动小齿是否完整，没有断裂、缺口等缺陷。机舱“滑移”，严重的可能会导致偏航大齿与驱动齿撞击，最终出现裂纹或断裂情况。

4.4 检查偏航驱动系统，系统一般由4台偏航电机组成，正常情况下同步转动机舱使风轮扫风面与风向保持垂直。

（1）检查偏航电机抱闸分合情况，确保每台电机在通电后能正常将摩擦片和制动盘彻底脱离。有风场曾经发生过因其中1台偏航电机的抱闸部件失效，制动盘被抱死导致偏航驱动小齿轮无法转动，而其他三台偏航电机仍在正常推动偏航大齿圈偏航对风，不转的那个偏航驱动小齿轮与偏航大齿圈之间就发生挤压，最终造成大、小齿轮断裂。

（2）机舱“滑移”现象，也会反作用到偏航电机的抱闸，导致抱闸刹车片磨损加剧，最终失效。

（3）检查偏航电机工作情况，工作电流是否比相邻电机更大，检查测量制动器上组件与底盘的间隙及不均衡度是否符合标准，必要时更换偏航驱动制动器。

（4）偏航电机变速箱缺油也会使得齿轮传动出现故障，严重的会完全卡死，偏航小齿轮受力超限，造成齿轮断裂或电机烧坏。

4.5 叶片零位偏差导致风轮受力不平衡，可能性也比较大，建议按照上述3.4检查处置。

5 风机振动监测系统

上文说过，一般风机只安装2个加速度振动传感器，当机舱振动较大时会报警停机，但没有频谱，无法判断振源，无法深入分析振动异常原因，查找振动源，对于比较复杂的振动问题显然是杯水车薪。因此，有条件的可以考虑对加装在线振动监测系统，对叶片、主轴承、机舱、塔筒等关键部位进行在线监测，按照于现场的振动监测传感器信号传送到集控室在线振动状态监测系统服务器，服务器安装有专业的振动数据处理软件，对每台机组的振动数据进行分析处理，实时显示报警信号及故障诊断结果。风电场定期将数据导出发送给厂家，振动分析师分析后提供分析报告。

有的厂家可以通过互联网连接他们远程诊断中心，实现对风机的远程故障诊断，发现异常后提供分析报告，提醒风场进行检查处理。他们的振动分析师更专业，大数据更为丰富，效果会更佳。

6 结束语

综上所述，新能源风力发电行业在我国的起步相对较晚，但是发展比较迅速，风电行业在高速的发展的同时所凸显出来的不安全因素和问题也越来越多。风电机组机舱的异常振动问题是其中比较典型的一个安全性问题，如果没有及时得到解决就会造成安全事故，甚至人员伤亡和财产损失，因此，风电机组运维工作人员要对此问题引起高度重视。运维人员对风电机组机舱异常振动进行深入分析，用心排查问题根源，对症下药加以解决，定能提高风机可靠性和安全性。

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