风电机组故障诊断综述

陈凡 胡鑫

摘 要：对风电机组故障诊断技术进行综述，按照基于定性诊断、定量诊断的分类方式，针对现有风电机组故障诊断方法并结合故障诊断系统进行分析。对每一类故障诊断方法归类，指出这些方法的基本思想、适用条件和应用范围以及优缺点，并探讨了风电机组故障诊断技术未来可能的主要发展方向。

关键字：风力发电;风电机组;传动系统;维护检测

一、风机传动系统主要结构及部件

风机传动系统就安装的结构而言，一般分为两种情况：一种是水平轴风机传动，叶片是安装在水平面的轴承上;另一种是垂直轴风机传动，风轮与叶片是垂直摆放的，风使叶片转动，再带动与之垂直的轴承，发动机被带动以后就可以发电了。但目前大多都是水平轴风机，叶轮与轮毂通过轴承相连接，虽然结构较复杂，但能获得较好的性能，而且叶轮承受的载荷较小、重量轻。传动链主要由主轴、主轴承、偏航轴承、齿轮箱、联轴器、发电机和机座等组成。这些构成了风机中最重要的一个部分，同时因为风机传动系统带动的风叶，所以压力、温度过高都容易导致故障。维护时要特别注意受力铰链和传动机构的润滑、磨损及腐蚀情况，及时进行处理，以免影响机组的正常运行。

二、风电机组传动系统的日常维护

（一）主轴轴承的日常维护及保养（以大唐华创风能CCWE—3000/122.HD风力发电机组为例）

轴承在工作的时候，会受到外界的影响，当受到一定量频率的震荡或者载荷重量增高，即使低速运行，都会影响到风电机组的安全运行。温度过高、过低，润滑不均匀、缺少润滑脂或者其他物质入侵轴承，就会导致主轴轴承的失效而无法继续运行，一般情况下，主轴承轴被磨损锈蚀都会导致轴承运转的不流畅，使运转的阻力增大直至卡死造成严重的后果。就目前的形式来看，滚动式的轴承仍旧是风力发电场最主要的选择，因为其具有很大的优势，节约成本而且效率很高，但与此同时因结构构造较为简单也容易受到损伤，轴承中出现故障的原因有很多，故进行维护人员要特别重视这项内容，大部分故障最后都导致主轴轴承卡死。如果出现主轴轴承卡死情况，首先考虑的就是轴承的质量问题，或者是安装的过程中出现了装配上的错误，大部分都是滚轴在润滑的中受天气的影响导致了污染。所以在日常维护和保养中，要全方位、多角度分析和考虑。第一就是外观检查有无油脂溢出，清理主轴轴承处溢出油脂和集收盘中的油脂，如果发现润滑油脂变质，油脂碳化或者凝固等都要及时疏通或更换，妥当处理，不能造成风机附近环境污染。正常运行的主轴轴承在没有堵塞的情况下，润滑油脂可以作为介质正常的在轴承内起到润滑的作用。还要检查轴承内的卫生情况，不能有其他杂物，保持轴承之间的接触面的整洁，日常维护过程中要借助工具对轴承进行清理，一旦杂物在里面堆积，就不能使轴承正常运转工作。第二则是检查轴承是否存在松动的情况，或者轴承之间型号不相符，就会导致轴承之间的错位，发现松动后要利用工具将其恢复成原本使用的状态。第三就是给轴承进行注油操作时，必须收桨，當发电机转速达到100rpm 以上时，才可进行注油，每次必须检查该接油口有无油脂（如有，应清除所有油脂），每次注油量500g。

（二）齿轮箱的维护与保养

作为传动系统中非常重要的零件之一，齿轮箱相对来说也容易产生故障，齿轮箱的使用范围是长期不间断运行的，如果没有及时进行保养，极易影响风机正常的运行，因此要对齿轮箱进行定期的有效的维护和保养，这样能够降低齿轮箱故障的发生率，还能够增加齿轮箱使用的年限，节约生产成本。对齿轮箱的检查是较为方便的，主要根据齿轮箱的声音是否正常以及齿轮箱内的润滑油脂的状态来判断的。齿轮箱正常的声音的频率是稳定没有较大的起伏的，如果声音过快或者过缓，声音频率不稳定，噪音较大，就说明箱内的齿轮可能出现了齿轮断裂，齿轮面点蚀或者齿轮松动等问题，要及时进行维修和更换，并且使齿轮重新安装后能够重新运转。其次就是润滑油对齿轮的影响，油箱是否存在漏油的问题，或者齿轮箱油的质量问题对其造成的影响。

三、风电机组传动机构常见故障诊断

（一）主轴与轴承故障诊断

一般对主轴与承轴的故障诊断主要侧重点在于需要严格加强对现场的管理，根据现场实时监测，对那些经常发生故障的部位进行分析和处理，制定出最为合理的诊断方案。其中最为主要的因素就是因为天气原因，主轴与承轴之间都是由润滑油脂作为介质来起到润滑作用的，气温的过低，会使润滑油脂凝固，导致不能润滑主轴与承轴之间的间隙，造成物理损伤对轴承产生磨损，影响使用的寿命。天气气温过高，润滑油脂不能及时散热，内部环境过热则会导致油脂的碳化，使得轴承内部材料的损坏，例如油污会干扰到传感器的正常工作，使运转的间隙堵塞。润滑油脂的变质如果能够及时发现更换，产生的影响较小，就需要更换润滑油使内部正常运转，如果发现较晚，主轴承轴之间的互相磨损会让轴承之间无法转动，需要更换新的轴承。检测情况如果有故障的产生，会根据传输信号观察轴承振动的情况，虽然由于风力原因有时候会不稳定，但是也要及时观察进行相应的维修或者养护，避免因发现问题过晚而造成严重损失。

（二）齿轮箱故障诊断

齿轮箱常见的故障有：齿轮损伤、齿面疲劳、胶合、轴承损伤、断轴、油温高以及轮齿折断（断齿）、断齿又分过载折断（包括冲击折断）、疲劳折断以及随机断裂等。这些故障一般都是由于齿面之间互相磨损、齿面间的粘着物相互磨损擦伤，齿面点蚀剥落导致。齿轮承载负荷就好比是房梁挂铁锤，铁锤的质量越大房梁的弯曲程度越大。同理，齿轮受到的力越大它的根部弯曲的应力越大。由于过载，特别是冲击式的过载，就会有比较大概率导致齿轮的相应部分的断裂。当周期性的应力过于高的时候，也可能会引起齿轮的疲劳而断裂。当齿轮在工作时如果工作面间有金属微粒、金属氧化物或其他的物质存在的时候也会造成齿轮的故障。这种齿轮间的擦伤通常是两个啮合的齿面上的油膜破裂造成的故障。在摩擦和表面压力的双重作用下工作中的齿轮会产生高温，接触区发生点蚀现象，导致金属局部脱落产生故障。这一般都是润滑油粘度不足、接触面积过小、转速过高、齿轮运行稳定过高、齿轮上的单位面积荷载过大使齿轮擦伤，造成齿轮箱故障，风机停机。

结语：

从目前形式来看，我国经济正处于发展十分迅速的阶段，国家的方针和政策一直在强调发展经济的同时要兼顾环境和能源的可持续发展政策。在这样的大背景下，风力发电被广泛认可和采用。同样带来的效益也是非常可观的，在环境保护方面产生的意义尤为明显。但是我们也必须清楚的认识到，风力发电设备的运行和维护以及故障的排除都是尤为重要的，这会影响到风力发电能否使可持续发展的问题，同时也希望这项技术可以愈加完善为科技事业做出贡献。

参考文献：

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[3]大唐河南清洁能源有限责任公司CCWE-3000122HD风电机组定检工作手册及计划书

[4]董生怀，齐晋红，程花蕊.基于数学模型方式的电能表接线智能仿真系统的研制[J].电测与仪表，2011（04）.