风电场风力发电机运行故障与维护研究

风电场风力发电机运行故障与维护研究

邹小洪

广西省桂林市  541300

摘要：风力发电机是风电场电能生产的重要设备，其运行状态直接影响着电能生产效率和安全性。在风电场运行中，要加强风力发电机的检查维护工作，及时发现和排除运行故障。本文从分析风电场风力发电机运行故障入手，提出风力发电机运行维护措施建议。

关键词：风电场；风力发电机；运行故障；维护

在国家大力推进新能源发展的背景下，风力发电作为重要的清洁能源在电能供给中的地位逐步提升。随着风电场风电装机规模的扩大，对风力发电机组的安全高效运行提出了更高的要求，为此必须加强风力发电机的运行维护工作，及时发现风力发电机运行故障，快速诊断故障原因，利用最短时间解决故障，从而提高风力发电机的运行效率。

1风电场风力发电机运行故障

1.1轴承故障

在双馈型发电机运行中，轴承电腐蚀是常见的故障类型。电腐蚀程度受放电能量、持续时间影响，当轴承表面受到电腐蚀后，其表层暗淡，出现直径为5-8μm的小坑，导致轴承运行中出现振动故障[1]。以某风电场的多台双馈型风电机组为例，根据CMS在线监测结果显示，2台2MW双馈异步发电机出现振动异常现象，发电机轴承型号为6344-M/C4，内圈故障BPFI为5.3825Hz，外圈故障BPFO为3.6175Hz，滚动体故障BSF为2.4516Hz，保持架故障FTF为0.4019Hz。2台发动机的振动加速度有效值如表1所示，SPM振动加速度幅值如表2所示。根据表1和表2可知，1#发电机的非传动端值为56.67m/s2，超过传动端振动加速度幅值；2#发电机的非传动端幅值为712.4 m/s2，超过传动端振动加速度幅值，由此表明发电机轴承故障较为严重。

表1 故障发动机振动加速有效值

表2 故障发动机SPM振动加速度幅值

在发电机轴承早期发生小故障的状态下出现轴承磨损，易产生微细颗粒，当润滑脂进入到电机后，润滑脂随着温度的升高而失效，加剧轴承磨损，形成恶性循环，直至发展成为振动故障。经故障诊断表明，此次2台发电机轴承振动故障原因为轴承电蚀，当轴承内部有电流通过后，电流击穿滚动体与滚道接触部位中的薄油膜，引起放电，进而导致此部位表面受到破坏。

1.2叶片故障

叶片是风力发电机结构中的风能感应构件，在发电机运行中叶片需要承受较大风能应力作用，易引发叶片故障。如，恶劣运行环境加速叶片表面粗糙，时间越长，粗糙程度越严重；叶片结构松动，出现裂纹，雨水通过裂纹渗入到叶片结构内部，造成叶片失衡；随着发电机运行时间的增长，叶片出现变形、裂纹、桨距失控等现象，引发空气动力不平衡。

1.3齿轮箱故障

齿轮箱是风力发电机主轴上的主要构件之一，用于调整主轴转速，实现低转速至高转速的快速切换。当风力发电机在恶劣的环境条件下运行时，齿轮箱受到冲击荷载和交变应力的综合作用，易在传动侧轴承、高速侧轴承、中间轴轴承等部位发生异常状况，造成齿面磨损、断齿，引发外圈跑圈、滚道划伤、滚子打滑等故障[2]。

1.4电动机故障

风力发电机中的电动机故障主要分为机械故障和电气故障两种类型，其中常见的机械故障包括轴承损坏、转轴变形、转子与定子间隙变化、轴承过热等；常见的电气故障包括电路短路、温度过高、绕组短路等。

1.5变流器故障

在风电场风力发电机组不断扩容的情况下，电气系统的运行负荷加重，使得变流器易发生故障，主要表现为电气系统内部电子元器件功能失效，如电路板、半导体、电容等电子元器件无法正常运行[3]。

2风电场风力发电机的运行维护措施

2.1加强发电机运行状态监测

在风力发电机运行中，要实现对各个重要构件的运行状态监控，及时发现故障隐患，快速做出正确的故障诊断结果，尽快排除故障。如，在叶片运行监测中，将振动传感器安装到发电机机舱主轴上，用于采集低频振动信号，状态检测叶片转动状况，诊断是否出现叶片转动空气动力不平衡的故障；在齿轮箱运行监测中，采集发电机振动信号，深入分析润滑油温度变化、轴承温度变化和油液磨粒变化，诊断齿轮箱故障原因；在发电机运行监测中，要采集发电机温度、振动、电流等信息，分析是否存在异常状况，诊断出故障原因。

2.2加强发电机定期维护

在风力发电机运行过程中落实定期维护制度，分析雨水、灰尘、雷电等外界环境因素对发电机运行状况造成的影响，及时排除故障隐患。在定期维护中，维护工作重点包括以下方面：定期清理风力发电机，保持风力发电机干净、清洁、干燥；检查螺栓、垫圈等紧固件是否连接牢固，检查各种绝缘装置的绝缘性能是否受到破坏；定期对风力发电机内部的机械装置更换润滑油，齿轮箱采用稀油润滑，轴承偏航齿轮采用干油润滑；定期清洁轴承与润滑系统，保证油嘴清洁，畅通润滑通道；定期检查维护定子绕组、转子绕组，保持绕组干燥，避免电气设备绝缘组件受潮。

2.3加强发电机日常维护

日常维护是保障风电场风力发电机安全运行的基础性工作，在日常维护中将以下方面作为维护重点：检查发电机各部件连接是否牢固，电线电缆是否出现松动，齿轮箱油位是否正常，油管接头是否封闭良好，旋转组件与转动部件是否发生严重磨损等；检查控制柜、齿轮箱、轴承运行中是否出现异响，检查叶片、轴承是否受损，及时更换新的叶片和轴承；经常清理工作现场，去除各元器件连接处和管接头部位上的油脂，不得出现泄露现象。

3结论

风力发电机安全稳定运行是提高风电场电能生产效率的重要保障，在风力发电机运行中，要加强对轴承、叶片、齿轮箱、电动机、变压器、变流器等重要构件的运行状态监测，严格落实日常维护与定期维护措施，保障风力发电机安全运行。

参考文献

[1]赵宝.分析风电场电气设备中风力发电机运行故障及维护[J].电气技术与经济,2022(4):122-124.

[2]于秀丽,崔皓,石红娟.某风电场双馈风力发电机振动异常故障诊断[J].风能,2021(4):82-88.

[3]湛福江.关于风电场风电机组中风力发电机的运行维护分析[J].电子测试,2021(6):97-98.

作者简介：邹小洪(1975-),男，江西贵溪人，本科学历，高级工程师，高级技师，主要从事风电场运行技术管理工作。