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某風(fēng)電場1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組發(fā)電機前軸承失效分析
2013-02-26
作者： 石志標(biāo)[1] 辛昆[1] 于穎[2]
（1.東北電力大學(xué) 吉林吉林 132012；2.空軍航空大學(xué) 吉林長春 130021）
（1.東北電力大學(xué) 吉林吉林 132012；2.空軍航空大學(xué) 吉林長春 130021）
摘 要：本文根據(jù)某風(fēng)電場風(fēng)電機組發(fā)電機軸承失效的實際情況，對有關(guān)風(fēng)機事發(fā)前的遠(yuǎn)程監(jiān)測情況及事后現(xiàn)場檢查情況進行了詳細(xì)描述，研究了軸承失效原因機理；結(jié)合實際對風(fēng)力發(fā)電機軸承失效進行了全面分析；有針對性的對軸承失效給出了防范措施。
關(guān)鍵詞；風(fēng)電機組；發(fā)電機前軸承；失效分析
0 概述
某風(fēng)電場安裝100臺1.5mw雙饋異步低溫型風(fēng)電機組，總裝機容量15萬千瓦。 2010年12月初風(fēng)機開始進入并網(wǎng)調(diào)試，2011年1月底，全部100臺風(fēng)機調(diào)試完畢，進入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。風(fēng)機變槳方式為電動變槳，主傳動鏈由輪轂、主軸承、主軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸器及發(fā)電機組成。
1 遠(yuǎn)程監(jiān)控情況描述
風(fēng)電場設(shè)有風(fēng)機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以在集控室實時監(jiān)控各臺風(fēng)電機組運行狀態(tài)和參數(shù)。針對發(fā)電機及聯(lián)軸器部位監(jiān)測信號主要有發(fā)電機x向（軸向）一、二級振動，y向（徑向）一、二級振動，發(fā)電機軸承（前端軸承）溫度，發(fā)電機定子繞組溫度，齒輪箱高速軸（聯(lián)軸器）轉(zhuǎn)速，發(fā)電機轉(zhuǎn)速；發(fā)電機前后軸承潤滑系統(tǒng)狀態(tài)信號未采集到集控室，只有在機艙就地才能觀察到潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)。
風(fēng)電場運行人員及風(fēng)機廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)總結(jié)各發(fā)電機組更換發(fā)電機軸承前情況的記錄：
運行狀態(tài):
?。?）日常從集控室風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測到，當(dāng)輪轂高度十分鐘平均風(fēng)速在3m/s-20m/s之間、即發(fā)電機在1010rpm-1800rpm之間運行、功率為0-1500kw之間時，正常觀測到的發(fā)電機前軸承溫度在20℃-60℃左右；30#、57#、75#、80#、86#、97#發(fā)電機運行溫度普遍高于70℃，個別時段達(dá)到80℃-90℃，47#風(fēng)機不定期報“發(fā)電機繞組溫度高”停機，不能遠(yuǎn)程復(fù)位，Z終故障停機無法啟機。
?。?）30#、80#、86#風(fēng)機不定期報“發(fā)電機x向一級振動”停機，但風(fēng)機可遠(yuǎn)程自動復(fù)位運行；47#風(fēng)機頻繁報出“發(fā)電機x向一級振動”停機，可遠(yuǎn)程手動復(fù)位啟機，但啟機后再次報錯停機。
?。?）有關(guān)各機位風(fēng)機齒輪箱高速軸、發(fā)電機轉(zhuǎn)數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常，未見超速報警；其他運行狀態(tài)如電氣量、油壓等無明顯異常。
?。?）遠(yuǎn)程監(jiān)控僅有主軸承潤滑系統(tǒng)運行指示燈，無發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)置，無法監(jiān)控發(fā)電機軸承潤滑情況。
2 軸承失效分析及現(xiàn)場檢查情況
2.1軸承失效原因機理
軸承失效可體現(xiàn)在剝離、燒傷、裂紋缺陷、保持架破損、擦傷卡傷、銹蝕、腐蝕、磨損、電蝕、蠕變、壓痕碰傷等多種形式。
2.2各有關(guān)風(fēng)機登機現(xiàn)場檢查情況
風(fēng)電場運行人員及風(fēng)機廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機存在的異常特別是47#風(fēng)機故障停機后，迅速組織人員登塔進入機艙現(xiàn)場進行仔細(xì)排查。各有關(guān)機位檢查情況如下：
?。?）47#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，手動盤車發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子聲音較大。
?。?）30#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常，剩余量為滿罐的1/3。
（3）75#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常，剩余量為滿罐的1/10。聯(lián)軸器近發(fā)電機端止退小螺栓力矩有松動現(xiàn)象，發(fā)電機右前支腳發(fā)電機與彈性支承力矩不符合要求（額定值470nm）。
（4）57#、80#、86#、97#風(fēng)機。
2.3軸承失效原因初步分析
根據(jù)集控室監(jiān)控信息以及現(xiàn)場檢查情況，事后查看風(fēng)機事發(fā)期間故障記錄及維護記錄，詢問了解維護過程，確認(rèn)發(fā)電機前軸承失效。失效原因初步分析如下：
2.3.1初步排除軸承制造、裝配及疲勞損壞問題。
風(fēng)電場及時與設(shè)備廠家聯(lián)系，協(xié)調(diào)索要了FAG軸承批次出場合格證及檢驗報告，發(fā)電機裝配記錄，確認(rèn)幾臺風(fēng)機發(fā)電機軸承非制造質(zhì)量及裝配工藝原因失效。
風(fēng)機發(fā)電機軸承從出廠到更換僅有2年時間，遠(yuǎn)未達(dá)到20年使用壽命期，因此不應(yīng)是疲勞失效原因。
2.3.2發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)問題。
潤滑系統(tǒng)采用的是lincoln quicklub潤滑泵，由儲油罐、控制板及潤滑管路組成。潤滑脂型號為albida ems2，正常儲存量為1kg，顏色為褐黃色。47#風(fēng)機發(fā)電機軸承潤滑脂明顯變質(zhì)，造成軸承潤滑失效。其他幾臺風(fēng)機儲油脂量較正常偏少，懷疑潤滑泵運行周期及單次運行時間（決定注油量）設(shè)置與實際需要不符或達(dá)不到軸承正常工作需要要求，造成軸承潤滑不充分。
2.3.3聯(lián)軸器軸對中問題。
從7臺風(fēng)機軸對中檢查結(jié)果看，所有均不滿足軸對中允許偏差范圍。發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)在軸不對中工況下，這也是造成發(fā)電機軸承失效的主要原因之一。造成軸對中不合格的主要原因分析為聯(lián)軸器小螺栓力矩及發(fā)電機支腳螺栓力矩緊固存在問題。
2.3.4潤滑脂存在污染。
從發(fā)電機軸承拆卸的情況看，軸承上的潤滑脂為黑色并夾雜雜質(zhì)，經(jīng)檢查雜質(zhì)非鐵屑，排除金屬磨損產(chǎn)生鐵屑原因。根據(jù)風(fēng)電場所在地為沙化草原地區(qū)，常年風(fēng)沙較大，且大風(fēng)季節(jié)常伴有沙塵暴，從機艙內(nèi)明顯可見到處都是砂質(zhì)粉塵。懷疑油脂中雜質(zhì)為空氣中沙塵。
2.3.5風(fēng)機維護工作不力。
3 采取的防范措施
3.1外部措施
?。?）要求風(fēng)機廠家協(xié)調(diào)發(fā)電機廠家制定詳細(xì)處理方案報業(yè)主審核，經(jīng)同意后立即組織對發(fā)現(xiàn)問題的7臺風(fēng)機進行處理，確保風(fēng)機盡快恢復(fù)發(fā)電；同時要求對風(fēng)機發(fā)電機前軸承失效（發(fā)電機更換）進行技術(shù)分析，提交分析報告。
?。?）風(fēng)機吊安裝期間業(yè)主已要求風(fēng)機廠家對發(fā)電機進行軸對中檢查，廠家以機艙出廠前已進行相應(yīng)檢測為由拒絕再次檢測。業(yè)主方考慮到主機出廠需經(jīng)2700公里近半個月時間長途運輸才能到風(fēng)電場，路途中顛簸震動可能會對發(fā)電機與聯(lián)軸器對中產(chǎn)生影響；結(jié)合本次幾臺風(fēng)機發(fā)電機軸承失效問題，要求風(fēng)機廠家必須對全場風(fēng)機軸對中進行復(fù)檢提交檢測報告。
?。?）要求風(fēng)機廠家必須落實發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及與現(xiàn)場實際工作需要是否匹配合理，對全場所有風(fēng)機發(fā)電機前軸承潤滑系統(tǒng)、主軸承潤滑系統(tǒng)及輪轂變槳潤滑系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、儲油量及管路、油脂使用型號是否正確進行全面檢查，提交報告；同時要求風(fēng)機廠家技術(shù)部門考慮對軸承潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)信號進行遠(yuǎn)傳改造，使風(fēng)電場集控室便于掌握風(fēng)機軸承潤滑系統(tǒng)運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題。
?。?）要求風(fēng)機廠家對風(fēng)機所有參數(shù)、定值進行重新梳理，特別是影響風(fēng)機安全穩(wěn)定運行的振動、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等信號的檢查；同時嚴(yán)禁存在屏蔽風(fēng)機報警信號的情況。
3.2內(nèi)部措施
?。?）要求生產(chǎn)值班人員加強風(fēng)機運行監(jiān)控，每三小時全面檢查一次100臺風(fēng)機運行狀態(tài)信號，對異常信號要及時關(guān)注并記錄；對反復(fù)出現(xiàn)的報錯信息，如振動、溫度蓄電池電壓等，要特別注意，及時匯報風(fēng)電場領(lǐng)導(dǎo)并及時告知現(xiàn)場風(fēng)機廠家人員進行處理；對頻繁出現(xiàn)的報錯不要輕易復(fù)位風(fēng)機，及時通知廠家人員處理。
?。?）制定專門負(fù)責(zé)人參與廠家對軸承失效技術(shù)分析，并安排專人參與到風(fēng)機各項檢查工作中，對檢查結(jié)果及時記錄。
?。?）建立風(fēng)機缺陷管理制度及設(shè)備缺陷檔案，實行責(zé)任追溯制，明確各級管理責(zé)任，細(xì)化分工，層層落實，風(fēng)機缺陷管理要明確分配到個人。
?。?）加強風(fēng)電場運行人員理論及技能培訓(xùn)，提升風(fēng)機故障缺陷處理、問題分析及風(fēng)機檢修維護動手能力?！科]
【參考文獻(xiàn)】
［1］鐘海權(quán).發(fā)電電動機雙向推力軸承設(shè)計計算方法的研究[j].東方電機，2004,(02).
?。?］袁波,何一純,鄧?yán)?瑯琊山抽水蓄能電站推力軸承改進研究[j].華東電力，2010,(10).
?。?］劉士奇.廣州抽水蓄能電站發(fā)電電動機的結(jié)構(gòu)特點[j].東方電機，1999,(02).
關(guān)鍵詞；風(fēng)電機組；發(fā)電機前軸承；失效分析
0 概述
某風(fēng)電場安裝100臺1.5mw雙饋異步低溫型風(fēng)電機組，總裝機容量15萬千瓦。 2010年12月初風(fēng)機開始進入并網(wǎng)調(diào)試，2011年1月底，全部100臺風(fēng)機調(diào)試完畢，進入并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)。風(fēng)機變槳方式為電動變槳，主傳動鏈由輪轂、主軸承、主軸、增速齒輪箱、聯(lián)軸器及發(fā)電機組成。
1 遠(yuǎn)程監(jiān)控情況描述
風(fēng)電場設(shè)有風(fēng)機遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以在集控室實時監(jiān)控各臺風(fēng)電機組運行狀態(tài)和參數(shù)。針對發(fā)電機及聯(lián)軸器部位監(jiān)測信號主要有發(fā)電機x向（軸向）一、二級振動，y向（徑向）一、二級振動，發(fā)電機軸承（前端軸承）溫度，發(fā)電機定子繞組溫度，齒輪箱高速軸（聯(lián)軸器）轉(zhuǎn)速，發(fā)電機轉(zhuǎn)速；發(fā)電機前后軸承潤滑系統(tǒng)狀態(tài)信號未采集到集控室，只有在機艙就地才能觀察到潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)。
風(fēng)電場運行人員及風(fēng)機廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)總結(jié)各發(fā)電機組更換發(fā)電機軸承前情況的記錄：
運行狀態(tài):
?。?）日常從集控室風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)可監(jiān)測到，當(dāng)輪轂高度十分鐘平均風(fēng)速在3m/s-20m/s之間、即發(fā)電機在1010rpm-1800rpm之間運行、功率為0-1500kw之間時，正常觀測到的發(fā)電機前軸承溫度在20℃-60℃左右；30#、57#、75#、80#、86#、97#發(fā)電機運行溫度普遍高于70℃，個別時段達(dá)到80℃-90℃，47#風(fēng)機不定期報“發(fā)電機繞組溫度高”停機，不能遠(yuǎn)程復(fù)位，Z終故障停機無法啟機。
?。?）30#、80#、86#風(fēng)機不定期報“發(fā)電機x向一級振動”停機，但風(fēng)機可遠(yuǎn)程自動復(fù)位運行；47#風(fēng)機頻繁報出“發(fā)電機x向一級振動”停機，可遠(yuǎn)程手動復(fù)位啟機，但啟機后再次報錯停機。
?。?）有關(guān)各機位風(fēng)機齒輪箱高速軸、發(fā)電機轉(zhuǎn)數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)未出現(xiàn)異常，未見超速報警；其他運行狀態(tài)如電氣量、油壓等無明顯異常。
?。?）遠(yuǎn)程監(jiān)控僅有主軸承潤滑系統(tǒng)運行指示燈，無發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)監(jiān)測設(shè)置，無法監(jiān)控發(fā)電機軸承潤滑情況。
2 軸承失效分析及現(xiàn)場檢查情況
2.1軸承失效原因機理
軸承失效可體現(xiàn)在剝離、燒傷、裂紋缺陷、保持架破損、擦傷卡傷、銹蝕、腐蝕、磨損、電蝕、蠕變、壓痕碰傷等多種形式。
2.2各有關(guān)風(fēng)機登機現(xiàn)場檢查情況
風(fēng)電場運行人員及風(fēng)機廠家服務(wù)人員發(fā)現(xiàn)風(fēng)機存在的異常特別是47#風(fēng)機故障停機后，迅速組織人員登塔進入機艙現(xiàn)場進行仔細(xì)排查。各有關(guān)機位檢查情況如下：
?。?）47#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，手動盤車發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子聲音較大。
?。?）30#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常，剩余量為滿罐的1/3。
（3）75#風(fēng)機。發(fā)電機及聯(lián)軸器外觀無異常，潤滑油罐內(nèi)油脂顏色無異常，剩余量為滿罐的1/10。聯(lián)軸器近發(fā)電機端止退小螺栓力矩有松動現(xiàn)象，發(fā)電機右前支腳發(fā)電機與彈性支承力矩不符合要求（額定值470nm）。
（4）57#、80#、86#、97#風(fēng)機。
2.3軸承失效原因初步分析
根據(jù)集控室監(jiān)控信息以及現(xiàn)場檢查情況，事后查看風(fēng)機事發(fā)期間故障記錄及維護記錄，詢問了解維護過程，確認(rèn)發(fā)電機前軸承失效。失效原因初步分析如下：
2.3.1初步排除軸承制造、裝配及疲勞損壞問題。
風(fēng)電場及時與設(shè)備廠家聯(lián)系，協(xié)調(diào)索要了FAG軸承批次出場合格證及檢驗報告，發(fā)電機裝配記錄，確認(rèn)幾臺風(fēng)機發(fā)電機軸承非制造質(zhì)量及裝配工藝原因失效。
風(fēng)機發(fā)電機軸承從出廠到更換僅有2年時間，遠(yuǎn)未達(dá)到20年使用壽命期，因此不應(yīng)是疲勞失效原因。
2.3.2發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)問題。
潤滑系統(tǒng)采用的是lincoln quicklub潤滑泵，由儲油罐、控制板及潤滑管路組成。潤滑脂型號為albida ems2，正常儲存量為1kg，顏色為褐黃色。47#風(fēng)機發(fā)電機軸承潤滑脂明顯變質(zhì)，造成軸承潤滑失效。其他幾臺風(fēng)機儲油脂量較正常偏少，懷疑潤滑泵運行周期及單次運行時間（決定注油量）設(shè)置與實際需要不符或達(dá)不到軸承正常工作需要要求，造成軸承潤滑不充分。
2.3.3聯(lián)軸器軸對中問題。
從7臺風(fēng)機軸對中檢查結(jié)果看，所有均不滿足軸對中允許偏差范圍。發(fā)電機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)在軸不對中工況下，這也是造成發(fā)電機軸承失效的主要原因之一。造成軸對中不合格的主要原因分析為聯(lián)軸器小螺栓力矩及發(fā)電機支腳螺栓力矩緊固存在問題。
2.3.4潤滑脂存在污染。
從發(fā)電機軸承拆卸的情況看，軸承上的潤滑脂為黑色并夾雜雜質(zhì)，經(jīng)檢查雜質(zhì)非鐵屑，排除金屬磨損產(chǎn)生鐵屑原因。根據(jù)風(fēng)電場所在地為沙化草原地區(qū)，常年風(fēng)沙較大，且大風(fēng)季節(jié)常伴有沙塵暴，從機艙內(nèi)明顯可見到處都是砂質(zhì)粉塵。懷疑油脂中雜質(zhì)為空氣中沙塵。
2.3.5風(fēng)機維護工作不力。
3 采取的防范措施
3.1外部措施
?。?）要求風(fēng)機廠家協(xié)調(diào)發(fā)電機廠家制定詳細(xì)處理方案報業(yè)主審核，經(jīng)同意后立即組織對發(fā)現(xiàn)問題的7臺風(fēng)機進行處理，確保風(fēng)機盡快恢復(fù)發(fā)電；同時要求對風(fēng)機發(fā)電機前軸承失效（發(fā)電機更換）進行技術(shù)分析，提交分析報告。
?。?）風(fēng)機吊安裝期間業(yè)主已要求風(fēng)機廠家對發(fā)電機進行軸對中檢查，廠家以機艙出廠前已進行相應(yīng)檢測為由拒絕再次檢測。業(yè)主方考慮到主機出廠需經(jīng)2700公里近半個月時間長途運輸才能到風(fēng)電場，路途中顛簸震動可能會對發(fā)電機與聯(lián)軸器對中產(chǎn)生影響；結(jié)合本次幾臺風(fēng)機發(fā)電機軸承失效問題，要求風(fēng)機廠家必須對全場風(fēng)機軸對中進行復(fù)檢提交檢測報告。
?。?）要求風(fēng)機廠家必須落實發(fā)電機軸承潤滑系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定及與現(xiàn)場實際工作需要是否匹配合理，對全場所有風(fēng)機發(fā)電機前軸承潤滑系統(tǒng)、主軸承潤滑系統(tǒng)及輪轂變槳潤滑系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定、儲油量及管路、油脂使用型號是否正確進行全面檢查，提交報告；同時要求風(fēng)機廠家技術(shù)部門考慮對軸承潤滑系統(tǒng)運行狀態(tài)信號進行遠(yuǎn)傳改造，使風(fēng)電場集控室便于掌握風(fēng)機軸承潤滑系統(tǒng)運行狀況，及時發(fā)現(xiàn)問題。
?。?）要求風(fēng)機廠家對風(fēng)機所有參數(shù)、定值進行重新梳理，特別是影響風(fēng)機安全穩(wěn)定運行的振動、溫度、壓力、轉(zhuǎn)速等信號的檢查；同時嚴(yán)禁存在屏蔽風(fēng)機報警信號的情況。
3.2內(nèi)部措施
?。?）要求生產(chǎn)值班人員加強風(fēng)機運行監(jiān)控，每三小時全面檢查一次100臺風(fēng)機運行狀態(tài)信號，對異常信號要及時關(guān)注并記錄；對反復(fù)出現(xiàn)的報錯信息，如振動、溫度蓄電池電壓等，要特別注意，及時匯報風(fēng)電場領(lǐng)導(dǎo)并及時告知現(xiàn)場風(fēng)機廠家人員進行處理；對頻繁出現(xiàn)的報錯不要輕易復(fù)位風(fēng)機，及時通知廠家人員處理。
?。?）制定專門負(fù)責(zé)人參與廠家對軸承失效技術(shù)分析，并安排專人參與到風(fēng)機各項檢查工作中，對檢查結(jié)果及時記錄。
?。?）建立風(fēng)機缺陷管理制度及設(shè)備缺陷檔案，實行責(zé)任追溯制，明確各級管理責(zé)任，細(xì)化分工，層層落實，風(fēng)機缺陷管理要明確分配到個人。
?。?）加強風(fēng)電場運行人員理論及技能培訓(xùn)，提升風(fēng)機故障缺陷處理、問題分析及風(fēng)機檢修維護動手能力?！科]
【參考文獻(xiàn)】
［1］鐘海權(quán).發(fā)電電動機雙向推力軸承設(shè)計計算方法的研究[j].東方電機，2004,(02).
?。?］袁波,何一純,鄧?yán)?瑯琊山抽水蓄能電站推力軸承改進研究[j].華東電力，2010,(10).
?。?］劉士奇.廣州抽水蓄能電站發(fā)電電動機的結(jié)構(gòu)特點[j].東方電機，1999,(02).
來源：《科技致富向?qū)А?012年26期
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