某風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承故障分析*

辛 昆，馬 鐵，于 穎，任劍鋒

(1．深能北方能源控股有限公司，內(nèi)蒙古通遼 028000;2．空軍航空大學(xué)，吉林長春 130000)

0 引言

某風(fēng)電場(chǎng)安裝33臺(tái)1．5 MW雙饋異步低溫型風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量49．5 MW。發(fā)電機(jī)采用東風(fēng)電機(jī)廠生產(chǎn)的四極雙饋異步發(fā)電機(jī)，型號(hào)為FG500M46-4RB+KK(D)，額定功率為1 560 kW，轉(zhuǎn)速范圍為1 000～1 800 r/min，額定電壓為690 V，保護(hù)等級(jí)為IP54。

2012年12月，該風(fēng)電場(chǎng)SCADA監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)23號(hào)機(jī)組故障停機(jī)，機(jī)組無法復(fù)位啟動(dòng)，監(jiān)控系統(tǒng)顯示發(fā)電機(jī)報(bào)軸承1溫度高，該臺(tái)機(jī)組生產(chǎn)日期為2009年9月，投運(yùn)日期為2010年12月，運(yùn)行時(shí)間兩年。

風(fēng)電場(chǎng)及時(shí)聯(lián)系機(jī)組廠家及發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家展開故障電機(jī)現(xiàn)場(chǎng)檢查。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承溫升過高，就地手動(dòng)復(fù)位啟機(jī)后發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承存在明顯異響，檢查組決定拆除傳動(dòng)端軸承進(jìn)行細(xì)致檢查。檢查組更換故障電機(jī)傳動(dòng)端圓柱滾子軸承、深溝球軸承、軸承內(nèi)端蓋及甩油環(huán)后恢復(fù)該機(jī)組運(yùn)行。一周后，該機(jī)組再次報(bào)發(fā)電機(jī)軸承1溫度高并運(yùn)行中伴有明顯異響，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)整體更換。

1 故障電機(jī)檢查情況

2012年12月，發(fā)電機(jī)檢修情況如下:

①潤滑系統(tǒng)(含電源、潤滑油泵、潤滑管路)正常;②拆卸該發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承外端蓋，發(fā)現(xiàn)排出的廢油脂為黑色;③傳動(dòng)端軸承上油脂發(fā)黑，軸承內(nèi)端蓋被高溫灼傷變色;圓柱滾子軸承內(nèi)圈與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子主軸抱死，不能正常拆卸，油脂注入口因高溫原因油脂缺少;④拆除傳動(dòng)端圓柱滾子軸承內(nèi)圈，發(fā)現(xiàn)主軸輕微磨損，軸承保持架部分?jǐn)嗔眩瑵L動(dòng)體磨損，油脂硬化;⑤傳動(dòng)端軸承內(nèi)蓋與主軸抱死，強(qiáng)行拆除此軸承內(nèi)蓋。

2 故障電機(jī)軸承故障分析

2．1 第二次故障原因分析

依據(jù)故障電機(jī)拆解現(xiàn)場(chǎng)情況分析，發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承與電機(jī)主軸抱死，必須強(qiáng)行拆除傳動(dòng)端軸承內(nèi)蓋和軸承，傳動(dòng)端主軸軸承擋已出現(xiàn)輕微磨損，為不影響機(jī)組正常發(fā)電，檢查組及時(shí)對(duì)故障電機(jī)更換了傳動(dòng)端滾子軸承、深溝球軸承及軸承內(nèi)端蓋。

該電機(jī)運(yùn)行幾天后，因軸承內(nèi)圈與主軸過盈量偏小，出現(xiàn)相對(duì)位移，主軸軸承擋被進(jìn)一步磨損［1］，傳動(dòng)端軸承報(bào)溫度高報(bào)警，振動(dòng)加劇，導(dǎo)致傳動(dòng)端軸承再次抱死，無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)。因此，造成發(fā)電機(jī)必須從機(jī)艙拆除整體更換。

初步分析，第二次軸承溫升高伴有異響是由第一次更換軸承時(shí)主軸輕微磨損引起。下面對(duì)發(fā)電機(jī)軸承初次失效原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2．2 第一次故障原因分析

發(fā)電機(jī)軸承采用德國FAG原裝進(jìn)口軸承，故障發(fā)生后先后兩次將損壞軸承送檢，檢驗(yàn)結(jié)果均滿足標(biāo)準(zhǔn)件要求，即分析故障原因?yàn)榉禽S承本身質(zhì)量因素所致。

經(jīng)研究分析認(rèn)為，23號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端軸承損壞由兩個(gè)階段構(gòu)成，分別為軸承損壞失效的初期階段和軸承燒傷卡死致電機(jī)主軸受損的后期階段。

軸承損壞失效的初期階段分析如下:

(1)油脂及潤滑:油脂混入雜質(zhì)特別是金屬粉末、氧化物及其它硬質(zhì)顆粒時(shí)，可能造成軸承磨損［2］。

(2)運(yùn)行環(huán)境影響:風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)軸承頻繁啟動(dòng)，溫度變化幅度大(特別在冬季)，工況復(fù)雜，偏載過大或長期偏載運(yùn)行等影響了軸承使用壽命;齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)軸對(duì)中偏差過大、發(fā)電機(jī)前后端軸承同心度超差［3］、機(jī)組振動(dòng)過大等都可能誘發(fā)軸承故障。

(3)運(yùn)輸或裝配時(shí)沖擊:風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙運(yùn)抵風(fēng)電場(chǎng)前需要長途顛簸，或裝卸吊裝中沖擊使發(fā)電機(jī)軸承已輕微損壞，產(chǎn)生塑形壓痕，在運(yùn)行中損壞加劇，使軸承壽命縮短，直至軸承產(chǎn)生燒傷、卡死甚至嚴(yán)重?fù)p壞變形。

軸承燒傷卡死致發(fā)電機(jī)主軸損壞階段分析:

發(fā)電機(jī)軸承在出現(xiàn)故障或者失效以后，發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)下，各零部件間相互磨損溫度急劇升高，直到潤滑失效，金屬表面層組織改變［4］。在此情況下如發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致溫度進(jìn)一步升高、軸承損壞卡死。

發(fā)電機(jī)軸承損壞，無法正常靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，致使主軸與軸承內(nèi)圈相互磨損，產(chǎn)生相對(duì)位移，主軸表面被磨損剝落，軸承溫度急劇升高，振動(dòng)加劇。

此階段軸承溫度將非常高，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警，振動(dòng)加劇，伴隨巨大的軸承異響聲音。

3 后期維護(hù)建議

(1)由風(fēng)電機(jī)組廠家聯(lián)合發(fā)電機(jī)制造廠定期對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)巡檢，排除軸承異響、溫度非正常升高等故障，及時(shí)準(zhǔn)確處理潛在故障發(fā)電機(jī)。

(2)風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維人員加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，盡量在發(fā)電機(jī)軸承故障早期發(fā)現(xiàn)并解決問題，以免造成發(fā)電機(jī)軸承損壞甚至整體更換發(fā)電機(jī)的嚴(yán)重后果。

(3)加強(qiáng)機(jī)艙長途運(yùn)輸中的發(fā)電機(jī)軸承的保護(hù)措施。

(4)發(fā)電機(jī)裝配中嚴(yán)格控制各部件間的裝配質(zhì)量。

(5)風(fēng)機(jī)維護(hù)過程中加強(qiáng)維護(hù)用油脂管理，避免油脂收到污染。

(6)嚴(yán)格執(zhí)行風(fēng)電機(jī)組軸對(duì)中要求，定期對(duì)齒輪箱高速軸與發(fā)電機(jī)軸間對(duì)中情況進(jìn)行調(diào)整，對(duì)注油系統(tǒng)使用情況定期檢查以保證潤滑良好，并對(duì)廢油排出情況進(jìn)行檢查。

4 風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承維修技術(shù)關(guān)鍵

(1)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障性處理 如果想要對(duì)風(fēng)力出電發(fā)電機(jī)組進(jìn)行處理，就要在發(fā)電機(jī)以及發(fā)電機(jī)軸承的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)能夠切實(shí)反映二者隨性特性的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承維修提供相應(yīng)的理論性依據(jù)。

(2)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障檢測(cè)系統(tǒng) 在風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，要采取正確的檢測(cè)方式對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，應(yīng)用先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)或者檢測(cè)設(shè)備，對(duì)整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)展開系統(tǒng)的檢查，并且在檢查時(shí)作出記錄，為后期的維修提供相關(guān)的依據(jù)。

(3)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障維修系統(tǒng) 風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障的維護(hù)系統(tǒng)不光包括相應(yīng)的維修設(shè)備，還包括相關(guān)的技術(shù)維修人員，在整個(gè)維修系統(tǒng)當(dāng)中，不僅需要維修人員具有相當(dāng)?shù)木S修技術(shù)，還需要其能具備嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，能夠正確的對(duì)待風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障維修任務(wù)，保證維修的仔細(xì)與可靠，進(jìn)而能夠提高風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)的維修質(zhì)量。

在電力企業(yè)的運(yùn)營和日常生產(chǎn)過程中，在電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度占據(jù)著相當(dāng)重要的地位，為了保證電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的合理運(yùn)作，就必須采取相應(yīng)的措施對(duì)其進(jìn)行管制，而電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度研究就成為了維持電力行業(yè)規(guī)范正常運(yùn)作的首要前提，以及使得電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度效率有效提高的重要途徑。隨著各種影響條件下問題的不斷呈現(xiàn)，對(duì)于電力工作的正常開展也帶來了性的挑戰(zhàn)和要求，然而，風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)故障更是常見的影響條件之一，因此，對(duì)風(fēng)電場(chǎng)兆瓦級(jí)雙饋異步風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承故障分析就更加具有實(shí)際的意義。

［1］ 單寶峰，王海強(qiáng)，李景春．高速旋轉(zhuǎn)主軸軸承配合過盈量的影響因素分析［J］．機(jī)械制造，2010(12):36．

［2］ 彭朝林．汽車輪轂軸承脂潤滑理論與潤滑失效機(jī)理研究［D］．廣州:華南理工大學(xué)，2013．

［3］ 徐穎劍．風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)故障分析診斷［D］．北京:華北電力大學(xué)，2013．

［4］ 丁有永．乏/無油潤滑航空齒輪傳動(dòng)的磨損及溫度場(chǎng)分析［D］．南京:南京航空航天大學(xué)，2013．