風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙異常振動(dòng)分析處理

侯志南

摘 要：風(fēng)電機(jī)組是否能夠穩(wěn)定、正常運(yùn)行不僅關(guān)系著電力質(zhì)量和安全，還與風(fēng)電企業(yè)工作人員的人身安全息息相關(guān)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中機(jī)艙發(fā)生異常振動(dòng)，若不重視可能會(huì)釀成事故。本文通過(guò)分析該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對(duì)存在的問(wèn)題，分析總結(jié)常見(jiàn)故障原因，提出若干防范治理措施，以提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，防止發(fā)生倒塔事故。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī);機(jī)艙振動(dòng);分析處理

1 引言

近二十年來(lái)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，單機(jī)功率越做越大，陸用風(fēng)電單機(jī)功率可達(dá)到4-5MW，海上風(fēng)電可達(dá)到10MW以上，隨著機(jī)組功率不斷加大，塔筒（或塔架）高度也在不斷長(zhǎng)高，一般都超過(guò)100米了。風(fēng)機(jī)機(jī)艙位于百米以上高空，風(fēng)況不穩(wěn)定，受力復(fù)雜，有時(shí)會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)現(xiàn)象。本文主要針對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)艙振動(dòng)問(wèn)題，分析排查原因，提出若干防范措施，以提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全，防止發(fā)生倒塔事故。

2 風(fēng)電機(jī)組的構(gòu)成

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的一個(gè)系統(tǒng)裝置，其主要包括：風(fēng)輪（風(fēng)輪中有葉片、輪轂、變槳裝置、加固件等）、機(jī)艙、發(fā)電機(jī)、變流器、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、塔架、風(fēng)速儀和風(fēng)向標(biāo)等組成。風(fēng)能的吸收是由風(fēng)輪完成的，風(fēng)輪在風(fēng)力的作用下旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能，風(fēng)機(jī)的振動(dòng)大多與風(fēng)輪有關(guān)。

3 機(jī)艙頻發(fā)加速度高報(bào)警的分析與處理

風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)一般是在機(jī)艙內(nèi)安裝了一個(gè)加速度檢測(cè)儀，持續(xù)監(jiān)控塔筒頂部2個(gè)相互垂直方向的加速度值，當(dāng)風(fēng)速較大且不穩(wěn)定時(shí)，若檢測(cè)到塔筒加速度矢量和超過(guò)設(shè)定值，保護(hù)就正常動(dòng)作觸發(fā)風(fēng)機(jī)緊急停車。但有的風(fēng)機(jī)在風(fēng)速不大情況下也頻發(fā)加速度高報(bào)警，導(dǎo)致頻繁停機(jī)，對(duì)緊急變槳系統(tǒng)、變流器等都造成頻繁沖擊，運(yùn)行人員通常采取限功率運(yùn)行方式，損失了發(fā)電量。分析認(rèn)為，以下原因都可能導(dǎo)致加速度高報(bào)警：

3.1 風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)問(wèn)題。風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)出了問(wèn)題容易造成加速度高異常報(bào)警，因此建議：一是對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析基礎(chǔ)的絕對(duì)沉降和差異沉降變化趨勢(shì);二是對(duì)塔筒晃動(dòng)度、垂直度進(jìn)行測(cè)量，分析變化趨勢(shì);三是經(jīng)常性檢查基礎(chǔ)處的防水處理是否完好無(wú)損。

3.2 主軸承潤(rùn)滑不良。風(fēng)機(jī)主軸承是容易被忽視的關(guān)鍵部件，巡檢人員登塔通常是在停機(jī)狀態(tài)下，觀察不到真實(shí)運(yùn)行情況，通常認(rèn)為只要不超溫就可以繼續(xù)運(yùn)行，但軸承若長(zhǎng)期潤(rùn)滑不良必將導(dǎo)致異常磨損，動(dòng)靜間隙增大，機(jī)艙振動(dòng)也逐漸增大，最終需要更換大部件釀成較大損失。風(fēng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題是：遞進(jìn)式分配閥工作不正常、供油管道不出油、軸承油脂外漏、廢油收集瓶收集不到油、油管爆裂等，必須及時(shí)消除缺陷，確保主軸承潤(rùn)滑正常。

3.3 檢查齒輪箱工作情況。通過(guò)工業(yè)內(nèi)窺鏡仔細(xì)檢查傳動(dòng)齒輪，定期取油樣化驗(yàn)分析金屬磨損情況、油質(zhì)劣化情況。

3.4 葉片機(jī)械零位復(fù)核。也有風(fēng)機(jī)因葉片零位偏差導(dǎo)致風(fēng)輪受力不平衡，建議對(duì)葉片機(jī)械零位進(jìn)行復(fù)核，最好請(qǐng)葉片廠家協(xié)助，重新標(biāo)記出實(shí)際零位線，然后調(diào)整偏差，使三根葉片零位準(zhǔn)確，角度動(dòng)作一致，受力均勻。

4 機(jī)艙偏航制動(dòng)不牢的分析與處理

風(fēng)機(jī)機(jī)艙偏航制動(dòng)不牢，會(huì)造成機(jī)艙左右擺動(dòng)，出現(xiàn)“滑移”現(xiàn)象，且伴有較大異響聲，分析常見(jiàn)原因如下：

4.1 偏航制動(dòng)摩擦力不足。

（1）偏航制動(dòng)缸漏油或剎車片粉末，都會(huì)污染偏航剎車盤，降低摩擦力，造成制動(dòng)力不足。因此偏航剎車盤要保持清潔，集油盤要安裝到位。若剎車盤已被污染，一定要徹底清洗剎車盤及剎車片上的油脂、剎車片粉末等。

（2）檢查剎車盤面是否損傷。

（3）檢查剎車片厚度及摩擦面狀態(tài)，必要時(shí)更換全新剎車片。

（4）檢查液壓系統(tǒng)內(nèi)部是否有積存氣體，可以嘗試一下排氣。

（5）適當(dāng)調(diào)高系統(tǒng)液壓制動(dòng)壓力。

（6）運(yùn)維人員有時(shí)會(huì)將部分有故障的制動(dòng)缸短接退出運(yùn)行，可能會(huì)造成制動(dòng)摩擦力不均勻，一定要確保全部制動(dòng)器都投入工作，使剎車片受力均衡。

4.2 檢查風(fēng)速風(fēng)向儀，確保風(fēng)向指示正確。

4.3 檢查偏航大齒及驅(qū)動(dòng)小齒是否完整，沒(méi)有斷裂、缺口等缺陷。機(jī)艙“滑移”，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致偏航大齒與驅(qū)動(dòng)齒撞擊，最終出現(xiàn)裂紋或斷裂情況。

4.4 檢查偏航驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)一般由4臺(tái)偏航電機(jī)組成，正常情況下同步轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)艙使風(fēng)輪掃風(fēng)面與風(fēng)向保持垂直。

（1）檢查偏航電機(jī)抱閘分合情況，確保每臺(tái)電機(jī)在通電后能正常將摩擦片和制動(dòng)盤徹底脫離。有風(fēng)場(chǎng)曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因其中1臺(tái)偏航電機(jī)的抱閘部件失效，制動(dòng)盤被抱死導(dǎo)致偏航驅(qū)動(dòng)小齒輪無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，而其他三臺(tái)偏航電機(jī)仍在正常推動(dòng)偏航大齒圈偏航對(duì)風(fēng)，不轉(zhuǎn)的那個(gè)偏航驅(qū)動(dòng)小齒輪與偏航大齒圈之間就發(fā)生擠壓，最終造成大、小齒輪斷裂。

（2）機(jī)艙“滑移”現(xiàn)象，也會(huì)反作用到偏航電機(jī)的抱閘，導(dǎo)致抱閘剎車片磨損加劇，最終失效。

（3）檢查偏航電機(jī)工作情況，工作電流是否比相鄰電機(jī)更大，檢查測(cè)量制動(dòng)器上組件與底盤的間隙及不均衡度是否符合標(biāo)準(zhǔn)，必要時(shí)更換偏航驅(qū)動(dòng)制動(dòng)器。

（4）偏航電機(jī)變速箱缺油也會(huì)使得齒輪傳動(dòng)出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的會(huì)完全卡死，偏航小齒輪受力超限，造成齒輪斷裂或電機(jī)燒壞。

4.5 葉片零位偏差導(dǎo)致風(fēng)輪受力不平衡，可能性也比較大，建議按照上述3.4檢查處置。

5 風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

上文說(shuō)過(guò)，一般風(fēng)機(jī)只安裝2個(gè)加速度振動(dòng)傳感器，當(dāng)機(jī)艙振動(dòng)較大時(shí)會(huì)報(bào)警停機(jī)，但沒(méi)有頻譜，無(wú)法判斷振源，無(wú)法深入分析振動(dòng)異常原因，查找振動(dòng)源，對(duì)于比較復(fù)雜的振動(dòng)問(wèn)題顯然是杯水車薪。因此，有條件的可以考慮對(duì)加裝在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)葉片、主軸承、機(jī)艙、塔筒等關(guān)鍵部位進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，按照于現(xiàn)場(chǎng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)傳感器信號(hào)傳送到集控室在線振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器，服務(wù)器安裝有專業(yè)的振動(dòng)數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)每臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)時(shí)顯示報(bào)警信號(hào)及故障診斷結(jié)果。風(fēng)電場(chǎng)定期將數(shù)據(jù)導(dǎo)出發(fā)送給廠家，振動(dòng)分析師分析后提供分析報(bào)告。

有的廠家可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)連接他們遠(yuǎn)程診斷中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)程故障診斷，發(fā)現(xiàn)異常后提供分析報(bào)告，提醒風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行檢查處理。他們的振動(dòng)分析師更專業(yè)，大數(shù)據(jù)更為豐富，效果會(huì)更佳。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新能源風(fēng)力發(fā)電行業(yè)在我國(guó)的起步相對(duì)較晚，但是發(fā)展比較迅速，風(fēng)電行業(yè)在高速的發(fā)展的同時(shí)所凸顯出來(lái)的不安全因素和問(wèn)題也越來(lái)越多。風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙的異常振動(dòng)問(wèn)題是其中比較典型的一個(gè)安全性問(wèn)題，如果沒(méi)有及時(shí)得到解決就會(huì)造成安全事故，甚至人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)維工作人員要對(duì)此問(wèn)題引起高度重視。運(yùn)維人員對(duì)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙異常振動(dòng)進(jìn)行深入分析，用心排查問(wèn)題根源，對(duì)癥下藥加以解決，定能提高風(fēng)機(jī)可靠性和安全性。

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