浅谈双馈风电机组发电机轴承维护

学术论文 2018-04-16 11:46:21
    0 引言
    发电机做为风力发电机组的核心部件,其能否安全稳定运行,将直接关系到发电设备的可靠性。而双馈风电机组轴承故障是机组大部件故障中最为常见的故障之一,因此对其故障原因进行分析,并提出有效的维护措施,对提高机组的可靠性具有重要的实用意义。
    1 双馈风电机组轴承故障的原因分析
    双馈异步发电机定子的三相电缆通过定子接线盒直接与电网相连接,转子的三相电缆通过集电环接至变流器,变流器与电网相连接,采用脉冲宽度调制(PWM)方式产生频率、幅值、相位可调的三相交流电,通过碳刷和集电环向转子提供励磁电流,通过改变励磁电流的频率、幅值、相位实现有功功率、无功功率的调节。同时结合机械运转工况分析,发电机轴承故障可能由轴电流电腐蚀、润滑不良、振动、安装工艺等原因造成。
    1.1 轴电流造成轴承损坏
    在双馈异步发电机轴承损坏的实例中发现,轴承因轴承过电流损坏占有一定比例,轴电流产生的主要原因有3种:(1)静电放电;(2)磁场不对称;(3)共模电压及电压脉冲的快速切换。由于双馈机组采用变流器PWM方式励磁,共模电压及电压脉冲的快速切换带来的问题尤为明显。目前多数双馈发电机已采用绝缘轴承,但是绝缘能力难以抵抗转子励磁带来的高次谐波,发电机轴端将承受一定的高频电压。从双馈异步发电机的工作原理方面(图1)进行分析,当发电机高速运转时,因轴承内外圈与滚动体之间绝缘油膜的隔离作用,轴承可以等效看成一个电容。
    油膜的薄厚决定着等效电容容值的大小,当轴电压达到油膜的耐压阈值时,轴承表面的油膜就会被击穿,在轴承滚道和滚动体之间产生放电现象。由于电火花所释放出的热量,在滚道和滚动体上产生微小的点蚀损伤,同时轴承中的润滑油脂受到热量的作用碳化、分解,失去原有的润滑作用,随着风机的长时间运行和机械载荷在轴承上的作用,点蚀变成条纹状波纹,在轴承滚道上形成类似搓衣板状的条纹。在此过程中轴承异音逐步加大,轴承温升过高,后期有可能造成轴承烧死、保持架破裂。
    1.2 润滑不良造成轴承损坏
    润滑不良造成的主要后果是轴承磨损加速。润滑油脂的作用就是在两个接触面形成保护性油膜,防止金属与金属之间直接接触。引起润滑不良的原因很多,例如润滑油脂选型不合理、润滑通道堵塞、油脂加入量不足等。
    1.2.1 润滑油脂选型不合理
    同一型号的发电机被安装在不同的地理位置,需要适应不同的气候和温度。而黏性是润滑油脂的一个重要的指标,不同温度和湿度下的油脂反映出不同的黏度。所以油脂的选型需要适应环境因素的变化。选型不合理容易造成润滑不良,如果在运行的工况下油脂黏度过大,将不利于油脂的排出,而如果黏度过小,就不能充分隔离滚道和滚动体,造成轴承磨损加快。
    1.2.2 润滑通道堵塞
    部分早期生产的机组发电机,轴承排脂口和废脂盒容积均较小,导致废油脂不能顺畅排出,堆积填充在轴承端盖单元内,充满空腔位置,造成新加油脂也不能顺畅到达轴承滚道内,导致轴承散热、润滑不良,最终引起轴承温度偏高,油脂板结,轴承提前失效。
    1.2.3 油脂加入量不足
    为了保证风电机组的良好运行,应对发电机轴承定期补充油脂,根据发电机型号的不同,一般运行2500h~3500h需要对其补充油脂,然而这样集中加入油脂的方式对于部分风速较好的机组来说间隔略长,同时手工加脂的方式有可能因为加油工具等问题,造成加入量不足。
    1.3 振动造成的轴承损坏
    由于振动引起的发电机轴承损坏一般多出现于新投运的风场。发电机在运输过程中,轴承内部滚动体和滚道之间未充分形成油膜,由于外界的振动和摇摆,轴承金属与金属之间直接摩擦,造成了轴承的磨损,就产生了“伪布式压痕”,在风机投运后,由于磨损的存在,轴承出现温升过高和异音,随着轴承工作时间的增加和机械载荷的作用,轴承的损坏愈加严重。
    2 发电机轴承的维护措施
    双馈风电机组发电机轴承损坏主要是由上述原因引起的,针对这些问题的存在,在风机的运行维护中采取相应的措施进行有效的预防。在风机的日常维护和定期维护当中,加强对发电机轴承接地碳刷的检查工作,对碳刷表面附着的油脂和灰尘及时进行清理,紧固接地回路接线并测量,保证接地回路的暢通,最大限度地将轴电流导入大地。
    根据风电机组轴承润滑油脂加入、排出及运行中的温升情况,选用适合本地区的油脂型号,更换油脂型号时,务必对原有油脂进行彻底清除,避免油脂混用。
    针对早期发电机轴承排脂口和废脂盒较小导致排油不畅的情况,可对发电机轴承排脂口和废脂盒进行技改扩大,保证排脂通道畅通,并在定期维护当中对废脂盒中的废脂及时清理,避免油脂堆积,有利于观察排脂通道是否畅通。
    增加自动润滑装置,由之前的“定期加注”改为“少吃多餐”,避免定期手工加注带来的油脂过多或不足,使润滑系统更加可靠。
    在发电机长途运输中加强发电机轴承的保护措施。
    运行值班人员加强对发电机的参数监控,可安装机舱振动监测装置对轴承运行情况加强监控,发现异常情况及时登塔检查处理,避免故障的扩大。
    加强机组定检维护质量控制,按要求进行发电机与齿轮箱机械对中工作,确保对中合格。
    发电机轴承加注合格的润滑油脂,必须保持加油工器具和油脂清洁,防止沙尘等污染润滑油脂。
    结语
    在上文中,我们对双馈风电机组发电机轴承故障进行分析并提出维护措施,在未来工作当中,还需要进一步加大该方面研究分析力度,不断提高风力发电设备的可靠性。
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