降低風力發電機偏航減速箱斷齒故障率初探

高楊

【摘 要】隨著社會的進步與經濟的增長，傳統的火力發電雖然能夠為社會提供充足的電力能源，并滿足當前電力能源的需求，但會對環境造成嚴重的破壞，所以近年來電力行業逐漸重視風力發電。基于此，論文以風力發電機偏航減速箱斷齒故障為主要研究內容，通過對風力發電機偏航的簡單介紹，進而對偏航減速箱斷齒故障以及三相異步電動機負載-電流特性與降低斷齒故障率的對策展開了深入探討。

【Abstract】Along with the social progress and economic growth， although traditional coal-fired power can provide sufficient electric energy for the society， and meet the needs of the current electric energy， but it would cause serious damage to the environment. So， in recent years， the power industry has gradually attached importance to wind power generation. Based on this， taking the gear failure of yaw reduction box of wind turbine as the main research contents， through the brief introduction of the yaw of the wind turbine， the paper further discusses the gear failure of yaw reduction box， three-phase asynchronous motor load - current characteristic， and the countermeasures to reduce the gear failure rate.

【關鍵詞】風力發電機；偏航減速箱；斷齒故障

【Keywords】 wind turbine； yaw reduction box； gear fault

【中圖分類號】TM315 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）11-0176-02

1 引言

近年來，在人們生活質量快速提升的基礎上，社會各界對電力事業提出了更高的要求。這種背景下，我國電力事業逐漸加強了對可再生資源的應用力度，風能作為自然界中廣泛存在的一種可再生資源，也被廣泛地進行了應用。隨著風電發電規模的不斷擴大，風電發電機故障發生的頻率逐漸增高，從而影響了整個電力系統的穩定性，無法為社會提供良好的供電服務。因此，對降低風力發電機偏航減速箱斷齒故障率進行研究具有重要意義，為我國風力發電事業的進一步發展打下良好基礎。

2 風力發電機偏航概述

偏航系統作為風力發電機的重要組成部分，對整個風力發電機的正常運行提供重要幫助。所謂的偏航系統，又可以稱為對風設備，能夠在風電機內風速矢量改變時，第一時間尋找出最準確的風向，使風輪獲得最大的風能，從而推動整個風電機的運行。同時，通過偏航系統，還可以為風機提供良好的鎖緊力矩，提升整個風機的安全性。整個風電機偏航系統如圖1所示。風電機內部風向出現變化時，會自動生成相應的偏航指令，并將其傳遞給風機，使得偏航系統開啟。之后，在偏航減速器的作用下，將力矩傳遞到塔筒偏航齒圈上，使偏航風機產生運動，并以塔筒為中心旋轉。與此同時，為了降低偏航對整個風機帶來的沖擊，偏航制動器與偏航制動盤結合到一起，并在前者的帶動下，使阻尼出現了轉動[1]。

3 偏航減速箱斷齒故障分析

某風電場運行的過程中，風力發電機組頻繁產生了減速箱斷齒故障。進而對其展開了深入的分析，經過分析之后發現，該故障可能由以下幾個原因引發。

3.1 偏航制動器液壓問題

偏航制動器作為整個偏航系統內的重要組成部分，在其運行的過程中，需要通過液壓的方式，為其提供充足的動力。若對制動器進行配置時，沒有根據風機的實際情況來設定，導致液壓站壓力過高，不符合風機的實際使用要求，將會對制動器產生非常大的動力，使得實際動力超出制動器正常運行動力的上限，從而提升了對制動器的損壞程度。長此以往，在壓力的作用下，使得減速器出現斷齒的故障。另外，若液壓油使用的時間過長，使其發生了變質，并提升了粘度，導致其性能受到了一定干擾，無法起到正常的抗磨、防腐等作用，致使偏航減速器齒輪出現過負載，進而引發斷齒故障。

3.2 偏航制動盤存在雜質

在風力的作用下，自然環境中的雜質會不斷地進入到風力發電機內，并附著到偏航制動盤的表面。若電廠工作人員沒有對這一現象產生重視，未及時對雜質進行清理，在偏航系統運行時，會隨著偏航制動盤進入到制動盤與閘片之間。而閘片生產時，選擇的是低金屬摩擦材料，這種材料不僅具有較高的高摩擦系數和高耐磨性能，而且還具有較高的電吸附性，很容易將細小的灰塵顆粒吸附到其表面，當其表面的灰塵微粒達到一定程度后，進一步提升了閘片的摩擦系數，并使其超出風力發電機的正常要求，從而導致偏航減速器出現斷齒故障。

3.3 偏航減速箱齒輪與塔筒偏航齒圈嚙合潤滑不及時

在對風力發電機進行維護時，通常都是由人工登風機巡檢涂抹潤滑脂的方式，將潤滑油注入到風機內，受到人員因素的影響，導致注入的時間較晚，或者是注入的潤滑油量不足，都會引發偏航減速箱齒輪與塔筒偏航齒圈嚙合潤滑不及時的現象出現，從而提升了風力發電機的負載，導致減速箱齒輪受到嚴重的干擾，并影響了齒輪的壽命。

3.4 偏航電機過載endprint

偏航減速箱生產時，未嚴格按照要求制造，導致自身質量較低，存在一定的安全隱患，使齒輪的硬度不足，在減速箱運行一段時間后，致使齒輪出現斷齒的故障，進而引發齒輪嚙合卡塞問題。同時，風機制造完成后，對其進行裝配時，受到裝配技術的影響，使得偏航減速器的位置出現了變化，無法與塔筒圈嚙合，導致齒輪產生嚙合干涉。另外，風機裝配完后，對其進行使用時，由于風電場對風機的重視程度不足，并未制定出科學、合理的維護工作，使得偏航減速箱內的潤滑油較少，使偏航減速器與塔筒齒圈之間的潤滑能力不足，導致風機中出現干磨的現象，進而產生齒輪嚙合干涉。

4 三相異步電動機負載-電流特性

風力發電機運行時，需要使用三相異步電動機，而在其運行的過程中，負載與電流往往具有直接的聯系，根據這一聯系，將其劃分為三個區間，如圖2所示

①正常負荷區：各電機在整體考慮上，應選擇電機長期健康允許的最大負荷電流值I1，并利用其作為標準，確定出風力發電機偏航系統的運行情況；

②告警復合區：告警復合區當中主要是指偏航電機所負荷電流的I1～I2區間，I2主要是指偏航電機在出現過載跳閘時所產生的最大電流數值。在此過程中，若出現風機偏航電機的負載電流突然出現異常，如持續表現為數值大于I1或小于I2電流值的情況，則應當立即采取停機措施，并對偏航系統進行全面的檢查。

③過復合區：過復合區即為偏航電機的負荷電流明顯超過了I2電流值，此時電機將會啟動保護措施，直接跳閘，此時應當立即對偏航系統進行停機檢查，以免出現安全隱患。

5 降低風力發電機偏航減速箱斷齒故障率的對策

針對風力發電機偏航減速箱斷齒故障的分析，從綜合的角度來說，應采取以下措施來降低減速箱斷齒故障率。

首先，加強對風電機偏航系統的檢查，尤其是螺栓與齒輪部分更要仔細，通過定期檢查，確保兩者的高穩定性，避免齒輪或螺栓松動對整個偏航系統帶來影響，從而降低斷齒故障率；

其次，在整個風力發電機運行時，要注意齒輪箱的密封情況，當齒輪箱的密封性能不足時，采取相應的應對措施，最大程度上阻止雜質進入到偏航制動盤；

再次，對各元件的物理損傷進行檢查，若發現風電機內的原件出現損壞，應立即選取新的原件進行替換，避免嚙合干涉問題的出現，從而降低斷齒故障率；

最后，在風力發電機運行時，應定期的加注潤滑油，并且，選擇潤滑油時，要保證其與之前使用的完全相同，同時，還要確保潤滑油的質量，從而避免潤滑油問題對整個風力發電機的影響，降低斷齒故障率。

6 結語

綜上所述，偏航減速器作為風力發電機中的重要組成部分，在運行的過程中，常常會受到多種因素的影響，導致其出現斷齒的故障，從而對整個風力發電機的運行帶來了干擾。所以，偏航系統運行時，應選擇最大負荷電流值I1，并加強檢查與維修的力度，最大程度對偏航減速器斷齒故障進行控制，為整個風力發電機的運行提供良好幫助。

【參考文獻】

【1】李明倫， 王益軒， 劉瑋，等. 風力發電機偏航減速器的運動設計與仿真[J]. 中國重型裝備， 2015（3）：1-5.endprint