某陸上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組高速軸轉(zhuǎn)速不匹配故障分析

陳朝暉 關(guān)建越 張祎 項(xiàng)靈文 盛超磊 鄒孝涵

摘要：在電力生產(chǎn)運(yùn)行中， 由于氣候、部件損壞原因等造成風(fēng)電機(jī)組故障停機(jī)的事故時(shí)有發(fā)生， 給電力企業(yè)安全生產(chǎn)造成不同程度的影響。本文介紹了一起某陸上風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組由于齒輪箱高速軸定位環(huán)磨損造成了風(fēng)電機(jī)組故障停機(jī)的事故。實(shí)際監(jiān)盤中，由于輕視、誤判等原因均有可能導(dǎo)致齒輪箱高速軸磨損加劇，因此在平日值班監(jiān)盤時(shí)，運(yùn)維人員應(yīng)多關(guān)注振動(dòng)系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)以及風(fēng)電機(jī)組各個(gè)部位溫度異常情況，提前發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)消除隱患。

關(guān)鍵詞：高速軸竄軸;溫度;振動(dòng)

1.事故前的運(yùn)行方式

該風(fēng)電場(chǎng)共有35kV集電線路2條，東線3221共安裝1.5MW風(fēng)電機(jī)組12臺(tái)（#1-#12號(hào)），西線3222安裝同類型風(fēng)電機(jī)組11臺(tái)（#13-#23），每臺(tái)風(fēng)電機(jī)組配備箱變1臺(tái)。事故發(fā)生前風(fēng)電機(jī)組處于正常發(fā)電狀態(tài)，風(fēng)速為8.5m/s，輸出功率為1094kW。

事件經(jīng)過

2020年09月11日01：46分，風(fēng)電場(chǎng)23臺(tái)風(fēng)電機(jī)組處于正常發(fā)電狀態(tài)，場(chǎng)內(nèi)平均風(fēng)速7.3m/s，#4機(jī)組風(fēng)速為8.5m/s。隨著晚間風(fēng)速上升，風(fēng)電機(jī)組出力增加，#4機(jī)組報(bào)高速軸轉(zhuǎn)速不匹配故障，狀態(tài)碼5930，運(yùn)維值班員發(fā)現(xiàn)故障后立刻登錄風(fēng)電機(jī)組后臺(tái)軟件查看風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)后臺(tái)故障只有高速軸轉(zhuǎn)速不匹配故障，并無其它故障，且后臺(tái)顯示高速軸軸承溫度為62.2degC，屬于正常范圍，初步判斷可能屬于高速軸轉(zhuǎn)速接近開關(guān)松動(dòng)導(dǎo)致故障誤報(bào)，于01：49分將風(fēng)電機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行，繼續(xù)觀察風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況，01：56分風(fēng)電機(jī)組再次報(bào)出高速軸轉(zhuǎn)速不匹配故障，后臺(tái)顯示高速軸軸承溫度正常，運(yùn)維人員再次復(fù)位以此觀察運(yùn)行時(shí)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速以及高速軸轉(zhuǎn)速，均保持平穩(wěn)，并無明顯跳動(dòng)，02：01分再次報(bào)出此故障后，運(yùn)維人員將風(fēng)電機(jī)組停機(jī)，等待明日上塔處理。

3.故障原因分析

故障觸發(fā)條件：[高速軸轉(zhuǎn)速不匹配檢測(cè)周期]內(nèi)平均高速軸轉(zhuǎn)速誤差（=高速軸轉(zhuǎn)速（From pickup）-|發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速（From Pcs）|）>[高速軸轉(zhuǎn)速不匹配允許值]。

后臺(tái)獲取故障數(shù)據(jù)得到高速軸轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)現(xiàn)在01：46分時(shí)高速軸轉(zhuǎn)速非常不穩(wěn)定。高速軸轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值為1690.767 rpm，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速瞬時(shí)值為1787.880 rpm。可以求得：

平均高速軸轉(zhuǎn)速誤差=|高速軸轉(zhuǎn)速-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速|(zhì)

平均高速軸轉(zhuǎn)速誤差=|1690.767-1787.88|=97.113 rpm

而后臺(tái)高速軸轉(zhuǎn)速不匹配允許值為75 rpm， 可以得知平均高速軸轉(zhuǎn)速誤差>高速軸轉(zhuǎn)速不匹配允許值，故風(fēng)電機(jī)組快速停機(jī)并報(bào)出“高速軸不匹配”故障。

故障發(fā)生時(shí)，僅報(bào)出高速軸不匹配故障，并無其它故障報(bào)出，綜合以上，判斷出原因無非有以下幾點(diǎn)：

1.高速軸接近開關(guān)松動(dòng)或失效;

2.發(fā)電機(jī)編碼器損壞或接線松動(dòng);

3.齒輪箱高速軸內(nèi)部故障。

4.故障處理

運(yùn)維人員于上塔檢查，發(fā)現(xiàn)高速軸軸承端蓋位置處出現(xiàn)高溫脫漆現(xiàn)象（圖1），初步判斷是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，齒輪箱高速軸定位環(huán)磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致高速軸竄軸，軸承蓋高溫脫漆（如下圖所示），齒輪箱高速軸接近開關(guān)回路及發(fā)電機(jī)編碼器回路都正常。

在確保風(fēng)電機(jī)組安全的情況下，運(yùn)維人員采取限制機(jī)組功率的方法，以低功率繼續(xù)運(yùn)行發(fā)電，聯(lián)系齒輪箱廠家盡快入場(chǎng)更換齒輪箱高速軸及其軸承。

5.暴露問題及改進(jìn)建議

5.1暴露問題

（1） 從圖1可以看出故障發(fā)生時(shí)高速軸軸承端蓋位置處出現(xiàn)高溫脫漆現(xiàn)象，但是從后臺(tái)獲取的齒輪箱高速軸軸承溫度瞬時(shí)值波形圖可以發(fā)現(xiàn)齒輪箱高速軸軸承溫度均在65℃附近，無明顯異常，齒輪箱高速軸電機(jī)側(cè)軸承溫度過溫報(bào)警值為90℃，檢測(cè)溫度達(dá)不到報(bào)警值。

（2） 振動(dòng)系統(tǒng)在齒輪箱高速軸方面的振動(dòng)監(jiān)測(cè)只有徑向監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并無軸向監(jiān)測(cè)，高速軸竄動(dòng)屬于軸向竄動(dòng)，振動(dòng)系統(tǒng)后臺(tái)并無告警信息。

5.2改進(jìn)建議

（1） 該位置的溫度傳感器（圖2）無法有效監(jiān)測(cè)到高速軸軸承靠近發(fā)電機(jī)一側(cè)的后部分溫度，建議在易發(fā)生故障的位置處增加一個(gè)溫度傳感器，并將此數(shù)據(jù)傳回到主控系統(tǒng)，后臺(tái)設(shè)置高溫報(bào)警以及高溫停機(jī)參數(shù)。

（2）建議應(yīng)增加齒輪箱高速軸軸向振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，再發(fā)生此類故障時(shí)，運(yùn)維人員便可以第一時(shí)間判斷出是否屬于高速軸竄軸或是其它故障。

6.結(jié)論

（1）判斷此類風(fēng)電機(jī)組故障首先要了解故障的基本信息，收集與故障相關(guān)的數(shù)據(jù)，通過故障解析軟件進(jìn)行分析，再到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行排查、檢驗(yàn)、測(cè)試，按照排故手冊(cè)或指導(dǎo)書進(jìn)行處理。

（2）在平日值班監(jiān)盤時(shí)，運(yùn)維人員應(yīng)多關(guān)注振動(dòng)系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)，是否有異常情況，在大風(fēng)天氣時(shí)，應(yīng)多關(guān)注風(fēng)電機(jī)組各個(gè)部位溫度情況，關(guān)注發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與高速軸轉(zhuǎn)速是否存在跳變情況。

（3）發(fā)現(xiàn)問題，改正問題，若發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在缺陷應(yīng)及時(shí)提出技改方案，使風(fēng)電機(jī)組智能保護(hù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加完善。