風電機組主齒輪箱卡死故障分析及更換方法

劉海斌

（華能酒泉風電有限責任公司，甘肅酒泉 736100）

1 風電機組主齒輪箱的結構和作用

風機增速齒輪箱的第一級為行星架輸入，內齒圈固定，太陽輪浮動。采用太陽輪浮動，是因為太陽輪質量輕，慣性小，浮動靈敏，結構簡單，容易制造。此級的行星架與輸入軸設計為一體，太陽輪輸出端用鼓形齒與第二級安裝有齒輪的主動軸內花鍵聯結。第二級的主動齒輪用過盈配合聯接在傳動軸上與被動齒輪軸嚙合；安裝在第二級被動齒輪軸上的第三級傳動的主動大齒輪與輸出軸設計為一體的小齒輪嚙合，將扭矩傳出。

某型雙饋發電機組通過齒輪箱1:104 的增速作用，達到風力發電機發電所要求的轉速。

2 運行情況

齒輪箱由于設計不足、運行環境惡劣、運行振動、工作在極高應力下等原因，造成齒輪箱故障卡死。發生故障后先進行數據分析。

（1）齒輪箱、發電機轉速變化對比，通過機組后臺1000 ms故障快照以及狀態碼可以看出，齒輪箱、發電機轉速從1481 r/min起開始快速下降，經過4 s 后齒輪箱、發電機轉速不一致，發電機轉速334 r/min、齒輪箱轉速85 r/min（圖1）。

圖1 故障快照（齒輪箱與發電機轉速對比）

（2）停機時的葉片角度變化，通過1000 ms 故障快照數據分析故障時刻后機組執行緊急收槳，以9°/s 左右的速度將槳葉收回至限位開關位置。

（3）主軸轉速變化，查看后臺1000 ms 故障快照（圖2）以及狀態碼可以看出，故障前齒輪箱轉速與發電機轉速為1481 r/min 與1480 r/min，主軸轉速14.18 r/min；故障時刻后7 s 時機組齒輪箱轉速降為0 r/min，故障時刻后4 s 時發電機轉速與齒輪箱轉速出現較大偏差，判斷此刻發電機聯軸器已發生損壞，主軸轉速在故障時刻3 s 后，數據一直未發生變化，初步判斷此刻主軸轉速數據記錄異常。

圖2 故障快照（齒輪箱高速軸、低速軸、發電機轉速記錄）

（4）變頻器故障排查。查看變頻器故障記錄，4：55，由于發電機轉速突然減低至并網轉速以下，變頻器內部檢測出發電機運行欠速，主控報出變頻器自動運行未準備好故障，變頻器脫網，而主軸轉速在并網轉速之上，主控仍認為風機在并網狀態，因此風機首先報出變頻器故障。

（5）確認齒輪箱低速端故障。

3 更換方案

3.1 4 種拆除方案

齒輪箱低速端故障后，因安裝在數十米的高空，無法就地維修，需拆卸吊裝返廠維修，若卡死后，拆除存在風險，以下探討4種拆除方案。

方案1：在葉片支點位置拴風繩，再將吊帶拴至葉片根部，用吊車提慢慢加噸位，看能不能盤動車。如果仍然不動，繼續下一方案。

方案2：將風機鎖緊盤螺絲慢慢松開，再用吊車提到葉輪吊裝位置，再轉的過程中將輪轂在吊裝位置所打不上的主軸螺絲卸掉，到吊裝位置掛上吊帶，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。

方案3：將風機鎖緊盤螺絲慢慢松開，將火焰置于鎖緊套外緣平面上，火焰距離鎖緊套5 cm，不斷上下游動火焰，使鎖緊套外緣平面均勻受熱。再用100 t 千斤頂在風機葉輪鎖銷法蘭處頂，吊車在葉片根部慢慢增加噸位，風繩在葉片上用力拉，使葉輪轉動到吊裝位置，再頂的過程中將輪轂在吊裝位置所打不上的主軸螺絲卸掉，到吊裝位置掛上吊帶，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。如果轉不到吊裝位置，使葉輪轉至Y 字形，用吊帶大兜葉片根部，吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。

方案4：如果以上方案都不行，開始使用掛倒鏈的方法，在向上的兩片葉片上，低的一片葉片掛12 m、50 t 吊帶直接掛到吊鉤上，高的一片葉片掛7 m、40 t 吊帶，吊帶與吊鉤之間用20 t倒鏈連接。吊車提到輪轂的噸位，開始拆剩余的輪轂螺絲以及所要切割的螺絲。輪轂出來以后用倒鏈調節至輪轂成Y 字形以后開始往下吊。

（1）掛好葉輪葉攬風繩。

（2）拆卸主軸法蘭螺栓至剩余法蘭正上方螺栓。

（3）安裝葉輪吊具。

（4）主吊適當提到一定重量開始拆除主軸螺栓，在葉輪拆卸到最后幾顆螺絲時使用3 t 倒鏈對葉輪進行保護，保證倒鏈吃有一定的力度，邊拆螺栓邊緩慢松倒鏈，保證葉輪平穩脫離主軸法蘭，防止最后葉輪突然滑出。

（5）主吊將葉輪放置一定高度后將輔助吊索具掛到垂直葉片的指定吊點位置，（并且用護板在葉片上面指定吊點出保護防止葉片上下吃力不均勻）用70 t 汽車吊配合主吊機將葉輪翻身水平放置在指定位置。

3.2 拆卸聯軸器

（1）聯軸器拆卸。

（2）確保系統已經處于安全狀態，風輪鎖已經鎖定。清潔聯軸器表面及聯軸器與發電機側、齒輪箱側各連接位置處。

（3）用扳手將聯軸器與制動盤之間的鎖緊螺母和聯接螺栓拆下。

（4）用扳手將聯軸器與發電機側脹緊套之間的連接螺栓松開。

3.3 拆除機艙罩

主吊機進場就位，出桿長度超過葉片10 m，例如4 根3 m吊帶將上部機艙罩掛牢，在安裝的2 個吊環上各系1 根風繩，緩緩起吊機艙罩，直至機艙罩吊起然后放在地面。

3.4 拆除齒輪箱

齒輪箱前面使用2 根35 t 吊帶，后面使用5 t 吊鏈及8 t、2 m 和旋轉吊耳連接，檢查齒輪箱油管是否有連接，然后吊車緩緩升起，保證齒輪箱到可拆卸空間，然后放到地面，齒輪箱拆卸完；安裝新齒輪箱及吊裝機艙罩與拆卸的過程相反，先吊裝齒輪箱并緊固各部位螺栓，然后吊裝安裝機艙罩，并且安裝輪轂。

4 施工安全技術措施

（1）風輪吊裝作業要求風速不大于8 m/s；雷暴、陰雨天氣及夜間均應避免吊裝作業，作業過程中如遇氣候條件變化不符合吊裝作業安全要求時，應立即停止作業。

（2）吊裝前應對主副吊車的載荷參數、吊車工況、檢測報告及吊裝作業人員的資質等進行審核確認，確保吊裝設備工況符合要求，起重作業人員須持證上崗。

（3）吊裝前，工作負責人組織作業人員進行現場安全交底，明確各自分工及吊裝作業具體安全注意事項。

（4）吊裝作業前，以機位為中心方圓100 m 范圍實行安全警戒，禁止無關人員進入警戒區域。

（5）起吊前，吊裝負責人（地面指揮）應對所有吊索具進行檢查，并確認吊車工況良好，吊車操作柄狀態良好。

（6）吊裝時應將風輪偏航至35 kV 輸電線路的背面，遠離高壓線路。

（7）出艙作業人員必須穿全身式風電專用安全帶，并先將安全帶雙鉤掛靠在機頂部專用掛靠點，確保100%的防墜落保護。

（8）吊裝現場必須設有資質的專人指揮，機艙內由有資質的起重人員與地面指揮保持聯絡，吊裝作業過程中確保地面指揮、機艙內起重人員和吊車操作司機三者溝通順暢（使用對講機）。

（9）指定專人負責地面纜風繩控制指揮，確保各纜風繩控制組步調一致。

（10）吊裝作業過程中，任何人不得在吊物下穿行或停留，所有人員應遠離吊裝危險區域，防止吊物墜落傷人。

（11）風輪需要過夜或者長時間放置時，必須將槳葉轉至水平狀態，并作固定，防止風輪受風力發生旋轉受損。

（12）作業中，人員應避免將身體部位置于相對運動的兩部件之間，尤其是風輪拆裝過程中的風輪與機艙間、葉片與輪轂間，防止人員壓傷、擠傷事故的發生。

（13）現場存放葉輪時，應當對葉輪進行地錨固定，防止葉片轉動損壞設備。利用視頻監控實時查看葉輪位置，大風天氣加強現場巡視，確保葉輪固定牢靠。

（14）齒輪箱、主軸返廠維修期間做好機艙電氣設備防雨，防止雨水進入電纜等電氣設備，影響設備電氣性能。機艙大件物品應綁扎牢靠，小件物品應集中收置轉移至偏航平臺妥善存放，防止高空落物。

（15）齒輪箱、主軸拆除線路電源開關確已關閉，接線端裸露部分使用絕緣膠帶包扎處理。

齒輪箱是風電機組的重要組成部分，隨著風電機組運行時間增加，齒輪箱故障會越來越多，對于卡死齒輪箱故障的研究，能夠提高檢修人員的安全性，對提升員工技能水平具有非常重要的作用。