風電機組軸承高溫故障的解決方案

顧少華

（國能思達科技有限公司）

0 引言

在科學技術水平迅速發展的大時代背景下，管理人員利用先進的計算機技術，合理運用相關數字化監測方法對風電機組內部的軸承運行情況進行全面監測，從多元角度對風電機組的環境氣象、并網情況及實際運行溫度等數據信息進行綜合采集和監測，通過反復實踐表明，如果不能對風電機組軸承進行妥善處理，在各種因素影響下，就會導致風電機組軸承出現不同故障，例如，軸承自身質量較差，安裝調試方法多存在諸多漏洞，如果受到外界自然環境及空氣污染，都會加速軸承零部件出現磨損，縮減風電機組的使用壽命。

1 風電機組結構及其軸承

首先，據有關資料顯示，國內的風電機組傳動系統的電動機、齒輪箱等重要零部件在長期使用過程中，可能出現磨損現象，各個構件發生的故障頻率相對較高，通過大量試驗探索下可以得知，軸承出現故障可能從一定程度上導致電動機和齒輪出現失效現象，如下圖所示［1］為風電機組主要零部件示意圖，主軸軸承、發電機軸承、齒輪箱軸承、變槳軸承及偏航軸承是整個傳動鏈軸承的重要組成部分。

圖 雙饋式風電機組示意圖

其次，針對主軸軸承架構，通常情況下，葉輪主軸承受的負荷壓力相對較大且軸體相對較長。如果不能對其進行妥善處理，就可能產生變形的不良效果，因此，在現實生活中，許多葉輪主軸大多數是由2～3套調心滾子軸承等零部件構成的，設計人員應結合實際的情況對軸承等重要零部件進行合理規劃，繼而全面提升主軸的調心功能。

最后，針對齒輪箱軸承，因為齒輪箱內部的行星架的存在，可能會從一定程度上導致軸承的數量和種類逐漸增多，一般包含圓柱滾子軸承、雙列調心滾子軸承及深溝球軸承。例如，由于主軸的支承效果存在一定的差異性，就會導致齒輪箱的受力情況有著很大不同。如果操作人員通過雙軸承的支撐方式對主軸進行管理，從理論上來說，齒輪箱會受到扭矩的作用，內部的行星架支承軸承應妥善使用2套圓柱滾子軸承或者2套圓錐子滾子軸承。

2 風電機組軸承高溫故障

以河北省某公司的風電機組為主要研究對象，2020年，進一步了解后發現，該公司內部的風電機組投產運行時間相對較長，當前機組內部發電機和主軸內部架構的軸承在高溫狀態下發生的故障次數相對較多，首先，檢修人員通過實地考察方式對河北省唐山市某個風電場進行實地考察，經過各部門周密分析，對4臺某1.5MW機組內部的軸承重要零部件進行潤滑處理，促使油脂更換工作順利進行；其次，操作人員應本著認真嚴謹的工作態度，統一將換脂工作劃分為兩個平行對比組，與此同時，操作人員應采用適當方式將兩個不同機組的軸承重要部位加入適量原裝油脂和K油脂，有效促使廢舊油脂能夠在短時間內排出；最后，本次研究的1.5MW風機原裝軸承主軸承可以使用F油脂、發電機內部應用舊款K油脂即可，對于偏航系統應適量加入E油脂，與此同時，在14＃和33＃兩臺對比組的風電機組，應在軸承等需要潤滑的部位適當應用原油脂即可［2］，在試驗組風機管理中，應將全新的新型K油脂妥善用于16＃和29＃的風電機組軸承重要零部件進行潤滑處理。

如下表所示，機組管理人員經過大量模擬試驗全面獲取主軸和發電機重要部位的溫度控制分析數據，整個對比試驗的具體情況如下表所示。4臺機組2020～2021年11月和12月的SCADA數據［3］。

表 各個機組發電機轉速≥1800r／min的10min平均數據

通過上表的數據信息可以得知以下幾個方面：首先，機艙內部的溫度數據信息不會發生較大變化，例如，通過與2021年11月和12月的數據環比后發現，前后兩年12月份的數據同比后可以看出，整個機艙的溫度數據沒有發生太大變化，由此可以推斷，同臺風機的溫度數據監控信息和主軸數據具備一定的參考效果；其次，2020年12月的監控數據與后兩個月相比，整體數值相對較低，例如，2020年12月份的風速相對較小，整個風電機組的出力效果較差，致使2020年12月的數據明顯小于后兩個月份，因此可以斷定，14＃、29＃和33＃這三臺風電機組的主軸和發電機軸承內部零件的平均溫度應明顯低于后兩個月的平均溫度，然而，16＃則與前3組風電機組有所不同，從橫向對比或者縱向對比兩方面均可看出，在2020年12月份16＃主風機內部發電機軸承溫度和主軸零部件的溫度都相對較高，這就表明該風機在出力不多情況下，整個發電機軸承和主軸零部件的溫度都相對較高［4］。

3 故障情況

3.1 主軸

（1）環比

通過大量模擬試驗表明，4組風電機組整體上前后兩月的出力次數大致相同，機艙溫度的固定基本維持在5℃左右，由于在實際的風電機組應用管理中，操作人員的使用方法有所不同，應用各類新型油脂，主軸承的溫控數據總體上環比呈下降趨勢，首先，在試驗組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在2.6℃和-2.2℃，平均降溫值為0.3℃，針對后軸承而言，降溫基本在7.9℃和8.8℃左右，平均降溫值為8.4℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-4.3℃和4.8℃，平均降溫值為0.26℃，針對后軸承而言，降溫基本在11.7℃和-1.2℃左右，平均降溫值為5.30℃；最后，通過主軸溫控數據環比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F油脂和克魯勃141進行比較后，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

（2）同比

相關資料顯示，綜合來看，前后兩年12月的機艙溫度基本不會發生較大變化，2021年12月能夠滿足條件的出力次數應明顯大于2020年12月，在4類發電機組加入全新油脂后，主軸承的溫控數據都呈現升高趨勢。首先，在試驗組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在10.7℃和-13.2℃，平均降溫值為-1.16℃，針對后軸承而言，降溫基本在8.9℃和-7.3℃左右，平均降溫值為0.86℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-17.8℃和1.2℃，平均降溫值為-8.5℃，針對后軸承而言，降溫基本在-11.7℃和-4.2℃左右，平均降溫值為-8.2℃［5］；最后，通過主軸溫控數據環比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F油脂和克魯勃141進行比較后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為7.26℃和8.96℃，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

3.2 發電機

（1）環比

通過大量模擬試驗表明，4組風電機組整體上前后兩月的出力次數大致相同，機艙溫度基本維持在5℃左右，由于在實際的風電機組應用管理中，操作人員的使用方法有所不同，應用各類新型油脂，主軸承的溫控數據總體上環比呈下降趨勢，首先，在試驗組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在16.1℃和-0.2℃，平均降溫值為7.86℃，針對后軸承而言，降溫基本在16.1℃和-0.5℃左右，平均降溫值為7.9℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在1.9℃和1.5℃，平均降溫值為1.7℃，針對后軸承而言，降溫基本在1.9℃和1.6℃左右，平均降溫值為1.66℃；最后，通過主軸溫控數據環比可以得知，在全面更換全新油脂期間，F油脂和克魯勃141進行比較后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為6.26℃和6.16℃，能全面提升主軸前軸承的潤滑效果。

（2）同比

總體來說，前后兩年的12月機艙溫度大體相同，且2021年12月滿足條件的次數遠遠大于2020年12月，將4類風電機組更換全新油脂后，發電機溫控數據呈現同比升高趨勢。首先，在試驗組主軸承分析期間，前軸承的下降溫度基本在-0.9℃和-17.3℃，平均降溫值為-9.36℃，針對后軸承而言，降溫基本在-1.6℃和-18.3℃左右，平均降溫值為-9.86℃；其次，在對比組主軸管理中，前軸承的下降溫度基本在-22.9℃和-19.8℃，平均降溫值為-21.7℃，針對后軸承而言，降溫基本在1.9℃和1.6℃左右，平均降溫值為1.66℃；最后，通過主軸溫控數據環比可以得知，新舊K油脂對比后，兩組前后軸承的平均降溫差值分別為12.06℃和11.86℃，能全面改善主軸前軸承的潤滑效果。

4 結論

首先，將1.5MW機組內部進行加裝試驗過程中加入全新舊款F油脂和K油脂后，通過主軸溫控數據和發電機溫控數據對比后發現，新款K的潤滑效果遠勝舊款K油脂。

其次，機組內部軸承內部運行溫度每降低6℃后，機組使用時間能夠延長1倍以上，使用全新的且性能較佳的油脂，能夠改善軸承的潤滑效果，并進一步降低風電機組軸承的運行溫度，值得相關企業普遍推廣并使用［6］。

5 結束語

總而言之，風電機組軸承高溫故障的產生會受到外界各種環境因素的影響，國內外機組管理人員應加強技術交流和協作，利用先進的軸承故障處理方法解決現實風電機組運行的各類問題，并積極采購適宜型號的油脂產品，進而能夠延長相關設備的使用周期，在機組維修費用減少的情況下，促使風電機組發電量損失情況明顯減少。