某风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机轴承故障分析*

辛 昆，马 铁，于 颖，任剑锋

(1．深能北方能源控股有限公司，内蒙古通辽 028000;2．空军航空大学，吉林长春 130000)

0 引言

某风电场安装33台1．5 MW双馈异步低温型风电机组，总装机容量49．5 MW。发电机采用东风电机厂生产的四极双馈异步发电机，型号为FG500M46-4RB+KK(D)，额定功率为1 560 kW，转速范围为1 000～1 800 r/min，额定电压为690 V，保护等级为IP54。

2012年12月，该风电场SCADA监控系统报23号机组故障停机，机组无法复位启动，监控系统显示发电机报轴承1温度高，该台机组生产日期为2009年9月，投运日期为2010年12月，运行时间两年。

风电场及时联系机组厂家及发电机生产厂家展开故障电机现场检查。经检查发现，发电机传动端轴承温升过高，就地手动复位启机后发电机传动端轴承存在明显异响，检查组决定拆除传动端轴承进行细致检查。检查组更换故障电机传动端圆柱滚子轴承、深沟球轴承、轴承内端盖及甩油环后恢复该机组运行。一周后，该机组再次报发电机轴承1温度高并运行中伴有明显异响，导致发电机整体更换。

1 故障电机检查情况

2012年12月，发电机检修情况如下:

①润滑系统(含电源、润滑油泵、润滑管路)正常;②拆卸该发电机传动端轴承外端盖，发现排出的废油脂为黑色;③传动端轴承上油脂发黑，轴承内端盖被高温灼伤变色;圆柱滚子轴承内圈与发电机转子主轴抱死，不能正常拆卸，油脂注入口因高温原因油脂缺少;④拆除传动端圆柱滚子轴承内圈，发现主轴轻微磨损，轴承保持架部分断裂，滚动体磨损，油脂硬化;⑤传动端轴承内盖与主轴抱死，强行拆除此轴承内盖。

2 故障电机轴承故障分析

2．1 第二次故障原因分析

依据故障电机拆解现场情况分析，发电机传动端轴承与电机主轴抱死，必须强行拆除传动端轴承内盖和轴承，传动端主轴轴承挡已出现轻微磨损，为不影响机组正常发电，检查组及时对故障电机更换了传动端滚子轴承、深沟球轴承及轴承内端盖。

该电机运行几天后，因轴承内圈与主轴过盈量偏小，出现相对位移，主轴轴承挡被进一步磨损［1］，传动端轴承报温度高报警，振动加剧，导致传动端轴承再次抱死，无法正常运转导致机组停机。因此，造成发电机必须从机舱拆除整体更换。

初步分析，第二次轴承温升高伴有异响是由第一次更换轴承时主轴轻微磨损引起。下面对发电机轴承初次失效原因进行进一步分析。

2．2 第一次故障原因分析

发电机轴承采用德国FAG原装进口轴承，故障发生后先后两次将损坏轴承送检，检验结果均满足标准件要求，即分析故障原因为非轴承本身质量因素所致。

经研究分析认为，23号机组发电机传动端轴承损坏由两个阶段构成，分别为轴承损坏失效的初期阶段和轴承烧伤卡死致电机主轴受损的后期阶段。

轴承损坏失效的初期阶段分析如下:

(1)油脂及润滑:油脂混入杂质特别是金属粉末、氧化物及其它硬质颗粒时，可能造成轴承磨损［2］。

(2)运行环境影响:风电机组运行过程中，发电机轴承频繁启动，温度变化幅度大(特别在冬季)，工况复杂，偏载过大或长期偏载运行等影响了轴承使用寿命;齿轮箱高速轴与发电机轴对中偏差过大、发电机前后端轴承同心度超差［3］、机组振动过大等都可能诱发轴承故障。

(3)运输或装配时冲击:风电机组机舱运抵风电场前需要长途颠簸，或装卸吊装中冲击使发电机轴承已轻微损坏，产生塑形压痕，在运行中损坏加剧，使轴承寿命缩短，直至轴承产生烧伤、卡死甚至严重损坏变形。

轴承烧伤卡死致发电机主轴损坏阶段分析:

发电机轴承在出现故障或者失效以后，发电机高速运转下，各零部件间相互磨损温度急剧升高，直到润滑失效，金属表面层组织改变［4］。在此情况下如发电机继续运行，就会导致温度进一步升高、轴承损坏卡死。

发电机轴承损坏，无法正常灵活运转，致使主轴与轴承内圈相互磨损，产生相对位移，主轴表面被磨损剥落，轴承温度急剧升高，振动加剧。

此阶段轴承温度将非常高，导致监控系统报警，振动加剧，伴随巨大的轴承异响声音。

3 后期维护建议

(1)由风电机组厂家联合发电机制造厂定期对风电场发电机巡检，排除轴承异响、温度非正常升高等故障，及时准确处理潜在故障发电机。

(2)风电场运维人员加强对运行中的发电机运行状态监测，尽量在发电机轴承故障早期发现并解决问题，以免造成发电机轴承损坏甚至整体更换发电机的严重后果。

(3)加强机舱长途运输中的发电机轴承的保护措施。

(4)发电机装配中严格控制各部件间的装配质量。

(5)风机维护过程中加强维护用油脂管理，避免油脂收到污染。

(6)严格执行风电机组轴对中要求，定期对齿轮箱高速轴与发电机轴间对中情况进行调整，对注油系统使用情况定期检查以保证润滑良好，并对废油排出情况进行检查。

4 风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机轴承维修技术关键

(1)风电机组发电机故障性处理 如果想要对风力出电发电机组进行处理，就要在发电机以及发电机轴承的基础上，构建一个能够切实反映二者随性特性的数学模型，进而对风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机轴承维修提供相应的理论性依据。

(2)风电机组发电机故障检测系统 在风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机发生故障的时候，要采取正确的检测方式对其进行检测，应用先进的检测技术或者检测设备，对整个风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机展开系统的检查，并且在检查时作出记录，为后期的维修提供相关的依据。

(3)风电机组发电机故障维修系统 风电机组发电机故障的维护系统不光包括相应的维修设备，还包括相关的技术维修人员，在整个维修系统当中，不仅需要维修人员具有相当的维修技术，还需要其能具备严谨的态度，能够正确的对待风电机组发电机故障维修任务，保证维修的仔细与可靠，进而能够提高风电机组发电机的维修质量。

在电力企业的运营和日常生产过程中，在电力系统经济调度占据着相当重要的地位，为了保证电力系统经济调度的合理运作，就必须采取相应的措施对其进行管制，而电力系统经济调度研究就成为了维持电力行业规范正常运作的首要前提，以及使得电力系统经济调度效率有效提高的重要途径。随着各种影响条件下问题的不断呈现，对于电力工作的正常开展也带来了性的挑战和要求，然而，风电机组出现故障更是常见的影响条件之一，因此，对风电场兆瓦级双馈异步风电机组发电机轴承故障分析就更加具有实际的意义。

［1］ 单宝峰，王海强，李景春．高速旋转主轴轴承配合过盈量的影响因素分析［J］．机械制造，2010(12):36．

［2］ 彭朝林．汽车轮毂轴承脂润滑理论与润滑失效机理研究［D］．广州:华南理工大学，2013．

［3］ 徐颖剑．风电机组发电机故障分析诊断［D］．北京:华北电力大学，2013．

［4］ 丁有永．乏/无油润滑航空齿轮传动的磨损及温度场分析［D］．南京:南京航空航天大学，2013．