風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)電場運(yùn)行過程中，常因發(fā)電機(jī)軸承溫度超溫而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。當(dāng)該故障發(fā)生時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)往往采取降功率運(yùn)行或者停機(jī)等措施進(jìn)行處置，這不僅降低了風(fēng)電機(jī)組風(fēng)能利用率，同時(shí)也增加了損失電量，導(dǎo)致風(fēng)場發(fā)電量效益下降。為切實(shí)減少或消除該故障現(xiàn)象發(fā)生，針對(duì)軸承超溫現(xiàn)象，從原理上對(duì)引起發(fā)電機(jī)軸承溫升的原因進(jìn)行深層分析，有效解決發(fā)電機(jī)軸承超溫問題。

　　2 軸承配置

　　2MW機(jī)組發(fā)電機(jī)配置2MW空水冷電機(jī)，型號(hào)為FDYS2.0-4KS。該型電機(jī)軸承結(jié)構(gòu)為三軸承結(jié)構(gòu)，即前軸承為一個(gè)圓柱滾子軸承和一個(gè)深溝球軸承，后軸承為一個(gè)圓柱滾子軸承。徑向載荷主要由圓柱滾子軸承承擔(dān)，軸向載荷由球軸承承擔(dān)，后軸承軸向浮動(dòng)。該電機(jī)兩端均采用絕緣端蓋加深溝球軸承支撐，分別裝配于機(jī)座兩端端蓋的軸承室內(nèi)。傳動(dòng)端為定位軸承，定位軸承的尺寸設(shè)計(jì)，能恰好吸收電機(jī)自身產(chǎn)生的徑向力和軸向力，設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮吸收任何外部導(dǎo)入的附加的軸向載荷。非傳動(dòng)端為游動(dòng)軸承，裝配預(yù)緊力彈簧。

　　前、后兩軸承內(nèi)蓋均裝配有潤滑脂，型號(hào)：KluberplexBEM 41-141；注油嘴用于加注油脂，前后端軸承蓋中都裝有甩油環(huán)，能將多余的油脂從軸承蓋中甩出，軸承蓋底部開有泄油口和集油器。

　　3 發(fā)電機(jī)冷卻和通風(fēng)

　　發(fā)電機(jī)采用空/空冷卻方式，電機(jī)內(nèi)部通過空冷器頂部風(fēng)機(jī)作用形成內(nèi)循環(huán)風(fēng)路，把熱量傳到電機(jī)背部散熱器內(nèi)。散熱器上的軸流風(fēng)機(jī)將設(shè)備周圍的空氣吸入使之通過散熱器管路形成外部風(fēng)路，把熱量帶走。

　　空冷器與滑環(huán)室及N端端蓋中的軸承冷卻器相聯(lián)，使部分冷卻風(fēng)通過空冷器管道進(jìn)入滑環(huán)室冷卻滑環(huán)，并經(jīng)過濾器將碳粉過濾后吹出。

　　通過發(fā)電機(jī)內(nèi)部的冷卻空氣與安裝位置無關(guān)，冷卻空氣必須嚴(yán)格限制腐蝕性氣體和水蒸汽的含量（最大相對(duì)濕度為80％，最大粉塵含量為1mg/m3，最大SO2含量為1.5mg/m3）。

　　4 發(fā)電機(jī)軸承超溫原因分析

　　針對(duì)發(fā)電機(jī)軸承超溫現(xiàn)象，主要有以下幾方面原因：

　?。?）潤滑不良

　　發(fā)電機(jī)軸承潤滑不良、缺油或多油以及可能存在的內(nèi)部油路遺留的廢油脂未及時(shí)清理，造成潤滑狀態(tài)不良引起的軸承溫度升高。

　　圖1：發(fā)電機(jī)BS端軸承滾柱內(nèi)廢脂較多

　　（2）異常振動(dòng)

　　發(fā)電機(jī)軸承若出現(xiàn)早中期磨損，軸承振動(dòng)相對(duì)增加，運(yùn)行過程中狀態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致軸承潤滑油膜破裂造成軸承溫度上升，但新油膜形成后溫度又回落達(dá)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

　?。?）電蝕

　　發(fā)電機(jī)軸承絕緣降低時(shí)，導(dǎo)致其在運(yùn)行過程中軸承滾道與滾子接觸面放電使油膜遭到破壞，形成火花放電，造成軸承內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體之間的直接接觸，使得接觸的表面出現(xiàn)局部熔融現(xiàn)象，對(duì)軸承的溝道造成損傷，引起軸承電腐蝕，從而引起軸承早期失效。軸承出現(xiàn)電蝕后，在運(yùn)行過程中，會(huì)造成潤滑油膜的損傷，從而在一定程度上造成相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦的加劇，產(chǎn)生較多的熱量，從而加劇軸承的運(yùn)行溫度。

　?。?）熱穩(wěn)定

　　發(fā)電機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其產(chǎn)生的損耗在電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一定熱量，通過冷卻系統(tǒng)進(jìn)行熱量交換，以達(dá)到穩(wěn)定的溫度熱平衡狀態(tài)。在此過程中，由于發(fā)電機(jī)繞組溫度直接影響內(nèi)部循環(huán)空氣溫度，而軸承運(yùn)行環(huán)境溫度及對(duì)流散熱主要受此溫度的影響，因此在穩(wěn)定狀態(tài)之前，軸承運(yùn)行溫度受此內(nèi)風(fēng)路運(yùn)行空氣溫度的影響。對(duì)于前軸承，其主要散熱途徑為軸承與外側(cè)空氣的傳導(dǎo)散熱和內(nèi)側(cè)空氣的對(duì)流換熱；對(duì)于后軸承，其主要散熱途徑為軸承與外側(cè)空氣（即滑環(huán)室內(nèi)空氣）和內(nèi)側(cè)空氣的對(duì)流換熱。發(fā)電機(jī)較長時(shí)間運(yùn)行在滿發(fā)容性工況時(shí)，在一定程度上會(huì)使得內(nèi)風(fēng)路循環(huán)溫度偏高，影響軸承的對(duì)流散熱，尤其是在夏季，機(jī)艙環(huán)境溫度相對(duì)較高，軸承座及外表面散熱相對(duì)緩慢，從而造成軸承溫度偏高，出現(xiàn)高溫夏季軸承報(bào)警情況。

　?。?）散熱不良

　　發(fā)電機(jī)外軸承蓋中的廢油脂堆積，造成軸承散熱不良。

　　（6）軸承磨損

　　軸承運(yùn)行情況與多種因素有關(guān)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速、載荷變化、潤滑情況等，軸承本身為旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)元件，運(yùn)行過程中，滾道和滾動(dòng)體運(yùn)行會(huì)存在一定程度磨損。為減小磨損，保證軸承壽命，軸承必須采用相應(yīng)的潤滑措施，避免滾動(dòng)體和滾道直接接觸，產(chǎn)生滑動(dòng)磨損。電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)下，油脂受轉(zhuǎn)軸重量長期擠壓，油膜變得很薄，甚至消失，電機(jī)在啟動(dòng)過程中，由于滾動(dòng)體和滾道相對(duì)運(yùn)行，滾動(dòng)體在旋轉(zhuǎn)過程，油膜逐漸形成到穩(wěn)定，在這個(gè)過程中，軸承會(huì)出現(xiàn)一些輕微的磨損，這種磨損是軸承運(yùn)行中允許的工況，也是軸承運(yùn)行存在壽命限制的原因。

 

　　圖2：發(fā)電機(jī)內(nèi)圈磨損痕跡

　　圖3：BS柱軸承滾柱輕微磨損

　?。?）軸承電腐蝕

　　軸承電腐蝕主要是由于軸電壓擊穿油膜，在滾動(dòng)體和滾道面形成微小的燒蝕痕跡，基于本電機(jī)軸承組結(jié)構(gòu)和軸電流產(chǎn)生的機(jī)理，分析原因如下：

　　軸電壓一般有兩種機(jī)理產(chǎn)生，一種是定轉(zhuǎn)子的同心度偏差造成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中與磁場感應(yīng)出軸電壓，該部分軸電壓可以通過增加軸承組絕緣來有效的避免軸電流的產(chǎn)生；另一種是由于轉(zhuǎn)子變流器的高頻諧波在定子轉(zhuǎn)子繞組與鐵心中形成電壓，該部分軸電壓頻率較高，增加軸絕緣不能有效削弱軸電流，現(xiàn)常用的辦法就是以等電位的方式抑制軸電流的大小；軸電壓本身對(duì)軸承沒有損害，但形成軸電流且通過軸承滾動(dòng)體和滾道面后會(huì)對(duì)軸承造成損傷，軸電壓本身只能削弱，不能完全消除，該電機(jī)主要采用增強(qiáng)絕緣和等電位的方法來抑制軸電流，從目前風(fēng)電行業(yè)采取的軸電流防護(hù)措施看，是一種完善的抑制軸電流的措施。

 

 

圖4：發(fā)電機(jī)BS柱軸承外圈滾道局部（約占整圓周1/3）電腐蝕
 

　　5 排查及治理方法

　　結(jié)合上述引起軸承運(yùn)行溫度偏高的影響因素分析，目前業(yè)內(nèi)判斷發(fā)電機(jī)軸承超溫故障依據(jù)主要有三點(diǎn)；一是CMS在線振動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)電機(jī)分析報(bào)告，二是查看發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)行溫度，三是聽軸承運(yùn)行聲音做輔助。特制定以下排查治理方法：

　　（1）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)潤滑系統(tǒng)維護(hù)

　　a）監(jiān)測發(fā)電機(jī)軸承運(yùn)行溫度，定期維護(hù)中，重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)軸承的潤滑情況，排查自動(dòng)潤滑系統(tǒng)的工作情況，注油泵是否工作正常，油路有無堵塞，前后出脂量是否正常；

　　b）針對(duì)短時(shí)加脂策略的影響因素，結(jié)合電機(jī)在風(fēng)場運(yùn)行的實(shí)際情況，選取幾臺(tái)夏季頻繁超溫機(jī)組，對(duì)發(fā)電機(jī)前、后端軸承進(jìn)行手動(dòng)加脂200ml，然后將自動(dòng)潤滑系統(tǒng)停止工作2個(gè)月，監(jiān)測軸承的運(yùn)行狀態(tài)。

　?。?）加強(qiáng)發(fā)電機(jī)軸承振動(dòng)監(jiān)測檢查

　　針對(duì)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的振動(dòng)情況，相關(guān)檢查項(xiàng)如下：

　　a）采用便攜式振動(dòng)測試儀，檢測發(fā)電機(jī)軸承空載額定運(yùn)行狀態(tài)下，驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承振動(dòng)速度，檢測位置為水平、豎直和軸向。

　　b）檢查廢油脂收集情況及廢油脂顏色狀態(tài),排查廢脂中金屬顆粒狀態(tài)，間接評(píng)定軸承有無磨損情況。

　　c）檢查在線振動(dòng)傳感器安裝有無松動(dòng)情況。CMS監(jiān)測可以預(yù)警電機(jī)軸承的運(yùn)行情況，并通過不同級(jí)別指導(dǎo)維護(hù)人員采取不同等級(jí)的措施，加強(qiáng)關(guān)注軸承的運(yùn)行溫度和軸承潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行情況，提高電機(jī)的運(yùn)行質(zhì)量。

　　d）空轉(zhuǎn)軸承聲音檢查：在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，分別在800rpm或接近額定轉(zhuǎn)速狀態(tài)下進(jìn)行軸承聲音評(píng)定，關(guān)注正常停機(jī)狀態(tài)下，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速降低軸承的聲音狀態(tài)。正常情況下，圓柱滾子軸承的聲音是一種規(guī)則或不規(guī)則的嘯叫聲，該聲音是由軸承內(nèi)部的無規(guī)律擾動(dòng)造成的，主要原因?yàn)閺较蜉S承在工作中存在非負(fù)荷區(qū)影響，在該區(qū)域滾動(dòng)體的非受控運(yùn)動(dòng)及滾動(dòng)體由非負(fù)荷區(qū)進(jìn)入負(fù)荷區(qū)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化導(dǎo)致的聲音，該種聲音屬正常運(yùn)行聲音。

　　e）建議后續(xù)評(píng)定軸承運(yùn)行聲音可采用聽診器進(jìn)行評(píng)定，其類別如下：

　　正常聲音：沒有忽高忽低的金屬連續(xù)性聲音；

　　滾柱落下的聲音：該聲音在低轉(zhuǎn)速或接近停機(jī)時(shí)，由于旋轉(zhuǎn)位于靠近頂部非負(fù)荷圈處的滾柱靠著自身重力比仍在旋轉(zhuǎn)的保持架早落下的緣故產(chǎn)生的，該“殼托”樣聲音對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)無影響。

　　“嘎吱嘎吱”聲：該聲音多是軸承內(nèi)部發(fā)出的聲音，與負(fù)荷無關(guān)，它是由于滾柱在非負(fù)荷圈內(nèi)不規(guī)則運(yùn)行所產(chǎn)生，并與軸承的潤滑狀態(tài)有關(guān)，長期不運(yùn)行的電機(jī)在重新開始運(yùn)轉(zhuǎn)的階段或冬季時(shí)較易出現(xiàn)，此聲音多在添加潤滑脂后就會(huì)消失。出現(xiàn)該聲音且未出現(xiàn)異常的振動(dòng)和溫度時(shí)，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

　　“哐當(dāng)哐當(dāng)”聲：該聲音多是軸承嚴(yán)重磨損或存在壓痕時(shí)出現(xiàn)的聲響，此時(shí)多伴隨著軸承振動(dòng)的異?，F(xiàn)象，建議更換軸承。

　　為避免軸承電蝕問題，發(fā)電機(jī)通過采用端蓋絕緣結(jié)構(gòu)，將軸承電流通路隔斷；采用雙端軸接地碳刷方式，將轉(zhuǎn)軸上的電流經(jīng)接地裝置進(jìn)行導(dǎo)流，避免對(duì)軸承影響。

　　a）軸承座絕緣檢測：采用搖表或絕緣表檢測軸承座絕緣性能。

　　b）軸電壓檢測：分別檢測AS/BS端軸對(duì)端蓋的電壓，測量時(shí)另一側(cè)接地碳刷保持接地狀態(tài)。

　　c）接地電流定量測量：電機(jī)在負(fù)載狀態(tài)下，采用電流鉗對(duì)接地碳刷與端蓋之間的鏈接線進(jìn)行電流測定。

　?。?）定期分析發(fā)電機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)定

　　針對(duì)出現(xiàn)超溫情況的典型機(jī)組發(fā)電機(jī)，對(duì)其超溫時(shí)間段負(fù)載滿發(fā)狀態(tài)的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，分析其在散熱途徑上的熱穩(wěn)定因素影響，其主要涉及到的數(shù)據(jù)有：風(fēng)速、轉(zhuǎn)速、有功功率、無功功率、繞組溫度、前軸承溫度、后軸承溫度、內(nèi)風(fēng)路進(jìn)風(fēng)、內(nèi)風(fēng)路出風(fēng)、機(jī)艙溫度、環(huán)境溫度、冷卻水溫、滑環(huán)室溫度，所有數(shù)據(jù)按照間隔2分鐘收集。

　?。?）關(guān)注軸承散熱

　　機(jī)組季度巡檢時(shí)排查發(fā)電機(jī)前、后軸承外軸承蓋內(nèi)的廢油脂堆積情況，若廢油脂堆積較多，清理后可解決軸承超溫問題。

　　6 結(jié)束語

　　發(fā)電機(jī)軸承溫度過高不僅會(huì)造成系統(tǒng)故障，還可能降低使用壽命，燒壞軸承。因此，做好日常維護(hù)工作十分必要。在上文中，對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)軸承超溫故障進(jìn)行分析并提出維護(hù)措施，在未來工作當(dāng)中，還需要進(jìn)一步加大該方面研究分析力度，不斷提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備可靠性。

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　　作者：國華（哈密）新能源有限公司 羅振斌 劉偉軍 李陽