偏航滑移及偏航齿轮箱等部件损坏问题典型故障分析
 偏航滑移及偏航齿轮箱等部件损坏问题典型故障分析
摘要：针对近年来，安装在山地区域的水平轴、被动型、电动驱动为动力的偏航方式的机组。在高湍流的山区经常发生机组偏航滑移、偏航电机损坏、偏航抱闸磨损异常及烧毁、偏航整流器损坏、偏航减速箱打齿、偏航制动盘损坏等偏航硬件损坏。本文从机组地理位置及工况条件、故障现象、部件设计缺陷、机组部件损坏情况来系统的推导和演绎故障的形成根应。以期为风力发电机组偏航系统相关故障给出分析并为同类型问题提供相应的技术参考，以确保机组安全稳定运行。
关键词：偏航系统、湍流、故障分析
一、基本信息
2020-12-24 10:28，现场平均风速达10m/s，部分机组风速高达20m/s，scada后台监控多台机组报出偏航类相关故障，42号机组报偏航滑移告警且伴随报出机舱Z方向瞬时加速度越2级门限频出，且后台查看机组频繁对风，短暂并网发电后，继续对风。对42#风机对现场数据进行分析，可以看出42#风机从19年11月开始发生滑移20次，而偏航滑移和地形强相关，因地形导
致湍流变大，会使偏航载荷在瞬间过大，超过设计的刹车载荷力矩，使偏航电机抱闸的摩擦片损坏。对后台风向、风速变化情况等变量进行查看分析：结论：根据上述基本运行情况分析，说明该台机组故障时间段存在较大湍流，机组在寻最佳风向位置过程中故障报出。
二、现场实际检查情况
1.现场对偏航控制系统包括偏航空开、偏航接触器、偏航热继电器（整定值的设定）及PLC（控制逻辑）器件接线检查均无异常。根据机舱内的胶皮糊味初步判定偏航电机抱闸存在异常，断电后对偏航电机风扇拨动发现风扇可以自由转动，对抱闸间隙测量2台电机抱闸间隙均在0.8-1.2mm之间，初步判断偏航抱闸存在问题。手动测试发现1号、4号减速箱异响，偏航卡钳与大盘摩擦声异常尖锐。在对异常卡钳拆检后发现，卡钳内铜杯不同程度受损且磨损严重，摩擦片均脱落损坏，偏航大盘有摩擦硬接触痕迹及分布不均的划痕。对偏航电机整流器进行检查，四台偏航电机镇流器均正常
三、故障原因分析
1.直接原因
（1）该台机组2台偏航电机抱闸间隙为0.8-1.2mm均已大于标准值0.3-0.5mm二倍以上，无法进行有效制动，其他二台电机推动偏航继续对风，导致齿轮箱内部输出轴卡簧脱落导致偏航齿轮箱内部不同程度的齿轮断齿，由于上述问题导致机组在大风的冲击下发生机舱摆动即机舱“滑移”。
2.间接原因
（1）查看该台机组历史运行维护情况，由于受疫情影响机组全年维护推迟，比计划时间晚2个月左右，机组长时间在大风工况天气下运行，机组未的到及时维护和相应的保养；
（2）查看偏航卡钳和偏航大盘情况，卡钳内超过百分之三十的铜杯上的摩擦片均已失效，摩擦接触由原有的摩擦片与大盘摩擦变成铜套与大盘之前的铜钢硬摩擦；
  （3）偏航电机抱闸间隙较大，未及时对偏航抱闸间隙调整，摩擦片的耐磨性较差，部分偏航电机抱闸摩擦片磨损严重后未及时更换，导致制动力矩不足以达到制动要求。如果电机抱闸的间隙过大，会造成抱闸的衔铁无法正常吸合，一旦吸不上去，则摩擦片会被迅速磨损，进而失去制动力矩；
  （4）受山地湍流等频繁风向突变情况的恶劣自然工况，导致机组偏航系统经常处于工作状态，且如偏航方向与突变风向相迎受风轮左右两边的风速不一致的影响，产生风轮不平衡载荷，当不平衡载荷超过制动载荷时，将加速部件的受损程度且导致该台机组的偏航故障率高于其他正常机组；
  （5）在日常维护检修时，偏航电机抱闸表面间隙调整后仍旧不均匀，该类问题存在二种可能，长时间运行维护后，摩擦片本身磨损导致表面厚度不平，多角度调整间隙后，仍旧不能满足各方位符合标准值0.3-0.5mm的要求。维护时未按要求多方位调节抱闸间隙，单纯一个角度调整，导致摩擦片异常磨损；
3.根本原因—偏航滑移引起输入部件过速
当偏航制动动力矩降低后，偏航滑移时偏航转速会越高，偏航齿轮箱本身就是高速比（1338.5），因此偏航齿轮箱的输入轴转速也越高，直至超过轴用卡簧的松脱转速后，发生变形脱落，引发别的部装失效。
    根据以往现场案例判断，滑移时，偏航高速端往往会超过6000rpm，但是卡簧松脱转速约
5740rpm（DIN471）。从失效的照片和实物看来，首发故障为输入部装轴承卡簧变形进而脱落，然后进入行星轮系的啮合区域，造成一二级的行星轮、齿圈等发生卡塞、严重磨损、断齿等。
四、经验总结和处理建议
解决方案：
1.耐磨性摩擦片
  外来的湍流和过大风载作为输入载荷，往往导致摩擦片加剧磨损，进而降低了制动力矩，因此会后续更容易发生偏航滑移。因此如果能提高电机摩擦片的耐磨性，使得在大湍流时不至于将摩擦片磨坏，保证后续制动力矩稳定，则能够一定程度上降低偏航滑移的次数，也因此能够降低偏航驱动卡簧脱落的风险。
2.现场维护
如果电机抱闸的间隙过大，会造成抱闸的衔铁无法正常吸合，一旦吸不上去，则摩擦片会被
迅速磨损，进而失去制动力矩；因此现场维护一定要严格按照要求，调节抱闸间隙，保证在0.3～0.5mm之间。
3.预警性停机
山西省邮编    当发现机组在大风时频繁偏航、风向变化较大、且偏航角度在未发生偏航的状态下，角度频繁跳动，建议先将机组停机并将机组控制设置维护模式，保证机组不发生偏航，检修人员进行登塔检查。
4.对机组偏航系统增加扇区管理优化控制
该方法包括：对风力发电机组偏航扫过的所有空间划分扇区；根据所进入的扇区，切换至相应的运行和控制算法，并将结果输出控制信号进行控制。本方案可以提高地形条件复杂的风场内运行条件，降低运行载荷，能在湍流区有效的保障机组稳定运行。
5.对湍流区较强区域加装测风雷达
  对湍流较强区域，增设测风雷达来获取风向和风速精准数据，给偏航策略优化提供数据支撑，对于受湍流影响较强的部分机位进行加装，保证机组偏航调整更准确。
参考文献
[1]叶升鹏风力发电机偏航减速小齿断裂失效分析姓名：常超（1990.07）；
性别：男；籍贯：山西省朔州人；民族：汉族；
学历：本科，毕业于太原科技大学；
现有职称：中级工程师；研究方向：电气工程；
单位及邮编：中广核盂县风力发电有限公司045100；单位所在地：山西省阳泉市
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第二作者：韦小强 中广核盂县风力发电有限公司045100
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