降低风力发电机偏航减速箱断齿故障率初探
高杨
【摘 要】随着社会的进步与经济的增长，传统的火力发电虽然能够为社会提供充足的电力能源，并满足当前电力能源的需求，但会对环境造成严重的破坏，所以近年来电力行业逐渐重视风力发电。基于此，论文以风力发电机偏航减速箱断齿故障为主要研究内容，通过对风力发电机偏航的简单介绍，进而对偏航减速箱断齿故障以及三相异步电动机负载-电流特性与降低断齿故障率的对策展开了深入探讨。
【Abstract】Along with the social progress and economic growth， although traditional coal-fired power can provide sufficient electric energy for the society， and meet the needs of the current electric energy， but it would cause serious damage to the environment. So， in recent years， the power industry has gradually attached importance to wind power generation. Based on this， taking the gear failure of yaw reduction box of wind turbine as the main research contents， through the brief introduction of the yaw of the wind turbine， the paper further discusses the gear failure of yaw reduction box， three-phase asynchronous motor load - current characteristic， and the countermeasures to reduce the gear failure rate.
【关键词】风力发电机；偏航减速箱；断齿故障
【Keywords】 wind turbine； yaw reduction box； gear fault
【中图分类号】TM315 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0176-02
1 引言
近年来，在人们生活质量快速提升的基础上，社会各界对电力事业提出了更高的要求。这种背景下，我国电力事业逐渐加强了对可再生资源的应用力度，风能作为自然界中广泛存在的一种可再生资源，也被广泛地进行了应用。随着风电发电规模的不断扩大，风电发电机故障发生的频率逐渐增高，从而影响了整个电力系统的稳定性，无法为社会提供良好的供电服务。因此，对降低风力发电机偏航减速箱断齿故障率进行研究具有重要意义，为我國风力发电事业的进一步发展打下良好基础。
2 风力发电机偏航概述
偏航系统作为风力发电机的重要组成部分，对整个风力发电机的正常运行提供重要帮助。所谓的偏航系统，又可以称为对风设备，能够在风电机内风速矢量改变时，第一时间寻找出最准确的风向，使风轮获得最大的风能，从而推动整个风电机的运行。同时，通过偏航系统，还可以为风机提供良好的锁紧力矩，提升整个风机的安全性。整个风电机偏航系统如图1所示。风电机内部风向出现变化时，会自动生成相应的偏航指令，并将其传递给风机，使得偏航系统开启。之后，在偏航减速器的作用下，将力矩传递到塔筒偏航齿圈上，使偏航风机产生运动，并以塔筒为中心旋转。与此同时，为了降低偏航对整个风机带来的冲击，偏航制动器与偏航制动盘结合到一起，并在前者的带动下，使阻尼出现了转动[1]。
3 偏航减速箱断齿故障分析
某风电场运行的过程中，风力发电机组频繁产生了减速箱断齿故障。进而对其展开了深入的分析，经过分析之后发现，该故障可能由以下几个原因引发。
3.1 偏航制动器液压问题
偏航制动器作为整个偏航系统内的重要组成部分，在其运行的过程中，需要通过液压的方式，为其提供充足的动力。若对制动器进行配置时，没有根据风机的实际情况来设定，导致液压站压力过高，不符合风机的实际使用要求，将会对制动器产生非常大的动力，使得实际动力超出制动器正常运行动力的上限，从而提升了对制动器的损坏程度。长此以往，在压力的作用下，使得减速器出现断齿的故障。另外，若液压油使用的时间过长，使其发生了变质，并提升了粘度，导致其性能受到了一定干扰，无法起到正常的抗磨、防腐等作用，致使偏航减速器齿轮出现过负载，进而引发断齿故障。
3.2 偏航制动盘存在杂质
在风力的作用下，自然环境中的杂质会不断地进入到风力发电机内，并附着到偏航制动盘的表面。若电厂工作人员没有对这一现象产生重视，未及时对杂质进行清理，在偏航系统运行时，会随着偏航制动盘进入到制动盘与闸片之间。而闸片生产时，选择的是低金属摩擦材料，这种材料不仅具有较高的高摩擦系数和高耐磨性能，而且还具有较高的电吸附性，很容易将细小的灰尘颗粒吸附到其表面，当其表面的灰尘微粒达到一定程度后，进一步提升了闸片的摩擦系数，并使其超出风力发电机的正常要求，从而导致偏航减速器出现断齿故障。
3.3 偏航减速箱齿轮与塔筒偏航齿圈啮合润滑不及时
在对风力发电机进行维护时，通常都是由人工登风机巡检涂抹润滑脂的方式，将润滑油注入到风机内，受到人员因素的影响，导致注入的时间较晚，或者是注入的润滑油量不足，都会引发偏航减速箱齿轮与塔筒偏航齿圈啮合润滑不及时的现象出现，从而提升了风力发电机的负载，导致减速箱齿轮受到严重的干扰，并影响了齿轮的寿命。
3.4 偏航电机过载
偏航减速箱生产时，未严格按照要求制造，导致自身质量较低，存在一定的安全隐患，使齿轮的硬度不足，在减速箱运行一段时间后，致使齿轮出现断齿的故障，进而引发齿轮啮合卡塞问题。同时，风机制造完成后，对其进行装配时，受到装配技术的影响，使得偏航减速器的位置出现了变化，无法与塔筒圈啮合，导致齿轮产生啮合干涉。另外，风机装配完后，对其进行使用时，由于风电场对风机的重视程度不足，并未制定出科学、合理的维护工作，使得偏航减速箱内的润滑油较少，使偏航减速器与塔筒齿圈之间的润滑能力不足，导致风机中出现干磨的现象，进而产生齿轮啮合干涉。
4 三相异步电动机负载-电流特性
风力发电机运行时，需要使用三相异步电动机，而在其运行的过程中，负载与电流往往具有直接的联系，根据这一联系，将其划分为三个区间，如图2所示
①正常负荷区：各电机在整体考虑上，应选择电机长期健康允许的最大负荷电流值I1，并利用其作为标准，确定出风力发电机偏航系统的运行情况；
②告警复合区：告警复合区当中主要是指偏航电机所负荷电流的I1～I2区间，I2主要是指偏航电机在出现过载跳闸时所产生的最大电流数值。在此过程中，若出现风机偏航电机的负载电流突然出现异常，如持续表现为数值大于I1或小于I2电流值的情况，则应当立即采取停机措施，并对偏航系统进行全面的检查。
③过复合区：过复合区即为偏航电机的负荷电流明显超过了I2电流值，此时电机将会启动保护措施，直接跳闸，此时应当立即对偏航系统进行停机检查，以免出现安全隐患。
5 降低风力发电机偏航减速箱断齿故障率的对策
针对风力发电机偏航减速箱断齿故障的分析，从综合的角度来说，应采取以下措施来降低减速箱断齿故障率。
首先，加强对风电机偏航系统的检查，尤其是螺栓与齿轮部分更要仔细，通过定期检查，确保两者的高稳定性，避免齿轮或螺栓松动对整个偏航系统带来影响，从而降低断齿故障率；
其次，在整个风力发电机运行时，要注意齿轮箱的密封情况，当齿轮箱的密封性能不足时，采取相应的应对措施，最大程度上阻止杂质進入到偏航制动盘；
再次，对各元件的物理损伤进行检查，若发现风电机内的原件出现损坏，应立即选取新的原件进行替换，避免啮合干涉问题的出现，从而降低断齿故障率；
最后，在风力发电机运行时，应定期的加注润滑油，并且，选择润滑油时，要保证其与之前使用的完全相同，同时，还要确保润滑油的质量，从而避免润滑油问题对整个风力发电机的影响，降低断齿故障率。
6 结语
综上所述，偏航减速器作为风力发电机中的重要组成部分，在运行的过程中，常常会受到多种因素的影响，导致其出现断齿的故障，从而对整个风力发电机的运行带来了干扰。所以，偏航系统运行时，应选择最大负荷电流值I1，并加强检查与维修的力度，最大程度对偏航减速器断齿故障进行控制，为整个风力发电机的运行提供良好帮助。
【参考文献】
【1】李明伦， 王益轩， 刘玮，等. 风力发电机偏航减速器的运动设计与仿真[J]. 中国重型装备， 2015（3）：1-5.
【摘 要】随着社会的进步与经济的增长，传统的火力发电虽然能够为社会提供充足的电力能源，并满足当前电力能源的需求，但会对环境造成严重的破坏，所以近年来电力行业逐渐重视风力发电。基于此，论文以风力发电机偏航减速箱断齿故障为主要研究内容，通过对风力发电机偏航的简单介绍，进而对偏航减速箱断齿故障以及三相异步电动机负载-电流特性与降低断齿故障率的对策展开了深入探讨。
【Abstract】Along with the social progress and economic growth， although traditional coal-fired power can provide sufficient electric energy for the society， and meet the needs of the current electric energy， but it would cause serious damage to the environment. So， in recent years， the power industry has gradually attached importance to wind power generation. Based on this， taking the gear failure of yaw reduction box of wind turbine as the main research contents， through the brief introduction of the yaw of the wind turbine， the paper further discusses the gear failure of yaw reduction box， three-phase asynchronous motor load - current characteristic， and the countermeasures to reduce the gear failure rate.
【关键词】风力发电机；偏航减速箱；断齿故障
【Keywords】 wind turbine； yaw reduction box； gear fault
【中图分类号】TM315 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0176-02
1 引言
近年来，在人们生活质量快速提升的基础上，社会各界对电力事业提出了更高的要求。这种背景下，我国电力事业逐渐加强了对可再生资源的应用力度，风能作为自然界中广泛存在的一种可再生资源，也被广泛地进行了应用。随着风电发电规模的不断扩大，风电发电机故障发生的频率逐渐增高，从而影响了整个电力系统的稳定性，无法为社会提供良好的供电服务。因此，对降低风力发电机偏航减速箱断齿故障率进行研究具有重要意义，为我國风力发电事业的进一步发展打下良好基础。
2 风力发电机偏航概述
偏航系统作为风力发电机的重要组成部分，对整个风力发电机的正常运行提供重要帮助。所谓的偏航系统，又可以称为对风设备，能够在风电机内风速矢量改变时，第一时间寻找出最准确的风向，使风轮获得最大的风能，从而推动整个风电机的运行。同时，通过偏航系统，还可以为风机提供良好的锁紧力矩，提升整个风机的安全性。整个风电机偏航系统如图1所示。风电机内部风向出现变化时，会自动生成相应的偏航指令，并将其传递给风机，使得偏航系统开启。之后，在偏航减速器的作用下，将力矩传递到塔筒偏航齿圈上，使偏航风机产生运动，并以塔筒为中心旋转。与此同时，为了降低偏航对整个风机带来的冲击，偏航制动器与偏航制动盘结合到一起，并在前者的带动下，使阻尼出现了转动[1]。
3 偏航减速箱断齿故障分析
某风电场运行的过程中，风力发电机组频繁产生了减速箱断齿故障。进而对其展开了深入的分析，经过分析之后发现，该故障可能由以下几个原因引发。
3.1 偏航制动器液压问题
偏航制动器作为整个偏航系统内的重要组成部分，在其运行的过程中，需要通过液压的方式，为其提供充足的动力。若对制动器进行配置时，没有根据风机的实际情况来设定，导致液压站压力过高，不符合风机的实际使用要求，将会对制动器产生非常大的动力，使得实际动力超出制动器正常运行动力的上限，从而提升了对制动器的损坏程度。长此以往，在压力的作用下，使得减速器出现断齿的故障。另外，若液压油使用的时间过长，使其发生了变质，并提升了粘度，导致其性能受到了一定干扰，无法起到正常的抗磨、防腐等作用，致使偏航减速器齿轮出现过负载，进而引发断齿故障。
3.2 偏航制动盘存在杂质
在风力的作用下，自然环境中的杂质会不断地进入到风力发电机内，并附着到偏航制动盘的表面。若电厂工作人员没有对这一现象产生重视，未及时对杂质进行清理，在偏航系统运行时，会随着偏航制动盘进入到制动盘与闸片之间。而闸片生产时，选择的是低金属摩擦材料，这种材料不仅具有较高的高摩擦系数和高耐磨性能，而且还具有较高的电吸附性，很容易将细小的灰尘颗粒吸附到其表面，当其表面的灰尘微粒达到一定程度后，进一步提升了闸片的摩擦系数，并使其超出风力发电机的正常要求，从而导致偏航减速器出现断齿故障。
3.3 偏航减速箱齿轮与塔筒偏航齿圈啮合润滑不及时
在对风力发电机进行维护时，通常都是由人工登风机巡检涂抹润滑脂的方式，将润滑油注入到风机内，受到人员因素的影响，导致注入的时间较晚，或者是注入的润滑油量不足，都会引发偏航减速箱齿轮与塔筒偏航齿圈啮合润滑不及时的现象出现，从而提升了风力发电机的负载，导致减速箱齿轮受到严重的干扰，并影响了齿轮的寿命。
3.4 偏航电机过载
偏航减速箱生产时，未严格按照要求制造，导致自身质量较低，存在一定的安全隐患，使齿轮的硬度不足，在减速箱运行一段时间后，致使齿轮出现断齿的故障，进而引发齿轮啮合卡塞问题。同时，风机制造完成后，对其进行装配时，受到装配技术的影响，使得偏航减速器的位置出现了变化，无法与塔筒圈啮合，导致齿轮产生啮合干涉。另外，风机装配完后，对其进行使用时，由于风电场对风机的重视程度不足，并未制定出科学、合理的维护工作，使得偏航减速箱内的润滑油较少，使偏航减速器与塔筒齿圈之间的润滑能力不足，导致风机中出现干磨的现象，进而产生齿轮啮合干涉。
4 三相异步电动机负载-电流特性
风力发电机运行时，需要使用三相异步电动机，而在其运行的过程中，负载与电流往往具有直接的联系，根据这一联系，将其划分为三个区间，如图2所示
①正常负荷区：各电机在整体考虑上，应选择电机长期健康允许的最大负荷电流值I1，并利用其作为标准，确定出风力发电机偏航系统的运行情况；
②告警复合区：告警复合区当中主要是指偏航电机所负荷电流的I1～I2区间，I2主要是指偏航电机在出现过载跳闸时所产生的最大电流数值。在此过程中，若出现风机偏航电机的负载电流突然出现异常，如持续表现为数值大于I1或小于I2电流值的情况，则应当立即采取停机措施，并对偏航系统进行全面的检查。
③过复合区：过复合区即为偏航电机的负荷电流明显超过了I2电流值，此时电机将会启动保护措施，直接跳闸，此时应当立即对偏航系统进行停机检查，以免出现安全隐患。
5 降低风力发电机偏航减速箱断齿故障率的对策
针对风力发电机偏航减速箱断齿故障的分析，从综合的角度来说，应采取以下措施来降低减速箱断齿故障率。
首先，加强对风电机偏航系统的检查，尤其是螺栓与齿轮部分更要仔细，通过定期检查，确保两者的高稳定性，避免齿轮或螺栓松动对整个偏航系统带来影响，从而降低断齿故障率；
其次，在整个风力发电机运行时，要注意齿轮箱的密封情况，当齿轮箱的密封性能不足时，采取相应的应对措施，最大程度上阻止杂质進入到偏航制动盘；
再次，对各元件的物理损伤进行检查，若发现风电机内的原件出现损坏，应立即选取新的原件进行替换，避免啮合干涉问题的出现，从而降低断齿故障率；
最后，在风力发电机运行时，应定期的加注润滑油，并且，选择润滑油时，要保证其与之前使用的完全相同，同时，还要确保润滑油的质量，从而避免润滑油问题对整个风力发电机的影响，降低断齿故障率。
6 结语
综上所述，偏航减速器作为风力发电机中的重要组成部分，在运行的过程中，常常会受到多种因素的影响，导致其出现断齿的故障，从而对整个风力发电机的运行带来了干扰。所以，偏航系统运行时，应选择最大负荷电流值I1，并加强检查与维修的力度，最大程度对偏航减速器断齿故障进行控制，为整个风力发电机的运行提供良好帮助。
【参考文献】
【1】李明伦， 王益轩， 刘玮，等. 风力发电机偏航减速器的运动设计与仿真[J]. 中国重型装备， 2015（3）：1-5.
