1.5Se型风力发电机组齿轮箱常见故障简析

随着国内风机制造水平的快速发展，兆瓦级风机已成为风电行业的主力机型，特别是1.5MW型机组已日趋成熟，并在风电场中普遍安装。随着风电机组投行时间的逐渐累积，由齿轮箱故障或损坏引起的机组停运事件时有发生，由此带来的直接和间接损失也越来越大。

以我场为例：2010年由于齿轮箱故障或损坏导致的直接电量损失年均约8.5万kwh，占非常规维护工作量的13.5%以上。本文以吉林长岭北正风电场安装的66台1.5se低温型风机齿轮箱发现的问题进行了分析并提出运行维护建议。

一、风电机组齿轮箱的结构及运行特征

我风电场安装的风电机组齿轮箱全部为德国雅克进口设备。运行近一年了来，部分齿轮箱发生故障，其中一台由厂家更换。

（一）风电场处于山区或丘陵地带，由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。相当一部分地区气流的阵风因子影响较大，对于风电机组机械传动力系来说，经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置-齿轮箱，由于气流的不稳定性，导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷下工作。

（二）在吉林西部地区，冬季气温很低，2009年极端（短时）最低气温达到-40℃以下，而风力发电机组的设计最低运行气温在-20℃以上。如果长时间在低温下运行，将损坏风力发电机组中的部件，如齿轮箱。

归纳起来，我风电场经常发生齿轮箱故障可能主要有以下原因：

1.齿轮箱不良造成齿面、轴承过早磨损。大气温度过低，剂凝固，造成剂无法到达需部位而造成磨损。剂散热不好，经常过热，造成剂提前失效而损坏机械啮合表面。滤芯堵塞、油位传感器污染，剂“中毒”而失效 。

2.设计上存在缺陷。齿轮的承载能力计算一般按照ISO6336（德国标准DIN3990）进行。当无法从实际运行得到经验数据时，厂家可能选用的应用系数KA为1.3，但实际上由于风载荷的不稳定性，使得设计与实际具有偏差。

二、风电机组齿轮箱故障诊断

通过对风电机组旋转部件的运行特征进行状态监测，比如实时监测齿轮箱、主轴、发电机等部件的振动频谱、齿轮油污染情况或定期对上述部件的状态进行监测、记录，及时发现隐患，找出导致问题出现的原因，相应采取措施加以解决。当机械部件发生初期磨损时，其振动频谱上会产生响应特征频率，通过测试仪器可以进行设备的状态监测。

（一）应用罗特艾德公司LTAD8.2状态监测系统（风机厂家配套系统）对风电机组齿轮箱故障进行诊断。我们采用罗特艾德的LTAD8.2状态监测仪，对北正风电场2台YK990齿轮箱进行了对比，通过齿轮箱内轴承和齿轮间啮合的频率和振动分析，准确地找出了2号机齿轮箱的故障点，既FZ450和FZ630二个轴承损坏。

机组情况描述：机型1.5Se 额定功率：1500kW

齿轮箱类型： JA/KE YK990

安装风场： 北正风电场

已运行时间： 3200h

齿轮箱损坏情况：首先，轴承FZ450 （IM1）内圈挡环粉碎，IMl轴轴向串动16mm，进而引起，轴承22328 （HS）和FZ630 （IM2）损坏。

监测方式：分别对北正风场两台JA/KE YK990齿轮箱进行状态监测

监测对象：1号齿轮箱为在齿轮箱厂才修过且运行不满1年；2号为有问题齿轮箱

监测状态：风电机组投运，并网发电

监测时间：2h

取样/分析程序：1.所有轴承端盖的水平和垂直方向各取1个点；2.风电机组并网，依次在各取样点提取振幅和频率数据；3.在计算机中进行频谱分析，得知轴承、齿轮啮合状况。若发现问题，根据频谱特征，结合齿轮箱的运行参数，推断引起问题的因素；4.建立状态分析档案，跟踪质量检查。监测结果：1号齿轮箱：齿轮间啮合及轴承运行工况良好。2号齿轮箱：（1）输入轴：出现齿轮箱的啮合频率及其高倍的谐波分量，说明轴承状态良好，齿轮运行存在缺陷；（2）IM1轴：输入端：出现了缺陷频率和谐波分量，说明轴承状态及齿轮运行不良。输出端： 出现大量的缺陷频率和谐波分量并加杂大量边频，说明轴承己明显损坏，齿轮的啮合不良；（3）IM2轴：出现不少轴承缺陷特征，说明轴承有问题；（4）高速轴：输出端的振动频谱说明无明显的轴承损坏特征。

以上监测结果与实际检查完全吻合。通过对齿轮箱的状态监测，我们准确的找到了故障的位置和故障点，缩短了齿轮箱修理而造成的风电机组停机时间。

（二）现场测量点的选择

根据目前风电机组的实际运行情况，通常齿轮箱齿轮及其轴承、发电机及其轴承是较容易发生故障的部件，因此在常规的监测中，可将齿轮箱前后轴承、发电机前后轴承分别作为测量点。这样做是基于如下的考虑：

1.当机组的主要轴承失效时，机组就得停机。监测轴承的振动可以较早发现轴承故障，这就为及早安排必要的维修提供了宝贵的时间。

2.由于轴承承载着机器的负荷，许多典型的机械问题如不平衡、不对中、松动等都会将振动信号传给轴承。因此通过监视轴承的振动，就会同时发现上述典型机械故障及轴承缺陷。

三、结论

综上所述，我们认为：对于齿轮箱齿轮、轴承的故障诊断尚处于摸索时期，还需要有一定的时间和更多的实践，由于仅对为数不多的几台风电机组的齿轮箱进行了分析，难免存在有一定的片面性，但其效果经证实是有效的。

无论是国产化制造齿轮箱还是进口齿轮箱的用户，在今后运行维护中应注意以下几点：

1.必须深入了解齿轮箱输入的载荷谱，以及齿轮箱的振动频谱，通过测试分析找出故障原因。

2.对于不同用户应采取不同措施，如阵风大，交变应力较大的地方，应对齿轮箱及轴承进行加强设计。

3.低温时，应考虑妥善的加热方法，以及良好的散热系统。

4.应充分监视振动频谱，对齿轮箱故障进行预测。

5.必须对重点部位的温度进行监视，对超温进行保护并及时发现问题。