浅析野牛风电场发电机轴承温度高的原因及措施

浅析野牛风电场发电机轴承温度高的原因及措施

孙旭

国投云南风电有限公司650000

摘要：风力发电机前后轴承温度高是轴承故障的直接诱因，而导致轴承温度过高的原因是多种多样的。本文通过分析双馈异步发电机轴承温度高的现象、原因，通过制定相应措施方案，取得了初步的成效。

关键词：风电场双馈异步发电机轴承温度高措施

1、引言

国投东川野牛风电场是国投电力在云南省投资建设的第一个高原型风电场，采用双馈异步发电机组，其自由端和驱动端轴承均配置的是日本NTN公司的7MC3-TMB330高速轴承。双馈风力发电机的日常维护相对简单，特别是发电机轴承只要按时加注润滑油脂即可，但是在实际使用中却出现了温度波动较大的情况。以野牛风电场为例，运行统计：2016年至2017年11月因发电机轴承温度高（>90℃）触发的高温降容故障多达1142次，累计降容运行时长约411.12小时，故障时的平均风速在11.5m/s以上。特别是该故障多发于大风满负荷运行期间，导致发电量损失较大，累计损失发电量61.66万千瓦时，影响了风电场的效益。

2、发电机轴承温度高的原因分析

2.1发电机轴承温度升高的原因组成

一般来说，导致轴承温度高的原因一般有如下几种：

（一）、润滑油脂导热不好造成轴承温度升高。当发电机高速运转时，轴承内外圈之间会因为相互运动产生摩擦而生产热量。若不考虑能量损失，则轴承与转子之间摩擦力做功与产生的热量相等。根据物理学公式Q=W=μNs，μ为摩擦系数，与接触面的粗糙程度决定；N为轴承受到的压力；s为轴承运动的相对距离，由轴承半径、转速、运行时间决定[摘自高玉龙.风力发电机组发电机轴承温度高分析及解决方案[J].文化产业，2015(4)：P1]。对发电机而言，接触面的粗糙程度与内外圈滚珠和滚柱间的粗糙程度有关，轴承在完工出厂后，其粗糙面程度已经确定，减小摩擦系数的方法只能在轴承与滚柱之间添加润滑油。

（二）、部件损耗产生的热量。发电机在工作状态中，电机内部不可避免会造成部件的磨损，如定子或转子的铜耗、铁耗、机械损耗及附加损耗等，使发电机轴承温度升高。

2.2轴承温度过高产生的现象

当发电机轴承温度长期超过80℃运行时，不仅会导致高温降容故障，发电机轴承及附件也会产生很多故障现象。

（一）、集油管内无废油或较少收集到废油，偶有深褐色的劣化油脂排除（见图一），轴承内部亦有类似劣化油脂附着。

（二）、前/后端盖均有稀液状油脂流出，见图二。

图一图二

通过以上的检查和拆解我们不难发现，野牛风电场发电轴承的故障现象集中为：前后轴承端盖密封不严、润滑油加注过多、废油排出不畅并持续劣化。

2.3故障原因浅析

通过分析我们可以发现，以上故障现象具有一定的关联性。首先，该发电机的轴承室设计有两个特点：

（一）、轴承室腔体较大。我们知道轴承的内圈箍在大轴上与之同转，而外圈则在端盖的固定下保持不动，那么轴承室内的润滑油基本处于静止状态，没有外力的作用是无法通过集油槽自然排出的。

（二）、端盖密封性较差。端盖密封性差使得内部的腔体很难维持较大的压力，使得新润滑油加入后对旧油的挤压作用减小，造成其难以有效排出；进而在高温的作用下使贴近轴承的旧润滑油热量持续上升，超过其滴点后便液化成稀油。这种现象造成油液与固体润滑颗粒分离，使得润滑油劣化板结在轴承之上进一步加剧轴承温度的升高。

综上所述，轴承室的设计尺寸不合理是导致润滑油加注过多、废油排出不畅的直接原因，也是野牛风电场发电机轴承温度高的重要原因。

4、针对性的改善措施

4.1对轴承室进行技术改造

通过与上海电机厂进行技术沟通，厂家在现有的轴承水套冷技术的基础上将对野牛风电场一期发电机轴承进行技改。改造措施如下：

（一）、换装全新的轴承外端盖，使轴承室更加紧凑减小储油腔体（见图三）。

（二）、在端盖外侧再加装一个轴风扇，使端盖外侧形成风道，在发电机运转过程中鼓风散热，进一步加强轴承的冷却。

（三）、加装大尺寸集油槽（见图四），并相应增大排油口的尺寸，使得排油更加顺畅。

图三图四

4.2采取强制性维护手段

通过对2016年的运行数据进行分析（见表1）

我们可以看出，年故障次数在30次以上的有1#、2#、4#、8#、14#、15#、19#、20#、21#、22#、23#共计11台风机。对此，风电场采取的策略是故障次数突出的风机在来年大风季节到来前就提前掏油，即打开轴承端盖人工进行油脂清楚，并手动注入新的润滑脂；以减少轴承室内的油脂量，去除劣化的油脂为目的。