风力发电机常见故障原因分析

风力发电机常见故障原因分析

时雪丽、 张景佐

中车永济电机有限公司 山西省永济市 044502

摘要：随着全球煤炭、石油、天然气等常规能源的日益枯竭，风能作为一种可再生、取之不尽、用之不竭的无污染能源开始受到人们的青睐，风力发电行业因此成为世界各国政府关注的焦点问题之一，风力发电技术在全球领域也因此得到了快速发展，特别是在无电或少电的边远地区，风力发电已成为人们获取基本生活用电的主要方式之一。风力发电机开始走进人们的生活之中，但由于风力发电机在应用中的故障率较高，使用效果与人们的预期效果相差甚远，因此如何正确使用和维护风力发电机，快速排除其在使用中出现的故障，使之更好地为人类服务，成为人们必须直接面对的问题之一。

关键词：风力发电机；常见故障；原因及对策

1.风力发电机简介

风力发电机是将动能转变为机械能，再将机械能转变为电能的一种能量装换设备，按风向的位置与风轮转轴的位置不同，风力发电机可分为垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机两类。水平轴风力发电机的叶片与旋转轴垂直安装，旋转平面与风向垂直，因其理论研究成熟而在当前市场上应用较多，主要特点是体积大、启动风速大、噪音大及抗风能力差及安装不便等。垂直轴风力发电机叶片与旋转轴平行安装，其应用要比水平型的发电机要早，我国最早利用风能的形式是垂直轴风车，只是由于早期理论研究的不足，认为其风能利用效率低而没有得到广泛应用。随着科技的进一步发展，人们发现升力型的垂直轴风力发电机的风能利用率也不低于水平轴风力发电机，而且具有噪声小、制造成本相对较低和环保效果好等优点，垂直轴风力发电机才再次引起人们的关注。

2. 风力发电机常见故障原因及解决对策

2.1振动故障

风力发电机剧烈振动主要表现为风轮运转不平稳和风机机头及机身有明显振动。这类故障的主要原因为：①紧固件如塔架的脚螺栓、尾翼固定螺钉、发电机底座螺栓或立柱拉索松动；②风轮叶片变形，或叶片表面结冰，致使风轮静不平衡；③变桨距风轮有卡住现象；④发电机轴承损坏或风轮与其他部位有摩擦等。该类故障可通过对松动部件进行紧固，清理叶片表面冰块和异物，更换风叶或发电机轴承等措施来解决。

2.2异常声响

当故障表现为风轮转动时发出异常声响时，故障原因可能为叶片开裂、机舱罩松动或松动后碰到转动件；风轮轴承座松动或轴承损坏；增速器或齿轮箱轴承松动或损坏；制动器、发电机、联轴器松动或损坏。

处理方法：检查叶片是否有开裂；对机舱罩的螺栓进行紧固处理；重新调整风轮轴和增速器的同轴度，并紧固固定螺栓；当轴承已经损坏时，则应更换轴承，并对轴承底座进行重新安装；更换轴承及油封后，将增速器重新安装；重新固定制动器及调整刹车片间隙。调整发电机的同轴度并将紧固螺栓紧固牢靠。若联轴器损坏则需更换联轴器。

2.3轴承故障

轴承是风机的核心部件之一，风机运行过程中经常会发生轴承振动现象，经常激烈的振动可能会导致叶片、轴承、风道、机壳的损坏，还会引发固定螺栓松动，对风机安全运行产生巨大威胁。导致轴承振动的主要原因有以下几个方面：①叶片灰尘，叶片受力改变，造成负荷不均匀，引发风机和轴承振动；②叶片磨损过大，叶片重心偏移，引发风机和轴承振动；③风道系统振动引发的轴承振动。

根据以上分析，不同原因导致的轴承振动应采取不同的维护措施，而且应以预防为主，首先，经常清理叶片灰尘和杂质。一旦发现叶片磨损，除及时修复叶片外，还应用动平衡法调节叶轮重心。而风道系统振动则应通过调节扩散筒下部的支撑点来消除。

另一种常见的轴承故障为轴承过热，导致轴承损耗加大，减少轴承寿命。此类故障一般为润滑和冷却效果不佳导致。润滑方面，注意添加润滑剂时应根据风机工况适量添加，过量也会导致轴承温度短时间快速上升；冷却方面，最好的维护手段，则是将压缩空气冷却设置在轮毂侧轴承，根据温度情况及时调整压缩空气冷却强度，以此达到控制轴承温度的目的。

2.4发电机故障

发电机是风电机组的核心部件，其功能是将旋转的机械能转化为电能，为电气系统供电。长期运行于变工况和电磁环境中，易发生故障。常见的故障模式有发电机振动过大、发电机温升高、转子/定子线圈短路、转子断条等。一般来说，导致发电机故障的原因为：螺栓松动、油路不通、轴承过度磨损、管路接触不良或击穿。针对这些常见的故障，采取的维护措施包括：清理清洗、检查螺栓、减轻负荷、更换元器件等。

2. 风力发电机运维策略分析

3.1完善风力发电机运行维护体系

风电场需要基于自身经营战略以及发展情况，制定合理的风力发电机运行维护制度，制度需要明确以下内容。首先，明确风力发电机运行维护工作流程，对风力发电机运行维护工作的顺序、内容以条文形式一一列出，保证风力发电机运行维护工作有条不紊开展。以制度条文形式明确后，要求检修人员严格按照流程，开展部件检修养护工作。其次，明确风力发电机运行维护工作的周期。风电场需要根据实际情况确定风力发电机的定期维护时间，要求工作人员按照短期、长期计划设计合理的检修维护时间。例如，风力发电机有高出力季节和空闲期，不同时期内的维护时间、频率有一定差别，工作人员在合适时间内有计划进行维护工作，可以保证风力发电机能够在运行期间内稳定安全。最后，明确风力发电机的维护方案。要求风力发电机工作人员按照维护方案开展维护工作，方案中需要包含时间、项目、结果、质检评测等内容。工作人员需要做好相关记录并保存，确保后续维护工作的条理性。

3.2风电机组运行状态在线监测

近年来，国内外开始研究采用远程在线监测，对风电机组的运行状态进行实时监控。远程在线监测是通过在风电机组的发电机、主轴承、机舱、齿轮箱等多个部位安装传感器，采集产生的信号，然后由计算机进行分析，对风电机组实际状态进行判断，从而及时发现异常，有效保障机组的稳定运行。传感器在进行调试过程中，要选择合适位置，使其能采集到有效的、具有代表性的信号，从而更好反映风电机组的状态。信号采集到以后，要通过计算机对数据进行处理，并建立有效的模式识别数据库，通过数据的对比分析来判断风电机组的运行情况。

3.3提升运维工作人员专业性

①风力发电机运行维护部门加强宣传维护工作的重要性，以讲座、交流会等方式加强宣传力度。在工作中给运维工作人员贯彻运维工作重要性的意识，让他们发自内心的对自身工作产生认同感与责任感，从而端正自身工作态度。

②通过“以老带新”的方式，让老员工、优秀员工带教新员工、能力不足的员工，通过互助合作的方式培养能力不足的员工。风电场还需要定期组织以“风电场风力发电机运行维护工作”为主题的培训工作，完善内部专业培训体系，为员工提供学习运行维护技术、知识等各方面的机会。定期考核，通过奖惩机制激励员工，提升运维员工的专业能力，打造专业技术团队。

结 语：

由于风力发电机在室外工作，要遭受光照、雨淋和风沙等袭击，工作环境恶劣，故障频发，对其日常维护要求较高。加强日常维护，及时处理风力发电机在工作中出现的异常现象，将故障隐患消除在萌芽状态，能明显降低故障的发生频率。在发展过程中不断完善风力发电机运行维护体系，制定管理制度，提升运维技术水平，打造专业技术团队，实现标准化、规范化的风力发电机运行维护管理，最终实现风电场长期稳定经营。

参考文献：

1. 张媛.风电场电气设备中风力发电机的运行维护策略［J］.电子技术与软件工程，2019（22）：223-225.

2. 杨文珺，何婷，王贵军.风力发电机组的故障及维护策略［J］.机械研究与应用，2019，32（5）：190-193，198.