風力發(fā)電機組發(fā)電機爆燃故障分析

廖偉高

(廣東粵電湛江風力發(fā)電有限公司,廣東湛江524000)

摘要:針對某風電場風力發(fā)電機組發(fā)電機發(fā)生的爆燃故障,結(jié)合現(xiàn)場實際檢查情況、維護記錄、后臺數(shù)據(jù)查驗等,對故障原因進行了全面分析,并提出了相應的處理辦法及改進措施,以有效降低該故障的發(fā)生概率。

關鍵詞:風力發(fā)電機組:

1設備概述

某風電場風力發(fā)電機組的發(fā)電機為帶滑環(huán)轉(zhuǎn)子的三相異步發(fā)電機,額定功率1550kw,標稱電壓690×(1±10%)V,標稱轉(zhuǎn)速1750r/min。發(fā)電機采用空-空方式冷卻的冷卻系統(tǒng),發(fā)電機軸承通過圓形端罩支撐安裝在機座正中。油脂排出口位于兩個軸承端蓋處。主軸軸承端蓋朝外一面采用迷宮式密封。軸承運行時報警溫度為90℃,停機溫度為95℃。

2故障經(jīng)過

某日18:04,監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機后軸承溫度每秒平均值大于95℃報警,機組自動停機。19:20,運維人員到達現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)電機冷卻器完全脫落,嚴重變形,已經(jīng)與發(fā)電機下端主體分離,機艙罩頂部有明顯的撞擊痕跡,說明發(fā)電機冷卻器室被爆炸的巨大沖擊力掀起,機艙罩天窗被沖擊損壞,機艙內(nèi)燈具脫落,發(fā)電機外殼、風扇電機等碎片散落,如圖1所示。

3數(shù)據(jù)分析及維護記錄檢查

3.1后臺數(shù)據(jù)檢查及分析

(1)從后臺查閱歷史記錄發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電機軸承溫度高的故障報警后,風機出現(xiàn)保護性的動作停機,發(fā)電機轉(zhuǎn)速由1070r/min下降至770r/min,機艙Y向振動數(shù)值由0.04g攀升至0.32g,且發(fā)電機非驅(qū)動端軸承溫度在機組故障停機后一直處于上升趨勢,溫升最高點達到204℃,說明發(fā)電機轉(zhuǎn)速下降至770r/min時,發(fā)電機發(fā)生了劇烈的異常振動,判斷此時為發(fā)電機發(fā)生閃爆的瞬間。

(2)查閱故障報警記錄發(fā)現(xiàn),風機在18:04:04脫網(wǎng),機組報發(fā)電機NDE端軸承溫度每秒平均值大于95℃,故障停機。18:04:15,觸發(fā)風機安全鏈故障后,其他故障代碼顯現(xiàn)。

3.2風機維護記錄檢查情況

對關聯(lián)發(fā)電機的維護及定檢工作進行了檢查確認,主要對發(fā)電機對中定檢、發(fā)電機軸承油脂加注記錄、發(fā)電機滑環(huán)清洗記錄等進行檢查核對,未發(fā)現(xiàn)發(fā)電現(xiàn)異常情況。

4故障原因分析

4.1發(fā)電機閃爆故障原因分析

現(xiàn)場檢查發(fā)電機發(fā)現(xiàn),后端蓋及內(nèi)擋油蓋有大量油脂蒸汽燃燒后生成的水和未燃盡的黑色黏稠油脂狀有機物,發(fā)電機滑環(huán)室有過熱現(xiàn)象,如圖2所示。

該臺發(fā)電機軸承所使用的油脂為克魯勃潤滑脂,型號為:克魯勃BEM41-132,油脂閃點約為210C,沸點約為320C。溫度大于沸點時,高溫能使?jié)櫥椭?此時如果在密閉環(huán)境下遇到高溫,汽化的油脂蒸汽可被引燃爆炸。一般軸承抱死時,發(fā)電機軸承溫度遠超潤滑油脂的沸點和閃點溫度,此時潤滑油脂受熱急劇汽化,瞬間爆燃。該發(fā)電機的轉(zhuǎn)子室設計為密閉式。發(fā)電機結(jié)構(gòu)分為上部分的冷卻器和下部分的發(fā)電機本體。為了避免灰塵,上部分的冷卻器與下部分的發(fā)電機本體互不相通,使下部分的發(fā)電機本體形成一個密閉空間。4.2發(fā)電機軸承故障原因分析

(1)發(fā)電機爆燃的源頭為發(fā)電機NDE端軸承磨損后,導致發(fā)電機軸承內(nèi)的甩油盤與外軸承端蓋發(fā)生摩擦,使得甩油盤和電機軸之間轉(zhuǎn)動,甩油盤和軸承內(nèi)圈產(chǎn)生轉(zhuǎn)動,甩油盤材料磨損融化,摩擦的高溫引起潤滑脂液化并經(jīng)摩擦流向發(fā)電機內(nèi)部,這一過程中的潤滑脂受高溫影響而發(fā)生汽化,隨著這一過程的持續(xù),潤滑脂高溫汽化產(chǎn)生的爆炸性氣體濃度達到爆炸極限,并因軸承內(nèi)蓋與軸承摩擦產(chǎn)生的高溫點燃而發(fā)生爆炸。(2)通常情況下,軸承內(nèi)部的磨損很少,當外界顆粒進入軸承或潤滑不足時,便會導致磨損的發(fā)生。如果機組處于停機狀態(tài),經(jīng)過一段時間的振動也會導致軸承磨損,因為在發(fā)電機靜止時,軸承內(nèi)部相互接觸的部件之間沒有潤滑劑形成油膜,進而產(chǎn)生滾動體和滾道之間的金屬直接接觸,比如偏航時的振動,這個振動就會使?jié)L動體相對滾道發(fā)生非常微小的位移,出現(xiàn)微動磨損。發(fā)電機軸承通常是開放式的深溝球軸承,由外界的迷宮式密封保護軸承,即便如此,仍然存在污染物進入軸承的風險,由于安裝和更換軸承座操作不當引起顆粒污染等,這些污染顆粒經(jīng)過滾動體的滾壓就會在軸承滾道上造成軸承疲勞運轉(zhuǎn)。(3)軸承穩(wěn)定運行達到使用壽命的一個重要條件就是有足夠的潤滑(該機組發(fā)電機已正常運行10年),潤滑脂的作用就是形成保護性油膜,分隔滾動接觸表面,防止金屬與金屬直接接觸。發(fā)電機組受安裝環(huán)境的影響,有時難以準確預知特定工作環(huán)境(例如溫度)下的參數(shù),不足量的潤滑也會導致金屬表面磨損,從而減少軸承的使用壽命。

4.3分析小結(jié)

(1)根據(jù)維護記錄顯示,該機組在2018年10月8日完成發(fā)電機油脂加注定檢,同時故障現(xiàn)場廢舊的軸承潤滑油脂較多,因此基本可以排除因缺油造成的軸承失效。(2)根據(jù)后期32臺風機發(fā)電機專項檢查發(fā)現(xiàn),軸承潤滑油脂排油正常,未發(fā)現(xiàn)結(jié)塊及排油不暢等現(xiàn)象。軸承加注油脂過多后會有一個逐漸溫升的過程,因此基本可以排除油量過多造成軸承失效。(3)根據(jù)定檢記錄顯示,該機組在5月份完成發(fā)電機對中及力矩定檢工作,對中等各項數(shù)據(jù)正常。本次損壞的為發(fā)電機自由端軸承,而一般情況下如果因?qū)χ胁涣荚斐奢S承失效,首先會體現(xiàn)在驅(qū)動端軸承,因此該原因可以排除。(4)拆解檢查發(fā)現(xiàn)軸承損壞已較為嚴重,加上缺少在線監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,很難確定該軸承故障的初始原因。從目前已知條件來分析,發(fā)電機軸承很可能是因為金屬疲勞或突然的沖擊載荷,造成鋼制保持架或滾子脫落、斷裂等,使軸承潤滑急速失效,此時發(fā)電機軸仍在高速旋轉(zhuǎn),軸承內(nèi)外圈之間、軸承內(nèi)圈與發(fā)電機軸之間摩擦生熱,軸承劇烈發(fā)熱。高溫導致潤滑油油脂汽化,在密閉空間內(nèi)汽化油脂的濃度不斷升高,最終造成發(fā)電機爆燃故障。

5后期改進及預防措施

(1)對風電場其他32臺風機發(fā)電機開展專項檢查工作。

(2)降低軸承溫度的報警限值,加強監(jiān)控,提前預判。

(3)提高軸承系統(tǒng)質(zhì)量,制定軸承運行的設備壽命管理規(guī)范,定期更換或檢測維護保養(yǎng)軸承,防止軸承卡澀。

(4)增加發(fā)電機前軸軸承溫差報警停機判斷條件:1)傳感器溫度低于-50C或者高于200C不做判斷:2)計算溫度采用主控讀取的實時值:3)前后軸承溫差超過25C持續(xù)20s,或者前后軸承溫差超過30C持續(xù)3s即報警停機。

(5)發(fā)電機軸承的磨損失效和潤滑失效是主要失效方式,因此,當機組由于偏航等其他外部原因產(chǎn)生振動時要及時處理,避免發(fā)電機軸承的磨損失效,并且在日常維護時要注意軸承潤滑油脂的型號,及時加油并保持油脂的使用環(huán)境等,從而延長軸承的使用壽命。

(6)嚴格控制軸承內(nèi)部的油脂量,較為準確地控制發(fā)電機前軸承的注油量。

6結(jié)語

風力發(fā)電機組隨著運行時間的延長,會不斷出現(xiàn)新的故障與問題,發(fā)電機爆燃故障在行業(yè)內(nèi)較為少見,但造成的經(jīng)濟損失較大,故障恢復周期較長。本文通過對該類型故障進行分析,提供了有效的改進措施,可有效降低該故障的發(fā)生概率。