某陆上风电场风电机组高速轴转速不匹配故障分析

陈朝晖 关建越 张祎 项灵文 盛超磊 邹孝涵

摘要：在电力生产运行中， 由于气候、部件损坏原因等造成风电机组故障停机的事故时有发生， 给电力企业安全生产造成不同程度的影响。本文介绍了一起某陆上风电场风电机组由于齿轮箱高速轴定位环磨损造成了风电机组故障停机的事故。实际监盘中，由于轻视、误判等原因均有可能导致齿轮箱高速轴磨损加剧，因此在平日值班监盘时，运维人员应多关注振动系统后台数据以及风电机组各个部位温度异常情况，提前发现问题及时消除隐患。

关键词：高速轴窜轴;温度;振动

1.事故前的运行方式

该风电场共有35kV集电线路2条，东线3221共安装1.5MW风电机组12台（#1-#12号），西线3222安装同类型风电机组11台（#13-#23），每台风电机组配备箱变1台。事故发生前风电机组处于正常发电状态，风速为8.5m/s，输出功率为1094kW。

事件经过

2020年09月11日01：46分，风电场23台风电机组处于正常发电状态，场内平均风速7.3m/s，#4机组风速为8.5m/s。随着晚间风速上升，风电机组出力增加，#4机组报高速轴转速不匹配故障，状态码5930，运维值班员发现故障后立刻登录风电机组后台软件查看风电机组运行情况，发现后台故障只有高速轴转速不匹配故障，并无其它故障，且后台显示高速轴轴承温度为62.2degC，属于正常范围，初步判断可能属于高速轴转速接近开关松动导致故障误报，于01：49分将风电机组恢复运行，继续观察风电机组运行情况，01：56分风电机组再次报出高速轴转速不匹配故障，后台显示高速轴轴承温度正常，运维人员再次复位以此观察运行时的发电机转速以及高速轴转速，均保持平稳，并无明显跳动，02：01分再次报出此故障后，运维人员将风电机组停机，等待明日上塔处理。

3.故障原因分析

故障触发条件：[高速轴转速不匹配检测周期]内平均高速轴转速误差（=高速轴转速（From pickup）-|发电机转速（From Pcs）|）>[高速轴转速不匹配允许值]。

后台获取故障数据得到高速轴转速与发电机转速，发现在01：46分时高速轴转速非常不稳定。高速轴转速瞬时值为1690.767 rpm，发电机转速瞬时值为1787.880 rpm。可以求得：

平均高速轴转速误差=|高速轴转速-发电机转速|

平均高速轴转速误差=|1690.767-1787.88|=97.113 rpm

而后台高速轴转速不匹配允许值为75 rpm， 可以得知平均高速轴转速误差>高速轴转速不匹配允许值，故风电机组快速停机并报出“高速轴不匹配”故障。

故障发生时，仅报出高速轴不匹配故障，并无其它故障报出，综合以上，判断出原因无非有以下几点：

1.高速轴接近开关松动或失效;

2.发电机编码器损坏或接线松动;

3.齿轮箱高速轴内部故障。

4.故障处理

运维人员于上塔检查，发现高速轴轴承端盖位置处出现高温脱漆现象（图1），初步判断是风电机组运行时，齿轮箱高速轴定位环磨损严重，导致高速轴窜轴，轴承盖高温脱漆（如下图所示），齿轮箱高速轴接近开关回路及发电机编码器回路都正常。

在确保风电机组安全的情况下，运维人员采取限制机组功率的方法，以低功率继续运行发电，联系齿轮箱厂家尽快入场更换齿轮箱高速轴及其轴承。

5.暴露问题及改进建议

5.1暴露問题

（1） 从图1可以看出故障发生时高速轴轴承端盖位置处出现高温脱漆现象，但是从后台获取的齿轮箱高速轴轴承温度瞬时值波形图可以发现齿轮箱高速轴轴承温度均在65℃附近，无明显异常，齿轮箱高速轴电机侧轴承温度过温报警值为90℃，检测温度达不到报警值。

（2） 振动系统在齿轮箱高速轴方面的振动监测只有径向监测点，并无轴向监测，高速轴窜动属于轴向窜动，振动系统后台并无告警信息。

5.2改进建议

（1） 该位置的温度传感器（图2）无法有效监测到高速轴轴承靠近发电机一侧的后部分温度，建议在易发生故障的位置处增加一个温度传感器，并将此数据传回到主控系统，后台设置高温报警以及高温停机参数。

（2）建议应增加齿轮箱高速轴轴向振动监测点，再发生此类故障时，运维人员便可以第一时间判断出是否属于高速轴窜轴或是其它故障。

6.结论

（1）判断此类风电机组故障首先要了解故障的基本信息，收集与故障相关的数据，通过故障解析软件进行分析，再到现场进行排查、检验、测试，按照排故手册或指导书进行处理。

（2）在平日值班监盘时，运维人员应多关注振动系统后台数据，是否有异常情况，在大风天气时，应多关注风电机组各个部位温度情况，关注发电机转速与高速轴转速是否存在跳变情况。

（3）发现问题，改正问题，若发现机组存在缺陷应及时提出技改方案，使风电机组智能保护监测系统更加完善。