摘要：风电机组传动系统由增速齿轮箱、主轴、滚动轴承等旋转部件组成，是实现风轮与发电机之间能量传递的重要环节。由于其载荷复杂、运行环境恶劣，加之设计不够完善等原因，设备故障率高，一旦故障维修复杂、维修成本高昂。因此，要保证设备可靠运行，降低维修费用，需对其状态进行监测，并制定最优的维修策略。
关键词：风机传动系统；检修；策略
1大型风电机组的基本组成
1.1风轮
由叶片和轮毂组成的系统用于接收风能，并将其转化为机械能的关键部件。通常使用两个或三个刀片。
1.2传统系统
双馈风力机传动系统包括低速轴、变速箱、高速轴、轴承等部件。低速轴将风轮获得的机械能传递给变速箱，变速箱主要用于高速和动力传动，又称增速箱，将低速轴的转速提高到发电机的额定转速。高速轴将变速箱与发电机相连，实现机械能的传递。滚动轴承主要用于主轴的固定和支撑，能承受较大的径向和轴向载荷。
1.3发电机
发电机将高速轴获得的机械能转化为电能，电能是风力机的工作装置。发电机通常由定子、转子、端盖、机架和轴承组成，常用的有同步发电机、异步发电机、永磁交流发电机和其他类型的发电机。双馈感应发电机主要用于风力发电机。
1.4偏航机构
偏航机构由方向调节机构和速度调节机构两部分组成。控制系统根据风速仪的信息自动执行偏航，保证风轮始终处于逆风状态，风机有效获取风能。
1.5液压装置
液压系统主要用于偏航机构、风机叶片变桨等安全系统功能，如风机叶片失效状态变桨调节、风轮制动等。实际上，它是制动系统的驱动机构，用于启动和停止风扇。
1.6控制柜
控制器主要控制风机的切入和切出，通过电子控制单元控制电路的开闭和电压大小，调节蓄电池和发电机的非额定状态，保证风机的安全稳定运行。
1.7螺旋桨机构
风速变化较大，风机叶片转速随风速变化，导致输出功率和电压频率波动，影响安全稳定运行。因此，为了使风力发电机组的输出功率和电压频率稳定在一定范围内，需要采用变桨机构来调节转速。当风速大于额定风速时，降低叶片压力，调整风速，限制风机输出功率；当风速小于额定风速时，不能调整风速。
1.8机舱
机舱内装有发电机、变速箱、主轴等重要部件，需做好防雷击、降低主机噪声的保护。同时，便于维护人员对风机进行维修。
1.9塔架
在风力发电系统中，塔架将发电机的主体支撑到一定的高度，保证了风力发电机组在理想的水平上运行。同时，它还需要足够的刚度和强度，以确保在极端天气下不会被倾倒物破坏。
2风机传动系统典型故障
2.1主轴故障
风电机组的主轴用来连接风轮和齿轮箱，由于制造材料缺陷或制造中没有消除应力集中因素，通常会出现轴不对中和轴不平衡的故障。轴不对中指主轴的轴心线与轴承的中心线的倾斜或偏移程度，其特点是转速一定时，相位相对稳定，转子轴心轨迹为双环椭圆，可以根据振动信号发现此种故障类型。轴不平衡是由偏心质量和偏心距引起的离心力造成的，振动幅度随着转速的增加而增大。
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2.2齿轮箱故障
齿轮箱的常见故障有轮齿折断、齿面疲劳、胶合等等。①冲击载荷引起的故障。由于风速变化随机，而传动系统承担着变化载荷的影响，当发生冲击载荷超过齿轮箱设计载荷时，轮齿间的局部受力超过允许极限应力，在交变应力的作用下，造成齿轮的突然损伤，产生局部裂纹、胶合现象，严重时造成轮齿的随机折断。在风机齿轮箱故障中，冲击载荷造成轮齿故障的情况很多。②交变载荷引起的故障。在齿轮箱收到交变载荷的作用下，交变应力作用于轮齿，当循环应力超过轮齿的疲劳极限时，轮齿表面将会出现疲劳裂痕，随着时间延长，疲劳损伤越来越严重，将会出现点蚀、胶合、齿面剥落等，如果不采取措施最终将导致轮齿断裂。③重载或高速引起的故障。在重载和高速的齿轮箱中，如果相啮合齿面在啮合区的边界膜受到破坏，在摩擦力和表面压力的作用下会产生高温，导致接触齿面金属熔焊，两齿面相对运动时就会造成齿面上的金属被撕落的现象。
2.3滚动轴承故障
滚动轴承是支撑主轴的关键部件。工作在变化载荷情况下的风电机组，主轴的轴向位移将会导致滚动轴承的滚子磨损等故障。滚动轴承的故障类型包括轴承内圈、外圈或滚动体的点蚀和疲劳剥落等。滚动轴承的故障将会导致轴承运行状况恶劣、摩擦阻力增大、设备温度上升、振动信号异常，同时造成旋转精度降低。
3风机传动系统优化检修策略
3.1风速仪故障
风速计是风力发电机组的重要组成部分。风速计故障是指发电机不能正常送电和正常运行，影响发电机组的正常使用。因此，有必要对风速仪进行深入检查，保持其灵活性，防止故障的发生，在对风速仪进行检查的过程中，也有必要进行深入检查。读取相关部件进行检查，防止其他部件发生故障，导致其正常使用，并及时处理和排除故障部件，保证风速计和风力发电的正常运行。
3.2异常想象
在风力发电过程中，会出现异常声音，因此应相应地识别和消除声音的位置，并加以注意。如果传动系统发生故障，应相应地检查温度和振动，防止隐患的发生，并对故障部位进行相应的处理，以保证风的畅通。发电机正常运行，发电量满足相应要求。
3.3温度超标停机
当风机设备温度超过标准，运行时自动停机，即风机运行时，风机、控制箱、晶闸管等设备的温度高于额定值，导致自动和自动保护停机。在此期间，维护人员应根据风机的实际情况检查制动片间隙、冷却系统和润滑油质量，并对温升原因进行明确分析。只有在故障完全排除后，风机才能重新运行。
3.4变桨控制机构故障
一旦风机变桨控制结构发生故障，就各种变桨控制形式而言，有必要根据故障的实际情况，对故障原因进行检查，并在进入叶轮时将叶轮锁紧。在调整或更换节距调整机构后，检查其可靠性和规格。根据实际情况和维修手册标准，进行连杆尺寸的测量和节距调节机构的功能试验。风机经检查合格后，方可重新运行。
3.5风机日常维护
风机机械部分的日常维护。保持螺栓连接力矩；保持液压系统和润滑系统的压力和油位；保持液压系统的工作状态；保持偏航齿圈的啮合状态；保持叶片表面和顶部扰流器的工作位置等；风机电气部分的日常维护。电缆终端的维护和紧固；传感器功能测试和检测电路的维护；相关电气部件的外观维护；电缆外观和发电机引出端子的维护等。风电场运行监测工作风电场操作员应听取并记录当地的天气状况。每天，针对风电场安全运行中可能遇到的问题，制定对策。运行检查员应每天随时通过主控室计算机监控和监督风机参数的变化。运行检查员应每天根据计算机显示的参数分析风力发电机的变化。如发现异常，应立即用计算机对机组进行连续监测，并根据变化情况进行必要的处理。同时在运行日志中做详细记录。此外，定期检查人员还应定期检查风机机组、升压站、风电场测风装置、现场高压配电线路等。如发现缺陷，应及时处理并记录。
结论
随着风电技术的大力发展，发电容量的日益增加，风电机组运行可靠性较低和总维修成本高昂成为阻碍风力发电的重要原因，因此，在提高在线监测设备准确度的基础上，针对优化检修策略的研究显得尤为重要。
参考文献
[1]王立荣,风力发电机组故障诊断系统研究[J].电网与清洁能源,2018,28(5):25-18.
[2]郝国文.大型风电机组传动系统故障诊断信息分析方法研究与应用[D].秦皇岛：燕山大学,2018.
论文作者:刘品鑫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/5
标签：风机论文; 故障论文; 齿轮箱论文; 发电机论文; 轮齿论文; 载荷论文; 风速论文; 《电力设备》2019年第4期论文;