喻华龙
五凌电力有限公司新能源分公司 湖南长沙 430103
摘要：近年来，我国的各行各业建设的发展迅速，风力发电行业的发展也有了提高。风力发电是一种清洁能源，近年来装机容量快速增长。偏航轴承是风电设备中最重要的零部件。偏航轴承性能与工况的好坏直接影响偏航系统甚至整个设备的性能。因此，研究偏航轴承的失效机理，提出合理化建议为改善轴承质量提供一定理论依据，对生产实践起到一定的指导意义。
关键词：风力发电机组；偏航系统；现场运行技术；应用
引言
现阶段，我国社会经济发展迅速，国家科技水平也在稳步提高，但与此同时，伴随着环境污染，人们也开始关注这个问题。与火电发电和核电发电相比，风力发电具有可再生、无污染的独特性质，引起了人们的关注。我国许多地区都加大了风力发电的开发力度和规模。然而，在实际的研究中，风力机还不是很成熟，很多故障仍然发生并且难以解决，这极大地影响了风力机的功能，降低了风力资源的利用率。
1偏航轴承失效分析
偏航闸钳本体边缘与刹车盘上表面距离间隙、偏航减速器间隙、偏航轴承轴向跳动超标，其中35103#机位偏航刹车闸钳本体与刹车盘干涉接触，导致机组无法偏航，是此次事件的起因。（1）偏航闸钳与刹车盘干涉原因：偏航轴承滚道发生塑性变形，机舱随轴承内圈下沉（外圈未发生形变），闸钳随机舱下沉导致刹车盘间隙减小，形成干涉。（2）轴承滚道塑性变形原因：隔球器碎裂缺失，滚子不均匀分布在滚道内。载荷的作用下导致滚道塑性变形。（3）隔球器碎裂缺失的原因：磨损的金属颗粒导致隔球器卡死，受到其他滚子的撞击，导致损伤碎裂。碎块混在油脂内经进一步磨损而消失。（4）从拆解的轴承发现：滚道损伤程度依次是外圈滚道的下表面（最严重），内圈滚道的上表面（次之），内圈滚道下表面和外圈滚道上表面（轻微）。外圈滚道的下表面出现硬化层剥落（凹凸不平的鳞状），具备疲劳剥落的形状特征。造成疲劳失效的原因可能是由于材质疲劳、热处理不当、偏载、冲击。（5）润滑不良的原因。a）密封圈失效；b）润滑油管未平均分布，增大注油孔内部阻力；c）偏航轴承缺少专门排油孔，废油无法排出；d）目前加油控制策略不确定轴承内有足够的油脂。风电变流器作用风电变流器，是双馈风力发电机中，加在转子侧的励磁装置。其主要功能是在转子转速n变化时，通过变流器控制励磁的幅值、相位、频率等，使定子侧能向电网输入恒频电。包括功率模块、控制模块、并网模块。
2风力发电机组偏航系统常见故障
风力发电机组在运行中经常发生的情况是很容易产生较大的噪声，这些噪声一般都是由于机组的振动，很容易对机组的工作产生很多不利的影响。噪音的原因多种多样,偏航阻尼转矩由于风、机器老化等多种因素将会增加,然后增加噪音,可能是由于长期操作一些主要的机械部件将接近风力涡轮机和相互影响,导致摩擦或条件,如振动、噪音。另外，风机在运行时，外界的风力和风向都是不确定的，随时都可以发生很大的变化。因此，当风机工作时，如果外部的风力突然有剧烈的变化，就会对整个风机尤其是偏航系统部分产生巨大的冲击，驱动齿轮箱就会在这种骤变的状态下发生打齿的机械问题，严重的还可能会造成断齿的问题。此外,由于现阶段的风扇结构和刚性强度并不完美,但也可能会有更大的影响机舱和塔筒之间的连接机制,导致其障碍或脱落。在日常操作的风扇,风标信号也可能意想不到的情况下导致某些在偏航定位偏差。工作人员也要注意风机的日常保养，特别是对于一些风机，工作环境有时比较恶劣或者变化非常剧烈，所以要经常检查风机，并维护或更换偏航制动盘这些关键部件。
3风力发电机组的偏航控制技术
3.1 风力发电机组的控制方法
风电以其清洁环保的优势逐渐发展成目前被广泛认可的可再生能源，然而一些因素也制约了风电能源的使用和推广，其中风力发电机组的控制技术水平是需要解决的问题之一。对于风力发电机组的控制方法，其包括以下步骤：第一步是通过本地或远程通信系统获得风况的估计特征值和风机运行状态的初始值;第二步，根据估计的风特征值、风机运行状态初始值和风力机控制参数，计算各时间点的风力机运行状态值;第三步是将第二步风力机的运行状态值与风力机的设计安全阈值进行比较;第四步是采取降低吸收功率系数和提高功率输出的方法得到修改后的风力机控制参数;第五步，以满足设计安全阈值的风力机控制参数作为最终风机控制系统的执行参数。该方法可以提高风力机的响应速度，避免因停机而造成的能量损失和机械负荷。
3.2 风力发电机组的偏航控制系统
风电目前的技术较为成熟，应用也较为广泛，在风力发电机组的偏航控制系统中，需要测量风力发电机组的偏航角度。对于风力发电机组偏航角度的测量方法和装置，该方法需要获取风力发电机组偏航过程中偏航轴承齿轮带动小齿轮旋转时同步输出的至少两路脉冲信号。根据该至少两路脉冲信号的周期特性，确定风力发电机组的偏航方向。根据风力发电机组的偏航方向和该至少两路脉冲信号的脉冲数统计，确定风力发电机组的偏航角度。采用这种方法，从而可以提高风力发电机组偏航角度的测量精度。
同时对于风力发电机被动式偏航制动系统，包括偏航制动器、偏航齿圈和机舱主结构，其特征在于偏航制动器通过高强度螺栓连接在机舱主结构上，且高强度连接螺栓孔分布为直线型;机舱主结构与偏航齿圈之间装有上摩擦片，上摩擦片支承整个机舱和风轮质量，并提供一部分摩擦制动力矩。偏航制动器的卡钳体与偏航齿圈之间分别装有径向摩擦片和下摩擦片组件，径向摩擦片与偏航齿圈耦合并起到径向弹性支承作用。下摩擦片组件由下摩擦片、碟形弹簧组件和预紧机构组成，下摩擦片下面通过碟形弹簧组件连接预紧机构，由预紧机构的螺母来调节碟簧组件使下下摩擦片产生对偏航齿圈下表面的压紧力，与偏航齿圈下表面一起产生摩擦制动力矩。
3.3风力发电机组偏航控制系统技术的应用
能源是人类社会赖以生存发展的资源之一。由于全球能源形势日益严峻，各国都意识到能源在未来的发展竞争中将发挥日益重要的作用，纷纷加入到开发利用新能源的行列中。风光等新能源的出现可以有效降低对传统化石能源的过分依赖，缓解当前的能源紧张形势，而且新能源具有对环境污染小和可持续发展等优势，在未来社会的能源结构中将占有重要地位。风电作为一种可以持续利用的能源，具有清洁性的优点。风电资源在我国分布十分富裕，随着对风电资源的不断利用和发展，我国并网风电发电系统的装机容量也不断增加。针对我国目前的情况来说，对于并网风电发电系统的研究还不完善，需要加强对风力发电机组偏航控制系统技术的研究，提高风力发电机组的发电性能，扩大风力发电在实际电力系统中的应用。在今后的风力发电机组中，应提高风力发电机组偏航控制系统的技术水平，采用先进的控制算法，使得风力发电机组并网后系统保持安全稳定运行。
结语
（1）偏航闸钳与刹车盘干涉的直接原因：偏航轴承滚道塑性变形，导致了机舱随偏航轴承内圈整体下沉。（2）轴承材质不良（Mn、Cr含量、淬硬层深度、基体硬度），是造成轴承失效的主要原因。（3）润滑不良是造成轴承失效的次要原因，润滑不良加速了轴承失效。
参考文献
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