風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)爆燃故障分析

廖偉高

(廣東粵電湛江風(fēng)力發(fā)電有限公司,廣東湛江524000)

摘要:針對某風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)發(fā)生的爆燃故障,結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際檢查情況、維護(hù)記錄、后臺數(shù)據(jù)查驗(yàn)等,對故障原因進(jìn)行了全面分析,并提出了相應(yīng)的處理辦法及改進(jìn)措施,以有效降低該故障的發(fā)生概率。

關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組:

1設(shè)備概述

某風(fēng)電場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)為帶滑環(huán)轉(zhuǎn)子的三相異步發(fā)電機(jī),額定功率1550kw,標(biāo)稱電壓690×(1±10%)V,標(biāo)稱轉(zhuǎn)速1750r/min。發(fā)電機(jī)采用空-空方式冷卻的冷卻系統(tǒng),發(fā)電機(jī)軸承通過圓形端罩支撐安裝在機(jī)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(yùn)行時報警溫度為90℃,停機(jī)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(jī)后軸承溫度每秒平均值大于95℃報警,機(jī)組自動停機(jī)。19:20,運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),發(fā)電機(jī)冷卻器完全脫落,嚴(yán)重變形,已經(jīng)與發(fā)電機(jī)下端主體分離,機(jī)艙罩頂部有明顯的撞擊痕跡,說明發(fā)電機(jī)冷卻器室被爆炸的巨大沖擊力掀起,機(jī)艙罩天窗被沖擊損壞,機(jī)艙內(nèi)燈具脫落,發(fā)電機(jī)外殼、風(fēng)扇電機(jī)等碎片散落,如圖1所示。

3數(shù)據(jù)分析及維護(hù)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(jī)軸承溫度高的故障報警后,風(fēng)機(jī)出現(xiàn)保護(hù)性的動作停機(jī),發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速由1070r/min下降至770r/min,機(jī)艙Y向振動數(shù)值由0.04g攀升至0.32g,且發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端軸承溫度在機(jī)組故障停機(jī)后一直處于上升趨勢,溫升最高點(diǎn)達(dá)到204℃,說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降至770r/min時,發(fā)電機(jī)發(fā)生了劇烈的異常振動,判斷此時為發(fā)電機(jī)發(fā)生閃爆的瞬間。

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

3.2風(fēng)機(jī)維護(hù)記錄檢查情況

對關(guān)聯(lián)發(fā)電機(jī)的維護(hù)及定檢工作進(jìn)行了檢查確認(rèn),主要對發(fā)電機(jī)對中定檢、發(fā)電機(jī)軸承油脂加注記錄、發(fā)電機(jī)滑環(huán)清洗記錄等進(jìn)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(jī)閃爆故障原因分析

現(xiàn)場檢查發(fā)電機(jī)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(jī)物,發(fā)電機(jī)滑環(huán)室有過熱現(xiàn)象,如圖2所示。

該臺發(fā)電機(jī)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(diǎn)約為210C,沸點(diǎn)約為320C。溫度大于沸點(diǎn)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(jī)軸承溫度遠(yuǎn)超潤滑油脂的沸點(diǎn)和閃點(diǎn)溫度,此時潤滑油脂受熱急劇汽化,瞬間爆燃。該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子室設(shè)計為密閉式。發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)分為上部分的冷卻器和下部分的發(fā)電機(jī)本體。為了避免灰塵,上部分的冷卻器與下部分的發(fā)電機(jī)本體互不相通,使下部分的發(fā)電機(jī)本體形成一個密閉空間。4.2發(fā)電機(jī)軸承故障原因分析

(1)發(fā)電機(jī)爆燃的源頭為發(fā)電機(jī)NDE端軸承磨損后,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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(dá)到爆炸極限,并因軸承內(nèi)蓋與軸承摩擦產(chǎn)生的高溫點(diǎn)燃而發(fā)生爆炸。(2)通常情況下,軸承內(nèi)部的磨損很少,當(dāng)外界顆粒進(jìn)入軸承或潤滑不足時,便會導(dǎo)致磨損的發(fā)生。如果機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài),經(jīng)過一段時間的振動也會導(dǎo)致軸承磨損,因?yàn)樵诎l(fā)電機(jī)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(jìn)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(jī)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(hù)軸承,即便如此,仍然存在污染物進(jìn)入軸承的風(fēng)險,由于安裝和更換軸承座操作不當(dāng)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(yùn)轉(zhuǎn)。(3)軸承穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)到使用壽命的一個重要條件就是有足夠的潤滑(該機(jī)組發(fā)電機(jī)已正常運(yùn)行10年),潤滑脂的作用就是形成保護(hù)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(jī)組受安裝環(huán)境的影響,有時難以準(zhǔn)確預(yù)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(dǎo)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(hù)記錄顯示,該機(jī)組在2018年10月8日完成發(fā)電機(jī)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(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)專項(xiàng)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(jī)組在5月份完成發(fā)電機(jī)對中及力矩定檢工作,對中等各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。本次損壞的為發(fā)電機(jī)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(yán)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(jī)軸承很可能是因?yàn)榻饘倨诨蛲蝗坏臎_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(jī)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(jī)軸之間摩擦生熱,軸承劇烈發(fā)熱。高溫導(dǎo)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(jī)爆燃故障。

5后期改進(jìn)及預(yù)防措施

(1)對風(fēng)電場其他32臺風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)開展專項(xiàng)檢查工作。

(2)降低軸承溫度的報警限值,加強(qiáng)監(jiān)控,提前預(yù)判。

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

(4)增加發(fā)電機(jī)前軸軸承溫差報警停機(jī)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(shí)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(jī)。

(5)發(fā)電機(jī)軸承的磨損失效和潤滑失效是主要失效方式,因此,當(dāng)機(jī)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(jī)軸承的磨損失效,并且在日常維護(hù)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(yán)格控制軸承內(nèi)部的油脂量,較為準(zhǔn)確地控制發(fā)電機(jī)前軸承的注油量。

6結(jié)語

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