风力发电机组偏航系统常见故障浅析

风力发电机组偏航系统常见故障浅析
摘要：对整机运行过程中偏航噪声、偏航减速箱打齿、偏航制动盘磨损等横轴、主动和电动滚动偏航系统故障进行了分析和探讨，并针对故障原因提出了相应的解决方案，为风力机偏航系统的故障分析和处理提供参考。

关键词：风力发电机组偏航系统故障分析
引言
风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源。

它是人类与自然和谐共处、实现经济社会可持续发展的新能源。

近年来，随着人们对全球气候变化的日益关注，风力发电发展迅速。

特别是在一些发展中国家，如中国、印度和一些拉美国家，大规模发展风电产业逐渐被提上议事日程。

由于风向不断变化，水平轴风力发电机需要通过偏航系统不断调整方向，以最大限度地利用风能。

目前市场上的偏航系统有多种形式，传动形式包括液压偏航和电动偏航，控制形式包括主动偏航和被动偏航，从偏航布置形式上可分为内啮合驱动和外啮合驱动偏航，从偏航轴承形式上可分为主动偏航和被动偏航，可分为滚动偏航和滑动偏航。

水平轴主动电动滚动偏航系统的驱动机构主要由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航制动盘、偏航解缆计数器、风速风向仪器、液压系统偏航模块部分等组成。

总结近年来几十个风电场的实际运行经验，偏航系统在整机运行过程中主要存在以下问题：
1、偏航噪音太大
偏航噪声是风力发电机组的常见问题。

噪声必须存在振动，这对整个机器的安全性和稳定性有几个原因。

1）偏航驱动小齿轮和偏航轴承齿圈之间的异常啮合导致异常噪音孔有两个主要原因。

一方面，偏航驱动小齿轮和偏航轴承齿圈之间的齿侧间隙设计不合理或未调整到设计值。

为了方便调整输出齿轮与大齿圈之间的齿侧间隙，偏航驱动
输出小齿轮有一定的偏心距（一般为1~1.5mm）。

如果齿轮侧隙不合理，在启动时会产生异响，严重时会卡住齿轮啮合；另一方面，偏航期间，主动齿轮表面和偏航轴承齿圈上缺少润滑脂。

齿面上的润滑脂可以减少齿面磨损，防止腐蚀，降低齿轮啮合时的噪音。

由于偏航时载荷较大，齿面缺少润滑脂，偏航时会产生较大的噪音，加速齿轮的磨损，因此，日常维护时必须保证齿面润滑良好。

2）偏航期间偏航制动器和制动盘产生的摩擦噪音。

为了保证偏航过程中整机的稳定运行，减少外部载荷对偏航小齿轮的冲击，偏航制动器通常允许在偏航过程中保持一定的残余压力，即偏航制动器在整个偏航过程中夹紧制动盘，在这个过程中，有些装置会产生异常噪音）机械结构部件的干涉会产生噪音。

由于偏航过程中的相对操作，例如塔的顶部法兰与偏航轴承的内圈连接，偏航轴承的外圈与主机架连接，偏航期间偏航轴承的内圈固定，偏航轴承外圈和主机架在偏航驱动的作用下，在相对旋转过程中围绕偏航轴承内圈旋转，安装在主机架下表面的结构件或主机架下表面的误差可能会干扰偏航轴承的内圈或风塔的顶部法兰。

这种干扰产生的噪声是有规律的，很容易被发现。

2、偏航减速箱的齿轮跳动
目前，偏航驱动齿轮箱已基本国产化，产品质量趋于稳定，但个别风力发电机仍存在偏航驱动齿轮箱打齿现象。

主要原因如下：
1.
在偏航和偏航制动期间，它受到外部负载的影响。

虽然偏航制动在偏航过程中有一定的压力，但偏航制动只提供一定的阻尼，突然的阵风仍会对档位产生一定的影响；在偏航制动期间，当外部负载大于偏航制动器制动扭矩之和时，偏航驱动电机尾部的制动器参与制动。

当外部负载持续增加超过设计负载时，偏航驱动电机的尾部制动器首先打滑，甚至崩溃。

如果偏航驱动电机的尾部制动器设置的制动扭矩安全系数过高，则减速器行星结构中安全系数最低的级将首先损坏。

因此，在保证整机偏航稳定性的同时，尽量选择合理的偏航制动力矩。

2）齿轮加工或热处理过程中的缺陷。

这导致材料脆性增加，冲击韧性大大
降低。

齿轮在受到轻微冲击载荷时会发生断裂，这通常是此类齿轮断齿的主要原因。

3）由于减速器高速阶段缺乏润滑，齿轮箱漏油导致齿轮打滑。

由于偏航减
速器齿轮气密性不合格或运行一段时间后出现润滑油泄漏问题，高速级首先处于
缺油状态。

在高速行星传动中，除了一定的冲击载荷外，还容易发生齿轮跳动。

因此，加强风电场的日常检查工作对避免此类故障尤为重要。

3、偏航轴承断齿、滚道脱落
偏航轴承是连接风电机组风舱和风塔的关键部件。

如果偏航轴承损坏，将使
用大型起重设备进行现场更换。

目前，风电场偏航轴承的故障率不高，一般集中
在齿轮环与偏航轴承内外环之间的滚道上。

这是由于加工和热处理过程中移动齿轮的冲击或缺陷造成的。

内圈和外圈之
间的滚道容易脱落和剥落，这主要是由于冲击载荷大、缺乏润滑和热处理工艺不
合格造成的。

因此，在设计过程中应充分考虑偏航轴承关键部件安全系数的选择，并根据实际风电场的实际运行载荷条件，对偏航轴承的极限承载力和疲劳寿命进
行模拟分析，以确保良好的滚道润滑，严格控制产品加工工艺，提高偏航轴承整
体可靠性。

4、偏航制动盘磨损
偏航制动盘在偏航系统中起着重要作用。

偏航过程中，偏航制动盘与偏航制
动器配合，为整机提供一定的阻尼；偏航制动时，偏航制动器夹紧偏航制动盘，
为整机提供制动力矩，确保风机始终处于迎风状态。

但一旦制动盘过度磨损，仍
需使用大型设备进行现场更换。

过度磨损可分为两类：一类是偏航过程中偏航制
动器的偏航压力设置过大，制动盘长期磨损无法满足制动器的夹紧要求；另一个
原因是制动器摩擦片过度磨损。

制动器中的液压缸与制动盘直接接触，导致制动
盘严重磨损。

为了避免上述情况，首先，根据风电场的实际运行情况设置合理的
偏航制动压力，以确保偏航压力设置的准确性；其次，考虑制动盘材料选择耐磨
性好，并对制动盘与制动器之间的表面行为公差提出严格要求，以减少制动盘的
磨损；第三，加强现场日常检查工作，观察制动摩擦片的磨损状况，避免制动液
缸因制动摩擦片过度磨损而磨损制动盘的问题。

1.
偏航电气回路故障
常见的偏航电气回路故障有：偏航软启动器、偏航电机过载、偏航风向失调
超过最大、偏航电机单次动作时间达到极限、偏航条件解缆激活、偏航机舱未
移动、偏航速度过低、偏航电机电磁刹车过载等。

依照相应的主机厂家图纸均
能详细找到故障点，排除故障原因。

所以熟练查看电气原理图对检修工作十分重要，能够快速、精准的解决电气故障。

6、结论
偏航系统是风力发电机组的关键部件。

偏航系统在结构上是连接机舱和塔架
的核心环节。

在功能上，偏航系统是水平轴风力发电机保证风能利用的必要部件。

偏航系统一旦发生重大机械故障，将失去发电能力，影响机组的正常运行，需要
使用大型起重设备进行维护和更换。

因此，为了避免偏航系统重大故障的发生，
在偏航系统的设计、整机的生产和运行中，应严格控制合理的参数选择、严格的
工艺质量控制、良好的运行和维护管理等环节，以确保偏航系统的安全运行，风
电机组稳定高效运行。

参考文献：
[1]陈波．何明．兆瓦级风力发电机组偏航系统异响原因分析和改进[J]．风能，2012(1I)：89．。