山西某风电场2.0MW机组偏航大齿及驱动齿断裂故障分析报告

电力18讯：

近期，山西某风电场发生2台2.0MW风电机组（2017年投产）偏航大齿和驱动齿断裂事件。根据公司跟踪落实断齿真正原因，防范发生同样事件的要求，公司决定开展防范风机偏航大齿和驱动齿断裂专项隐患排查治理工作。有关事项通知如下：

一、故障原因分析

1.直接原因

结合《山西某风电项目2.0MW机组偏航大齿及驱动齿断裂故障分析报告》（详见附件）及区域内其他风场已发生类似故障情况分析，故障发生的直接原因是：偏航驱动系统由4台偏航驱动器组成，正常情况下同步转动机舱使风轮扫掠面与风向保持垂直。其中1台偏航驱动器因偏航驱动抱闸失效，制动盘被抱死导致偏航驱动无法转动；而其他三个偏航驱动器仍在正常推动偏航大齿圈偏航对风，使得偏航减速器小齿轮与偏航大齿圈之间发生挤压，致使偏航大齿和驱动齿发生断裂。

2.间接原因

（1）偏航卡钳漏油及偏航大齿润滑脂脱落，污染卡钳刹车片和偏航刹车盘，导致摩擦力降低，大风情况下制动力不足，机舱出现“滑移”，反作用到偏航驱动器抱闸，导致抱闸刹车片磨损加剧，使其失效。

（2）极端情况下，机舱“滑移”，导致偏航大齿与驱动齿冲击，最终出现裂纹或断裂情况。

3.其他原因

偏航驱动器变速箱缺油也会使得齿轮传动出现故障，偏航电机转速变慢或完全锁死，使得驱动器小齿轮受力超出承受程度，引起齿轮断裂，电机烧坏。

二、排查治理内容

1.全面排查偏航驱动器抱闸开合情况，确保每台驱动器在通电后能正常将摩擦片和制动盘彻底脱离。

2.全面排查偏航驱动器变速箱油位及润滑情况，确保每台驱动器润滑正常。

3.全面排查偏航卡钳漏油情况，及时处理。

4.偏航刹车盘按维护要求保持清洁，不许存在油污污染；集油盘安装到位。

5.完善风机巡检及定检维护项目，及时发现、处理偏航驱动器抱闸失效、变速箱缺油、偏航卡钳漏油及偏航齿圈润滑脂脱落问题。

 

 附件：山西某风电场2.0MW机组偏航大齿及驱动齿断裂故障分析报告

 

一质量调查

（一）检查内容及目的

1、检查驱动电机工作是否有效，是否存在部分电机不工作，三拖一或者二拖二等问题；

2、检查驱动电机抱闸是否有效工作，是否存在卡死现象或自由状态，存在拖动或者不能对机舱进行有效锁定；

3、检查驱动减速器、偏航卡钳、偏航润滑是否存在漏油、漏脂污染刹车盘、刹车片，导致偏航卡钳摩擦力降低，不能有效锁定机舱；

4、检查驱动齿与偏航大齿啮合情况，是否存在偏载，齿系啮合是否均匀、平稳；(50bar背压实验模拟风机负载工作)

5、现场数据调查，主要对现场运行数据（buffer\NCR等）进行检查梳理，以找出相似共性问题；

6、偏航系统时序及相关参数设定复核工作；

7、调查问题风机的运行环境，对比无问题风机进行比较。

（二）43#风机检测 

1）偏航卡钳漏油及偏航大齿润滑脂滴落，污染卡钳刹车片和偏航刹车盘，导致摩擦力降低，大风情况下制动力不足，风机出现“滑移”；

2）机组在没有偏航动作情况下出现“滑移”，反作用到偏航驱动电机抱闸，导致电机抱闸刹车片磨损加剧，使其失效；

3）机组制动力来自偏航卡钳和4个驱动电机抱闸；驱动电机抱闸的失效，进一步降低机组制动效果，形成恶性循环，加剧机组“滑移”；

4）机舱“滑移”导致偏航轴承大齿与驱动齿频繁撞击；

5）一般情况下，由于驱动齿表明硬度高于偏航大齿，考虑到现场山地湍流对机舱翘头的影响（机舱翘头影响驱动齿与偏航齿系啮合，存在偏载现象），以及通过仿真计算得出正向偏航频次、载荷高于反向偏航情况，长时间处于这种带病运行状态下，机组容易出现偏航大齿左齿顶端裂纹；

6）极端情况下，机舱“滑移”，导致偏航大齿与驱动齿冲击，产生低周疲劳及瞬间载荷超过设计安全裕度，驱动齿齿根部位晶界残留对其疲劳强度的影响，导致驱动齿根部发生断裂，其断裂碎屑夹杂到齿系啮合之间，形成挤压效果，最终发生驱动齿与大齿同时断裂。

四、故障结论

1、偏航问题可以分为两种情况；其一，一般情况下，偏航大齿左顶端出现裂纹；其二，极端情况下，偏航大齿及驱动齿断裂情况。

2、偏航大齿左顶端裂纹；主要原因为，偏航卡钳漏油、偏航刹车盘润滑脂滴落污染偏航卡钳刹车片和偏航大盘；导致机舱锁定摩擦力降低，大风情况下机舱“滑移”，使驱动电机刹车磨损，进一步加剧偏航保持力降低；机舱“滑移”进一步加剧，导致偏航大齿与驱动齿频繁撞击；由于驱动齿表明硬度高于偏航大齿，考虑到现场山地湍流对机舱翘头的影响（机舱翘头影响驱动齿与偏航齿系啮合，存在偏载现象），以及通过仿真计算得出正向偏航频次、载荷高于反向偏航情况，长时间处于这种带病运行状态下，机组容易出现偏航大齿左齿顶端裂纹；

3、偏航大齿及驱动齿断裂原因：极端情况下，机舱“滑移”，导致偏航大齿与驱动齿冲击，产生低周疲劳及瞬间载荷超过设计安全裕度，驱动齿齿根部位晶界残留对其疲劳强度的影响，导致驱动齿根部发生断裂，其断裂碎屑夹杂到齿系啮合之间，形成挤压效果，最终发生驱动齿与大齿同时断裂。

4、补充说明，偏航卡钳与偏航驱动刹车是共同保持机舱稳定的设备，其担负的载荷比约为6：4；目前发现的表层原因为偏航驱动刹车失效，及40%机舱保持力丧失，导致大风情况下机舱“滑移”，大小齿频繁撞击，最终出现裂纹或者断齿情况。进一步分析发现，现场存在偏航软启T-STOP时间参数设置问题（具体原因前面已经分析，此处不再赘述）。

五、后续整改措施

1、现场需要全面排查卡钳漏油情况，及时处理（重点关注卡钳密封圈更换、刹车片更换、油缸活塞如有卡涩必需更换、油品不合格必需更换）；

2、偏航刹车盘必需按照维护要求保持清洁，不允许存在油污污染；

3、集油盘安装工作必需到位；

4、现场需要全面排查驱动电机抱闸有效性；及时、全面统计出现场电机抱闸的型号，工服内部尽快进行物料号的申请与采购工作；现场及时更换；

5、对全场机组偏航驱动与偏航轴承齿系啮合进行复测工作，如有问题，及时整改；

6、现场做好巡查计划，保证可以及时发现、处理偏航卡钳漏油及偏航齿圈润滑脂滴落问题;

7、检查、核对包括偏航软启在内的机组所有硬件整定值设置；

8、集团质量、技术协同做好后续工艺文件的更新、宣贯工作。