沿海地区湿热环境下风电机组安装调试期间的维护策略探讨

沿海地区湿热环境下风电机组安装调试期间的维护策略探讨

吴继秀

（广东粤电湛江风力发电有限公司广东湛江524000）

摘要：本文通过对广东某沿海风电场在风机安装完成后，调试运行过程中出现的齿轮箱轴承严重损坏问题进行了分析，得出沿海地区高温、高湿、高盐雾的恶劣环境是风电机组此次损坏的原因，然后给出了风电机组安装调试期的维护建议。本文提出的方法可为我国东南湿热沿海地区及海上的风电机组安装调试期间的维护提供参考。

关键词：湿热；恶劣环境；安装调试期；维护建议

1引言

我国东南沿海地区拥有较为丰富的风能资源，地势平坦，为大规模风电机组的装机运行提供了有利条件。然而，受到温度、湿度、风速、雷暴等各种环境因素的作用，风电机组很难长期稳定运行。随着风电产业的快速发展，环境适应性问题逐渐引起风电行业的关注和重视。近年来，沿海风电机组的设计、制造、运行和维护也综合考虑了沿海风电机组运行环境的特殊性，在材料、工艺的选择和运维方法上都取得了很大成效，一些学者对我国东南湿热沿海地区的温湿度、盐雾、台风和雷暴等环境因素进行了分析及对风电机组的影响进行了总结[1]，并针对我国湿热沿海环境条件提出了关键设备和材料的环境技术要求及试验方法[2]，对于安装后到调试期间的机组，并未涉及对其进行维护。据了解，风电场风电机组安装后，风力发电企业会组织上电，然后风电机组制造商的现场技术人员可以开始逐台调试，由于各台机组调试时间的不确定性，有的机组自安装后长达半年以上都还未成功通过调试，而在如此长的一段时间内，各方并不会对设备进行维护。对于湿热的沿海地区，近来我们发现广东省近海风电场机组调试运行后没多久，部分就出现了齿轮箱内部部件损坏的故障。于是，本文通过该风电场风机齿轮箱内部损害的原因进行逐步分析，得出最终的原因，并根据损坏原因制定相应的应对措施，为以后近海风电场、海上风电场等湿热、高盐雾地区风机安装调试期的运维提供参考。

2湿热、盐雾对风电机组零部件的的影响

高温高湿环境可以加快电气设备金属材料的腐蚀和绝缘材料的老化，变频器和开关设备大多靠空气间隙绝缘，空气湿度大时，绝缘性能下降，变频器内部风机运行积累的灰尘也容易吸收水分，使绝缘电阻降低，最终导致变频器线路板绝缘性能差，电压击穿，发生短路，甚至引起设备自燃。

风电叶片的材料主要为玻璃钢复合材料，在高温高湿环境下，复合材料基体内部因为吸湿发生溶胀，分子间的间距增加，材料的刚度降低，水分子扩散使基体内部的微裂纹、微孔等发生形态变化。

塔筒内外表面有镀锌和聚合树脂组成的防腐涂层，高温高湿环境条件可以加快涂层的老化，使涂层粉化、起泡等，涂层的附着力减小，保护性能下降，导致机舱底盘和塔筒的金属材料受到腐蚀。

高温高湿环境使风电机组内部发电机和齿轮箱的润滑油油温升高，油黏度下降，导致轴承和齿轮等关键部件因润滑不良产生磨损，严重时使整个风电机组发生故障。

盐雾对风电机组电气设备的影响与空气湿度有密切关系。在湿润的空气中，盐雾电离出大量氯离子，氯离子穿透金属表面的防护膜与内部金属发生化学反应，另外氯离子具有一定的水合能，容易吸附在设备表面的孔隙和缝隙，导致金属材料的零部件腐蚀。长期处于近海和海上的高湿度高盐雾环境中，电气设备内部的线圈和触头腐蚀后，导致电接触不良，使电气设备发生短路或绝缘性能下降，给整个风电机组的安全运行带来不利影响。

盐雾对风电机组叶片的影响主要是在叶片静电的作用下，盐雾与空气中的其他颗粒物在叶片表面形成覆盖层，严重影响叶片的气动性能，产生噪音污染和影响美观。风电机组塔架和基础在盐雾环境中的腐蚀也不容忽视，尤其是有螺栓连接和焊接的部位。

3湿热、盐雾致风电机组部件损坏实例

3.1故障背景

广东某风场#1号风电机组2016年11月吊装，由于种种原因，吊装后机组一直没有通电，2017年11月在调试过程中，发现齿轮箱转动时输入端有异响，后联系齿轮箱供应商售后维修人员来拆开齿轮箱输入轴端盖，发现齿轮箱行星架上风向的轴承已经严重损坏，如图1所示。

图1齿轮箱行星架上风向严重损坏的轴承

3.2原因分析

齿轮箱出厂前状况：经业主方、风机制造商、齿轮箱供应商等三方对齿轮箱出厂前的零件加工记录、装配及出厂试验等记录审查齿轮箱符合出厂要求。

齿轮箱在机组传动链装配后的状况：经风机制造商部分功率测试，齿轮箱各项指标无异常。

齿轮箱在风场的运行状况：因#1风机超过1年没有调试，机组处于自由转动状况，无工况记录；从机舱内部的湿度程度、内部的发霉程度及损坏轴承的生锈程度等方面判断，该台机组的叶轮侧应该较长时间处于迎风位置；齿轮箱损坏前，机组调试运行仅3天，集控及现场基本无有效的数据记录机组运行工况。

现场调查情况：机舱湿度大于90%，外部零部件锈蚀严重，机舱内壁严重霉变，齿轮箱表面凝结水珠，轴承严重锈蚀，如图2、图3所示。

图2#1风机机舱外、机舱内温湿度测量对比

图3齿轮箱表面凝结水珠

齿轮箱油样检测报告：对1#风机的油样进行分析发现，油样中水含量严重超标，达到3500ppm（最高不能超过1000ppm），如图4所示.

图4油样检测报告

根据现场对#1风电机组全面的检查，结合第三方对这台损坏轴承的失效分析，通过对轴承碎片的化学成分分析、硬度测试、金相测试、宏观检测及SEM分析、SEM-EDS分析等项目检测，表明轴承本身质量是合格的。同时，从检测报告中得到如下分析结论来分析失效的机理：

轴承内圈近表面存在裂纹、外圈表面存在裂纹；

2）断口处有低周疲劳的贝壳纹；

3）轴承内外圈表面有滚子撞击痕；

4）轴承内外圈有表面撞击痕的氧化现象。

另外，通过油品检测报告得到齿轮箱润滑油水含量严重超标，油品变质。

通过以上结论看，轴承内圈近表面存在裂纹、断口处有低周疲劳的贝壳纹，可见轴承的破坏是由于低周疲劳应力引起的结果；轴承内外圈有表面撞击痕的氧化现象以及油品水含量超标变质，可见轴承运行的状态是润滑不良的。

3.3结论

通过对制造记录查询、现场环境调查、故障现象分析、油样确认、失效模式、同批次产品市场表现、第三方失效件检测结论等综合分析，结论如下：

1）轴承质量和齿轮箱的加工、装配合格，未发现不符合项。

2）该轴承的损坏是由于风机在高温高湿高盐雾地区环境恶劣，大量水分进入齿轮箱造成润滑失效导致的轴承失效。

综上，结合机组装配试车、运输、吊装及调试过程中发现齿轮箱输入轴异响的情况及齿轮箱轴承碎裂故障发生以后的各项检查检测情况来看，齿轮箱行星架上风向轴承的损坏原因在于机组处于高湿高热高盐雾的沿海地区，水分进入齿轮箱，齿轮箱润滑油的润滑效果逐渐下降直至失效，加之机组吊装后长时间没有上电，齿轮箱润滑系统没有启动，在机组长时间随风自由转动情况下，齿轮箱行星架上风向轴承长时间缺乏润滑，导致轴承出现异常磨损，加之缺乏润滑导致轴承出现锈蚀，导致满装滚子轴承的滚子失位，进而引起轴承内外圈以及滚子承受低周疲劳应力，引起轴承断裂破碎。

4安装调试期维护建议

东南沿海及海上风电机组安装完成后，对未调试并网超过3个月的机组，每三个月进行一次盘车试验，以防润滑不均匀，并在风电机组上电调试前对齿轮箱油进行油样检测。

对齿轮箱油油样检测超标的机组，停机过滤齿轮箱油，油样复检合格后方可调试运行。

参考文献：

[1]李慧，黄海军，王俊，等.湿热沿海地区环境条件对风电机组的影响分析[J].装备环境工程,2013(5):17-21.

[2]陆川，王俊，黄海军，等.我国湿热沿海风电机组服役环境条件研究[J].装备环境工程,2015(2):116-120.