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

北极星风力发电网讯: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

偏航大齿齿顶有裂纹，偏航驱动发生断齿。

1、4个偏航驱动电机抱闸失效；

2、驱动电机均为江西特种电机

3、偏航刹车盘油污污染严重

4、偏航卡钳存在内部漏油的可能，需要现场进一步确认。

5、以上为右侧受力，齿面与竖端面接触基本全部断裂。

（三）26#风机检测

偏航大齿和驱动齿均有断裂。

调查显示：

1、偏航卡钳、刹车盘有明显油污；

2、偏航驱动刹车全部失效；

3、偏航卡钳存在内部漏油的可能，需要现场进一步确认。

（四）NCR统计分析

以上发生问题机组，在历年NCR报告中，对偏航系统问题进行刷选、梳理，可以大致看到一个顺序：偏航卡钳漏油——偏航驱动刹车片磨损——偏航驱动断齿&偏航大齿圈断齿。

（五）现场地理环境

从地理环境调查来看，发生偏航断齿风场全部为山地环境，大部分机组位置处于山丘环绕地带，机组运行时，特别是大风情况下，湍流较为严重；而此类风场中处于相对平缓地带的机组，目前未发现偏航断齿机组。以上调查可以间接推断，山地风场的湍流情况对机组运行存在一定影响。

三、技术分析

（一）偏航卡钳、偏航大齿、偏航刹车盘分析

从现场实际调查，可以发现偏航卡钳漏油、偏航大齿表面润滑脂都存在污染偏航刹车盘及刹车片情况；刹车片和刹车盘的污染会极大降低偏航制动力的保持，大风情况下极易产生机舱的“滑移”；机舱“滑移”对偏航驱动和偏航齿圈存在较大的冲击，容易导致齿面受力超过设计安全裕度。

（二）偏航驱动抱闸失效分析

偏航驱动包括驱动电机、减速器及驱动齿；实际机组检查发现，风机存在驱动电机内部刹车片磨损严重，以及部分抱闸24V整流桥失效现象。抱闸不能分开，会导致电机被动拖动，加剧驱动齿与齿圈受力；抱闸因摩擦片磨损，摩擦力不够，会导致机舱大风情况下“滑移”产生冲击，都会对大齿和驱动齿产生增益影响。

（三）偏航驱动与偏航齿圈啮合分析

1、驱动齿与偏航大齿啮合重合度为1.351，即35.1%时间内有2对齿参加偏航力的传动，如下图

2、从软件仿真看，偏航大齿齿顶部位是参加啮合的，此时为2对齿同时参加，如下图

3、正反偏航受力

（四）数据分析

分析机组之前buffer数据可以发现，大风天气中，机舱在没有偏航动作的情况下机舱位置发生了变化；

五）偏航软启整定值T—STOP时间设置

从厂家提供的产品说明书中可以明确，T—STOP时间设定为0s；在偏航系统时序控制中，偏航停止的时序是停止信号给出后，偏航卡钳液压刹车半压刹车3-5s，然后全压刹车；偏航驱动在停止信号给出后，延时3-5s动作（以上时间参数需要结合现场主控版本对应来看）；而现场如果T—STOP时间设定超过以上时间，就会导致偏航驱动刹车情况下电机还未停止，加速刹车片的磨损。（C风场的驱动磨损主要原因就是T—STOP为6S）

（六）其它补充说明

之前的调查分析中，已完成偏航频次、偏航动作时序（软件内部参数与硬件设置不同），偏航策略的核实、优化，确认目前不存在明显异常现象。

（七）综合分析

1、风机偏航问题基本逻辑如下：

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。

小编在此呼吁大家有最新事故报告积极投稿，无电子版或者内网文件拍