近期，山西某風電場發生2臺2.0MW風電機組（2017年投產）偏航大齒和驅動齒斷裂事件。

　　一、故障原因分析
　　1.直接原因
　　結合《山西某風電項目2.0MW機組偏航大齒及驅動齒斷裂故障分析報告》（詳見附件）及區域內其他風場已發生類似故障情況分析，故障發生的直接原因是：偏航驅動系統由4臺偏航驅動器組成，正常情況下同步轉動機艙使風輪掃掠面與風向保持垂直。其中1臺偏航驅動器因偏航驅動抱閘失效，制動盤被抱死導致偏航驅動無法轉動；而其他三個偏航驅動器仍在正常推動偏航大齒圈偏航對風，使得偏航減速器小齒輪與偏航大齒圈之間發生擠壓，致使偏航大齒和驅動齒發生斷裂。
　　2.間接原因
　　（1）偏航卡鉗漏油及偏航大齒潤滑脂脫落，污染卡鉗剎車片和偏航剎車盤，導致摩擦力降低，大風情況下制動力不足，機艙出現“滑移”，反作用到偏航驅動器抱閘，導致抱閘剎車片磨損加劇，使其失效。
　　（2）極端情況下，機艙“滑移”，導致偏航大齒與驅動齒沖擊，Z終出現裂紋或斷裂情況。
　　3.其他原因
　　偏航驅動器變速箱缺油也會使得齒輪傳動出現故障，偏航電機轉速變慢或完全鎖死，使得驅動器小齒輪受力超出承受程度，引起齒輪斷裂，電機燒壞。
　　二、排查治理內容
　　1.全面排查偏航驅動器抱閘開合情況，確保每臺驅動器在通電后能正常將摩擦片和制動盤徹底脫離。
　　2.全面排查偏航驅動器變速箱油位及潤滑情況，確保每臺驅動器潤滑正常。
　　3.全面排查偏航卡鉗漏油情況，及時處理。
　　4.偏航剎車盤按維護要求保持清潔，不許存在油污污染；集油盤安裝到位。
　　5.完善風機巡檢及定檢維護項目，及時發現、處理偏航驅動器抱閘失效、變速箱缺油、偏航卡鉗漏油及偏航齒圈潤滑脂脫落問題。

　　附件：山西某風電場2.0MW機組偏航大齒及驅動齒斷裂故障分析報告

　　一　質量調查
　　（一）檢查內容及目的
　　1、檢查驅動電機工作是否有效，是否存在部分電機不工作，三拖一或者二拖二等問題；
　　2、檢查驅動電機抱閘是否有效工作，是否存在卡死現象或自由狀態，存在拖動或者不能對機艙進行有效鎖定；
　　3、檢查驅動減速器、偏航卡鉗、偏航潤滑是否存在漏油、漏脂污染剎車盤、剎車片，導致偏航卡鉗摩擦力降低，不能有效鎖定機艙；
　　4、檢查驅動齒與偏航大齒嚙合情況，是否存在偏載，齒系嚙合是否均勻、平穩；(50bar背壓實驗模擬風機負載工作)
　　5、現場數據調查，主要對現場運行數據（buffer\NCR等）進行檢查梳理，以找出相似共性問題；
　　6、偏航系統時序及相關參數設定復核工作；
　　7、調查問題風機的運行環境，對比無問題風機進行比較。
　　（二）43#風機檢測

　　偏航大齒齒頂有裂紋，偏航驅動發生斷齒。
　　1、4個偏航驅動電機抱閘失效；
　　2、驅動電機均為江西特種電機；
　　3、偏航剎車盤油污污染嚴重；
　　4、偏航卡鉗存在內部漏油的可能，需要現場進一步確認；
　　5、以上為右側受力，齒面與豎端面接觸基本全部斷裂。
　　（三）26#風機檢測

　　偏航大齒和驅動齒均有斷裂。
　　調查顯示：
　　1、偏航卡鉗、剎車盤有明顯油污；
　　2、偏航驅動剎車全部失效；
　　3、偏航卡鉗存在內部漏油的可能，需要現場進一步確認。
　　（四）NCR統計分析
　　以上發生問題機組，在歷年NCR報告中，對偏航系統問題進行刷選、梳理，可以大致看到一個順序：偏航卡鉗漏油——偏航驅動剎車片磨損——偏航驅動斷齒&偏航大齒圈斷齒。
　　（五）現場地理環境
　　從地理環境調查來看，發生偏航斷齒風場全部為山地環境，大部分機組位置處于山丘環繞地帶，機組運行時，特別是大風情況下，湍流較為嚴重；而此類風場中處于相對平緩地帶的機組，目前未發現偏航斷齒機組。以上調查可以間接推斷，山地風場的湍流情況對機組運行存在一定影響。

　　三、技術分析
　　（一）偏航卡鉗、偏航大齒、偏航剎車盤分析
　　從現場實際調查，可以發現偏航卡鉗漏油、偏航大齒表面潤滑脂都存在污染偏航剎車盤及剎車片情況；剎車片和剎車盤的污染會極大降低偏航制動力的保持，大風情況下極易產生機艙的“滑移”；機艙“滑移”對偏航驅動和偏航齒圈存在較大的沖擊，容易導致齒面受力超過設計安全裕度。
　　（二）偏航驅動抱閘失效分析
　　偏航驅動包括驅動電機、減速器及驅動齒；實際機組檢查發現，風機存在驅動電機內部剎車片磨損嚴重，以及部分抱閘24V整流橋失效現象。抱閘不能分開，會導致電機被動拖動，加劇驅動齒與齒圈受力；抱閘因摩擦片磨損，摩擦力不夠，會導致機艙大風情況下“滑移”產生沖擊，都會對大齒和驅動齒產生增益影響。
　　（三）偏航驅動與偏航齒圈嚙合分析
　　1、驅動齒與偏航大齒嚙合重合度為1.351，即35.1%時間內有2對齒參加偏航力的傳動，如下圖：

　　2、從軟件仿真看，偏航大齒齒頂部位是參加嚙合的，此時為2對齒同時參加，如下圖：

　　3、正反偏航受力

　　（四）數據分析
　　分析機組之前buffer數據可以發現，大風天氣中，機艙在沒有偏航動作的情況下機艙位置發生了變化；

　　五）偏航軟啟整定值T—STOP時間設置
　　從廠家提供的產品說明書中可以明確，T—STOP時間設定為0s；在偏航系統時序控制中，偏航停止的時序是停止信號給出后，偏航卡鉗液壓剎車半壓剎車3-5s，然后全壓剎車；偏航驅動在停止信號給出后，延時3-5s動作（以上時間參數需要結合現場主控版本對應來看）；而現場如果T—STOP時間設定超過以上時間，就會導致偏航驅動剎車情況下電機還未停止，加速剎車片的磨損。（C風場的驅動磨損主要原因就是T—STOP為6S）
　　（六）其它補充說明
　　之前的調查分析中，已完成偏航頻次、偏航動作時序（軟件內部參數與硬件設置不同），偏航策略的核實、優化，確認目前不存在明顯異常現象。
　　（七）綜合分析
　　1、風機偏航問題基本邏輯如下：

　　1）偏航卡鉗漏油及偏航大齒潤滑脂滴落，污染卡鉗剎車片和偏航剎車盤，導致摩擦力降低，大風情況下制動力不足，風機出現“滑移”；
　　2）機組在沒有偏航動作情況下出現“滑移”，反作用到偏航驅動電機抱閘，導致電機抱閘剎車片磨損加劇，使其失效；
　　3）機組制動力來自偏航卡鉗和4個驅動電機抱閘；驅動電機抱閘的失效，進一步降低機組制動效果，形成惡性循環，加劇機組“滑移”；
　　4）機艙“滑移”導致偏航軸承大齒與驅動齒頻繁撞擊；
　　5）一般情況下，由于驅動齒表明硬度高于偏航大齒，考慮到現場山地湍流對機艙翹頭的影響（機艙翹頭影響驅動齒與偏航齒系嚙合，存在偏載現象），以及通過仿真計算得出正向偏航頻次、載荷高于反向偏航情況，長時間處于這種帶病運行狀態下，機組容易出現偏航大齒左齒頂端裂紋；
　　6）極端情況下，機艙“滑移”，導致偏航大齒與驅動齒沖擊，產生低周疲勞及瞬間載荷超過設計安全裕度，驅動齒齒根部位晶界殘留對其疲勞強度的影響，導致驅動齒根部發生斷裂，其斷裂碎屑夾雜到齒系嚙合之間，形成擠壓效果，Z終發生驅動齒與大齒同時斷裂。
　　四、故障結論
　　1、偏航問題可以分為兩種情況；其一，一般情況下，偏航大齒左頂端出現裂紋；其二，極端情況下，偏航大齒及驅動齒斷裂情況。
　　2、偏航大齒左頂端裂紋；主要原因為，偏航卡鉗漏油、偏航剎車盤潤滑脂滴落污染偏航卡鉗剎車片和偏航大盤；導致機艙鎖定摩擦力降低，大風情況下機艙“滑移”，使驅動電機剎車磨損，進一步加劇偏航保持力降低；機艙“滑移”進一步加劇，導致偏航大齒與驅動齒頻繁撞擊；由于驅動齒表明硬度高于偏航大齒，考慮到現場山地湍流對機艙翹頭的影響（機艙翹頭影響驅動齒與偏航齒系嚙合，存在偏載現象），以及通過仿真計算得出正向偏航頻次、載荷高于反向偏航情況，長時間處于這種帶病運行狀態下，機組容易出現偏航大齒左齒頂端裂紋；
　　3、偏航大齒及驅動齒斷裂原因：極端情況下，機艙“滑移”，導致偏航大齒與驅動齒沖擊，產生低周疲勞及瞬間載荷超過設計安全裕度，驅動齒齒根部位晶界殘留對其疲勞強度的影響，導致驅動齒根部發生斷裂，其斷裂碎屑夾雜到齒系嚙合之間，形成擠壓效果，Z終發生驅動齒與大齒同時斷裂。
　　4、補充說明，偏航卡鉗與偏航驅動剎車是共同保持機艙穩定的設備，其擔負的載荷比約為6：4；目前發現的表層原因為偏航驅動剎車失效，及40%機艙保持力喪失，導致大風情況下機艙“滑移”，大小齒頻繁撞擊，Z終出現裂紋或者斷齒情況。進一步分析發現，現場存在偏航軟啟T-STOP時間參數設置問題（具體原因前面已經分析，此處不再贅述）。
　　五、后續整改措施
　　1、現場需要全面排查卡鉗漏油情況，及時處理（重點關注卡鉗密封圈更換、剎車片更換、油缸活塞如有卡澀必需更換、油品不合格必需更換）；
　　2、偏航剎車盤必需按照維護要求保持清潔，不允許存在油污污染；
　　3、集油盤安裝工作必需到位；
　　4、現場需要全面排查驅動電機抱閘有效性；及時、全面統計出現場電機抱閘的型號，工服內部盡快進行物料號的申請與采購工作；現場及時更換；
　　5、對全場機組偏航驅動與偏航軸承齒系嚙合進行復測工作，如有問題，及時整改；
　　6、現場做好巡查計劃，保證可以及時發現、處理偏航卡鉗漏油及偏航齒圈潤滑脂滴落問題；
　　7、檢查、核對包括偏航軟啟在內的機組所有硬件整定值設置。

（來源：電力安全生產）