淺談風力發(fā)電機主軸承的雷電防護
發(fā)布時間：2023-07-25 11:50:19
摘要：在風力發(fā)電機運行過程中，由于雷電放電導致的風機主軸承損壞現(xiàn)象時有發(fā)生。因此，為確保風力發(fā)電機在惡劣天氣下安全運行，必須對風力發(fā)電機主軸承采取必要的防護措施。本文主要針對風力發(fā)電機主軸承的雷電防護措施進行了研究，旨在為風力發(fā)電機的運行維護人員提供參考。在風力發(fā)電機運行過程中，由于雷電放電產(chǎn)生的強脈沖電流會通過電纜、光纜等進入到風機主軸承中，當這些強脈沖電流在主軸承殼體中產(chǎn)生局部過熱時，會造成風電機組主軸承局部溫度升高。在某些情況下，還會造成風機主軸承內(nèi)部出現(xiàn)裂紋，這將對風電機組的安全運行構成嚴重威脅。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求不斷增加，使得風力發(fā)電得到了越來越廣泛的應用。風力發(fā)電機主軸承是由主軸、軸承和軸承座組成。其中，主軸是整個風力發(fā)電機的核心部件，起著關鍵作用。它將風能轉化為機械能，并將其傳遞給軸承。軸承則用于支撐主軸和整個機組的重量，還起著密封和潤滑作用。隨著我國風電行業(yè)的發(fā)展，風電機組的單機容量也在不斷增大，這為風電場的建設提供了巨大的空間。然而，隨著風電機組單機容量的增大，雷擊造成的風機損壞事故也隨之增多。目前，在國內(nèi)風電機組上使用最多的防雷措施是避雷針和接地裝置，這兩種防雷措施能有效地避免雷擊事故對風機造成損傷。而在實際工作中，由于雷擊事故對風機主軸承的影響往往容易被忽視，從而導致風電機組遭受雷擊事故。風力發(fā)電機運行時產(chǎn)生的強脈沖電流會通過電纜、光纜等進入到風機主軸承中，由于電纜、光纜具有絕緣性能較差、線路防護等級低等特點，當這些強脈沖電流通過電纜、光纜進入到主軸承中時，會造成主軸承局部溫度升高，進而對風電機組造成損傷。在這種情況下，若不采取有效措施對風機主軸承進行防護，那么風力發(fā)電機將會因雷擊而出現(xiàn)損壞。然而目前國內(nèi)對于風電機組雷電防護技術研究較少，對風機主軸承雷電防護技術不夠重視。因此，必須加強對風電機組雷擊事故危害的認識以及對風電機組主軸承雷電防護技術的研究。風機主軸承是由滾動體和滾道組成的滾動接觸件，主要承受徑向載荷。主軸承內(nèi)部結構比較復雜，主要包括滾動體、滾道和保持架三部分。在實際工作過程中，由于軸承內(nèi)部結構不均勻，容易導致滾動體和保持架之間的接觸面發(fā)生磨損，從而導致整個軸承內(nèi)部出現(xiàn)不同程度的損傷。當主軸承內(nèi)部出現(xiàn)磨損后，其內(nèi)部結構會發(fā)生變化，從而導致滾道出現(xiàn)裂紋。在滾道和保持架之間發(fā)生磨損時，由于主軸承中的滾動體是由彈性變形引起的，在其兩端會產(chǎn)生壓力差，從而導致滾道內(nèi)形成微小的空洞。這些空洞會導致內(nèi)部空間變小，進而增大了滾道與保持架之間的摩擦力。當摩擦力達到一定程度時，就會在保持架和滾動體之間形成金屬接觸點。如果該金屬接觸點接觸不緊密時，就會在雷電放電過程中產(chǎn)生較大的感應電流，從而對風電機組主軸承造成破壞。主軸承殼體的散熱問題是一個比較復雜的問題，對此需要綜合考慮風機主軸承殼體的設計、加工、裝配及使用維護等多方面因素。從風機主軸承殼體的設計來說，其主要是將風輪葉片、主軸承軸承及發(fā)電機輸出軸等部件安裝在殼體中，這種結構設計能夠較好地滿足風力發(fā)電機運行過程中對振動、噪聲等性能的要求，但是由于風機主軸承軸承運行時需要承受較大的載荷，因此在主軸承殼體中產(chǎn)生的熱量也較大。從風電機組的整個運行過程來看，風機在啟動時，其溫度比較低，而當風機正常運行時，風機的溫度會隨著轉速升高而升高，這就造成了風機主軸承殼體中熱量的大量聚集。如果不對風機主軸承殼體進行及時散熱，將會導致其內(nèi)部溫度急劇升高，從而產(chǎn)生嚴重后果。因此需要采取必要的措施對風機主軸承殼體進行及時散熱。為了確保風電機組主軸承殼體的散熱效果，可以采取以下措施：①通過在風機主軸承殼體上開孔等方式來進行通風散熱；②利用風扇對其進行散熱。由于風力發(fā)電機的運行環(huán)境惡劣，極易受到雷電電磁脈沖的干擾，特別是當風電機組處于低壓側時，受到雷電電磁脈沖的影響更大。這是因為低壓側的雷電電磁脈沖與高壓側不同，在低壓側出現(xiàn)的電磁脈沖不會對主軸承造成影響，但在高壓側則不同。因此，風電機組運行過程中必須做好雷電防護措施。目前，對于風電機組主軸承的雷電防護一般采用電磁屏蔽技術、金屬屏蔽技術和電磁兼容技術等。其中，電磁屏蔽技術主要是在風機主軸承內(nèi)部安裝屏蔽罩來實現(xiàn)雷電防護。為了保證風機主軸承的安全運行，必須加強對風電機組主軸承的防護措施。此外，還應在風電機組主軸承中安裝過電壓保護器和接地裝置來實現(xiàn)對風電機組主軸承的保護。其中過電壓保護器主要是針對風電機組中所存在的浪涌電壓、操作過電壓以及過電流等提供保護作用；接地裝置則主要是將雷電能量從風電機組上接引到大地，以確保風力發(fā)電機能夠安全運行。通過上述措施，可以有效降低風電機組主軸承內(nèi)部感應出來的過電壓和過電流，從而提高了風電機組主軸承的抗雷性能。（1）在風力發(fā)電機運行過程中，一旦發(fā)現(xiàn)有電流從主軸承內(nèi)部的電纜、光纜等進入到主軸承，要立即切斷該電纜、光纜與風機主軸承之間的連接。（2）對風力發(fā)電機主軸承殼體進行全面檢查，一旦發(fā)現(xiàn)有裂紋等異常情況，要立即進行更換。（3）加強對風電機組的日常巡視工作，并在巡視過程中及時發(fā)現(xiàn)問題、及時處理問題。同時，還要加強對風電機組軸承座內(nèi)部的潤滑工作，并及時更換潤滑油。綜上所述，本文針對風力發(fā)電機主軸承的雷電防護問題進行了研究，主要包括以下幾個方面：首先，根據(jù)風電機組主軸承的運行環(huán)境，提出了風電機組主軸承的雷電防護措施。其次，為了滿足風電機組在惡劣天氣下的安全運行需求，提出了風電機組主軸承雷電防護的有效措施。最后，為保障風力發(fā)電機運行過程中主軸承的安全運行，提出了在風力發(fā)電機運行過程中需要加強對主軸承的定期檢測和維護工作，以便及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。
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