浅谈风力发电机主轴承的雷电防护
2023/7/27 16:20:44 点击：
1.风力发电机雷电防护现状随着我国风电行业的发展，风电机组的单机容量也在不断增大，这为风电场的建设提供了巨大的空间。然而，随着风电机组单机容量的增大，雷击造成的风机损坏事故也随之增多。目前，在国内风电机组上使用最多的防雷措施是避雷针和接地装置，这两种防雷措施能有效地避免雷击事故对风机造成损伤。而在实际工作中，由于雷击事故对风机主轴承的影响往往容易被忽视，从而导致风电机组遭受雷击事故。风力发电机运行时产生的强脉冲电流会通过电缆、光缆等进入到风机主轴承中，由于电缆、光缆具有绝缘性能较差、线路防护等级低等特点，当这些强脉冲电流通过电缆、光缆进入到主轴承中时，会造成主轴承局部温度升高，进而对风电机组造成损伤。在这种情况下，若不采取有效措施对风机主轴承进行防护，那么风力发电机将会因雷击而出现损坏。然而目前国内对于风电机组雷电防护技术研究较少，对风机主轴承雷电防护技术不够重视。因此，必须加强对风电机组雷击事故危害的认识以及对风电机组主轴承雷电防护技术的研究。
2.主轴承结构和雷电放电风机主轴承是由滚动体和滚道组成的滚动接触件，主要承受径向载荷。主轴承内部结构比较复杂，主要包括滚动体、滚道和保持架三部分。在实际工作过程中，由于轴承内部结构不均匀，容易导致滚动体和保持架之间的接触面发生磨损，从而导致整个轴承内部出现不同程度的损伤。当主轴承内部出现磨损后，其内部结构会发生变化，从而导致滚道出现裂纹。在滚道和保持架之间发生磨损时，由于主轴承中的滚动体是由弹性变形引起的，在其两端会产生压力差，从而导致滚道内形成微小的空洞。这些空洞会导致内部空间变小，进而增大了滚道与保持架之间的摩擦力。当摩擦力达到一定程度时，就会在保持架和滚动体之间形成金属接触点。如果该金属接触点接触不紧密时，就会在雷电放电过程中产生较大的感应电流，从而对风电机组主轴承造成破坏。
3.主轴承壳体的散热主轴承壳体的散热问题是一个比较复杂的问题，对此需要综合考虑风机主轴承壳体的设计、加工、装配及使用维护等多方面因素。从风机主轴承壳体的设计来说，其主要是将风轮叶片、主轴承轴承及发电机输出轴等部件安装在壳体中，这种结构设计能够较好地满足风力发电机运行过程中对振动、噪声等性能的要求，但是由于风机主轴承轴承运行时需要承受较大的载荷，因此在主轴承壳体中产生的热量也较大。从风电机组的整个运行过程来看，风机在启动时，其温度比较低，而当风机正常运行时，风机的温度会随着转速升高而升高，这就造成了风机主轴承壳体中热量的大量聚集。如果不对风机主轴承壳体进行及时散热，将会导致其内部温度急剧升高，从而产生严重后果。因此需要采取必要的措施对风机主轴承壳体进行及时散热。为了确保风电机组主轴承壳体的散热效果，可以采取以下措施：①通过在风机主轴承壳体上开孔等方式来进行通风散热；②利用风扇对其进行散热。
4.雷电电磁脉冲对主轴承的影响由于风力发电机的运行环境恶劣，极易受到雷电电磁脉冲的干扰，特别是当风电机组处于低压侧时，受到雷电电磁脉冲的影响更大。这是因为低压侧的雷电电磁脉冲与高压侧不同，在低压侧出现的电磁脉冲不会对主轴承造成影响，但在高压侧则不同。因此，风电机组运行过程中必须做好雷电防护措施。目前，对于风电机组主轴承的雷电防护一般采用电磁屏蔽技术、金属屏蔽技术和电磁兼容技术等。其中，电磁屏蔽技术主要是在风机主轴承内部安装屏蔽罩来实现雷电防护。为了保证风机主轴承的安全运行，必须加强对风电机组主轴承的防护措施。此外，还应在风电机组主轴承中安装过电压保护器和接地装置来实现对风电机组主轴承的保护。其中过电压保护器主要是针对风电机组中所存在的浪涌电压、操作过电压以及过电流等提供保护作用；接地装置则主要是将雷电能量从风电机组上接引到大地，以确保风力发电机能够安全运行。通过上述措施，可以有效降低风电机组主轴承内部感应出来的过电压和过电流，从而提高了风电机组主轴承的抗雷性能。
5.预防措施（1）在风力发电机运行过程中，一旦发现有电流从主轴承内部的电缆、光缆等进入到主轴承，要立即切断该电缆、光缆与风机主轴承之间的连接。（2）对风力发电机主轴承壳体进行全面检查，一旦发现有裂纹等异常情况，要立即进行更换。（3）加强对风电机组的日常巡视工作，并在巡视过程中及时发现问题、及时处理问题。同时，还要加强对风电机组轴承座内部的润滑工作，并及时更换润滑油。
2.主轴承结构和雷电放电风机主轴承是由滚动体和滚道组成的滚动接触件，主要承受径向载荷。主轴承内部结构比较复杂，主要包括滚动体、滚道和保持架三部分。在实际工作过程中，由于轴承内部结构不均匀，容易导致滚动体和保持架之间的接触面发生磨损，从而导致整个轴承内部出现不同程度的损伤。当主轴承内部出现磨损后，其内部结构会发生变化，从而导致滚道出现裂纹。在滚道和保持架之间发生磨损时，由于主轴承中的滚动体是由弹性变形引起的，在其两端会产生压力差，从而导致滚道内形成微小的空洞。这些空洞会导致内部空间变小，进而增大了滚道与保持架之间的摩擦力。当摩擦力达到一定程度时，就会在保持架和滚动体之间形成金属接触点。如果该金属接触点接触不紧密时，就会在雷电放电过程中产生较大的感应电流，从而对风电机组主轴承造成破坏。
3.主轴承壳体的散热主轴承壳体的散热问题是一个比较复杂的问题，对此需要综合考虑风机主轴承壳体的设计、加工、装配及使用维护等多方面因素。从风机主轴承壳体的设计来说，其主要是将风轮叶片、主轴承轴承及发电机输出轴等部件安装在壳体中，这种结构设计能够较好地满足风力发电机运行过程中对振动、噪声等性能的要求，但是由于风机主轴承轴承运行时需要承受较大的载荷，因此在主轴承壳体中产生的热量也较大。从风电机组的整个运行过程来看，风机在启动时，其温度比较低，而当风机正常运行时，风机的温度会随着转速升高而升高，这就造成了风机主轴承壳体中热量的大量聚集。如果不对风机主轴承壳体进行及时散热，将会导致其内部温度急剧升高，从而产生严重后果。因此需要采取必要的措施对风机主轴承壳体进行及时散热。为了确保风电机组主轴承壳体的散热效果，可以采取以下措施：①通过在风机主轴承壳体上开孔等方式来进行通风散热；②利用风扇对其进行散热。
4.雷电电磁脉冲对主轴承的影响由于风力发电机的运行环境恶劣，极易受到雷电电磁脉冲的干扰，特别是当风电机组处于低压侧时，受到雷电电磁脉冲的影响更大。这是因为低压侧的雷电电磁脉冲与高压侧不同，在低压侧出现的电磁脉冲不会对主轴承造成影响，但在高压侧则不同。因此，风电机组运行过程中必须做好雷电防护措施。目前，对于风电机组主轴承的雷电防护一般采用电磁屏蔽技术、金属屏蔽技术和电磁兼容技术等。其中，电磁屏蔽技术主要是在风机主轴承内部安装屏蔽罩来实现雷电防护。为了保证风机主轴承的安全运行，必须加强对风电机组主轴承的防护措施。此外，还应在风电机组主轴承中安装过电压保护器和接地装置来实现对风电机组主轴承的保护。其中过电压保护器主要是针对风电机组中所存在的浪涌电压、操作过电压以及过电流等提供保护作用；接地装置则主要是将雷电能量从风电机组上接引到大地，以确保风力发电机能够安全运行。通过上述措施，可以有效降低风电机组主轴承内部感应出来的过电压和过电流，从而提高了风电机组主轴承的抗雷性能。
5.预防措施（1）在风力发电机运行过程中，一旦发现有电流从主轴承内部的电缆、光缆等进入到主轴承，要立即切断该电缆、光缆与风机主轴承之间的连接。（2）对风力发电机主轴承壳体进行全面检查，一旦发现有裂纹等异常情况，要立即进行更换。（3）加强对风电机组的日常巡视工作，并在巡视过程中及时发现问题、及时处理问题。同时，还要加强对风电机组轴承座内部的润滑工作，并及时更换润滑油。
6.结束语综上所述，本文针对风力发电机主轴承的雷电防护问题进行了研究，主要包括以下几个方面：首先，根据风电机组主轴承的运行环境，提出了风电机组主轴承的雷电防护措施。其次，为了满足风电机组在恶劣天气下的安全运行需求，提出了风电机组主轴承雷电防护的有效措施。最后，为保障风力发电机运行过程中主轴承的安全运行，提出了在风力发电机运行过程中需要加强对主轴承的定期检测和维护工作，以便及时发现问题、解决问题。
内容来源：《中国科技信息》2023年第7期。信息为网络转载，版权归原作者所有，如涉及作品版权问题，请与我们联系，我们将在第一时间进行处理！以上转载内容仅供参考！
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