摘要：风力发电机组是一个非常复杂的系统，造成齿轮箱温度过高的因素较多；本文分析了齿轮箱过温原因，介绍了齿轮箱温度抑制的传统方法，提出齿轮箱温度抑制的智能过滤系统，结合实例分析齿轮箱油冷风扇智能过滤系统对齿轮箱温度的抑制。
关键词：风力发电机组，齿轮箱，温度抑制，智能过滤系统
近年来，风电装机容量快速发展，为企业带来了显著的经济效益和社会效益，但也面临一些设备问题，比如，风机齿轮箱过温问题在多种机型上都有出现，在某些机组上更为突出，相关人员一直未找到有效的解决方案，因此，找出一种经济、实用的改造办法显得非常有必要。
1齿轮箱过温原因分析
齿轮箱过温的原因主要有以下几点：(1)齿轮箱的传动效率降低，发热量增大。(2)温控换向阀失效，导致部分流量不经过散热器而直接回到齿轮箱。(3)散热片有漏油或渗油现象出现，灰尘会快速黏附堵塞散热片，降低散热能力。(4)散热片设计不合理。为增大散热面积，散热片设计采用了交错排列的翅片，当环境空气中有大的灰尘颗粒、杨絮、柳絮时，易堵塞，使通风量减小，冷却效率下降。(5)齿轮油质量因素。油品劣化，润滑油中金属颗粒、氧化生成物、水分等超标，使润滑质量下降，发热量增大，导致过温。(6)设计使用环境与实际使用环境有差异，比如环境温度、机舱温度影响等。
2齿轮箱温度抑制的传统方法
2.1更换大功率的冷却器
风电机组齿轮箱的油温过温时，可以通过提高润滑系统的热交换能力，增加系统中“风/油冷却器”的当量冷却功率，也就是在不改变原有油路及风机结构的情况下，设计更大功率的冷却器更换原有的冷却器，达到降低齿轮箱油温的目的。
2.2加装独立冷却器
为了提高润滑系统的热交换能力，降低齿轮箱的温度，风电机组在原有冷却系统中增加一个独立的风冷式油冷却器，配合原来的冷却器工作，油路采用与原冷却器相串联的方式联接。但是，此方案在散热器堵塞后完全失效。
在散热器的表面散热片的下方安装过滤网，可以防止柳絮、杨絮、颗粒灰尘等堵塞散热器表面，但由于过滤网杂絮繁多而堵塞，降低散热器的散热效果，甚至造成散热器无法散热。因此，过滤网需要定期进行人工更换。
3齿轮箱温度抑制的智能过滤系统
齿轮箱油冷风扇智能过滤系统由控制系统、伺服电动机和过滤装置3部分组成。
3.1过滤装置的结构
齿轮箱油冷风扇智能过滤系统中的过滤装置的结构如图1所示，主要由滚轴、框架、阻尼系统、齿轮和过滤网组成。
(1)滚轴
滚轴必须结实耐用且机械强度高，可以保障系统的使用年限，并配置振动较小且稳定性能高的阻尼轴承，提高系统的工作效率。为了防止过滤网反转，其中1个轴承是单向轴承。
(2)框架
框架选用德标50×50铝型材，具有结构紧固、结实耐用、防腐蚀性能强、防震抗拉等特点，保障系统稳定牢固。
(3)阻尼系统
阻尼系统安装在从动侧过滤网导轮轴的两侧，保证了过滤网一直处于被拉伸状态，不会倾斜而跑出轨道。当伺服电动机结束运行后，阻尼系统还可以防止从动部分因为轻微的惯性或者机舱振动，导致过滤网继续向前移动。
(4)齿轮
(5)过滤网
过滤网选用高密度、耐风化、耐腐蚀且具有静电吸尘作用的304不锈钢80目材质，空气通透性优异，可以有效地过滤灰尘、柳絮、杨絮、沙粒等，保障高质量的过滤效果和散热器散热效果。
3.2智能过滤系统的工作原理
将齿轮箱油冷风扇智能过滤系统安装在内蒙古华电新能源分公司风力发电机组上。智能过滤系统的过滤装置安装在散热器的表面，齿轮箱内部装有温度探测器，控制系统时刻监测温度探测器反馈的温度。当监测温度达到设置的温度限定值时，说明过滤网堵塞严重影响散热器的散热效果，此时控制系统发出信号使过滤装置中的伺服电动机起动。伺服电动机通过同步齿形带带动过滤网导轮轴转动，将堵塞的过滤网卷起，释放新的或洁净的过滤网，保证散热器的散热效果。
3.3智能过滤系统的优点
该过滤装置稳固性好，安装方向灵活，可以安装在水平散热器表面、立式散热器表面、倾斜散热器表面等。过滤网通过伺服电动机实现了连续自动更换的智能控制，具有重复利用性，即过滤网在一侧丝网导轮轴旋转完毕后可取下进行清洗后再次利用，实现节约成本。清洗后再次安装过程中可更改伺服电动机的运行时间，远程控制自动卷入新网。伺服电动机的驱动性能好，采用配备1:76变速比减速器的永磁无刷直流伺服电动机，具有低速大转矩的特点。阻尼系统保证了过滤网始终处于轨道内且为拉伸状态。
3.4实例分析
内蒙古华电新能源分公司风电机组安装了齿轮箱油冷风扇智能过滤系统，而12#、14#、15#风电机组没有安装此系统，当风电机组有功功率在1000kW以上运行时，各个部位温度现场采集的平均数值如表1所示。
表1风电机组各部位温度现场采集的平均数值
表1中的平均差值是指13#风电机组分别与12#、14#、15#风电机组温度差值的平均值。通过表1的数据分析可知，安装了齿轮箱油冷风扇智能过滤系统的13#风电机组，与没有安装齿轮箱油冷风扇智能过滤系统的12#、14#、15#风电机组相比较，200齿轮油温平均降低了8.57℃，203齿轮轴承温度平均降低了9.00℃，222齿轮轴承温度平均降低了6.35℃。30s风电机组运行的平均风速高0.06m/s，风速几乎相等。根据表1可知，若环境温度继续上升，13#风电机组由于安装了齿轮箱油冷风扇智能过滤系统，可以继续并网运行，而12#、14#、15#风电机组则被迫停机，所以13#风电机组并网运行时间会更长，发电量会更多，输出有功功率也会更大。
3.5经济效益分析
内蒙古华电新能源分公司的风电机组每台容量为1.5MW，由于高温大风天气导致风电机组大面积停机，1台风电机组停机1h损失电量为1.5MW，若一次停机4小时，损失电量为6MW。如果1台风电机组一年出现5次停机，损失电量为30MW，按照风电上网电价0.6元/(kW•h)标准计算，1台风电机组每年的直接损失经济效益为18000元。由此可见，风电机组安装齿轮箱油冷风扇智能过滤系统后，可以降低机组的停机次数，有效地提高了风电机组的并网运行时间，提高风电场的发电量，进而提高风电场的经济效益。
综上，以改善齿轮箱散热效果为目的，本文结合齿轮箱过温原因分析，提出了多种改造方案，并进行了经济性、实效性对比、分析。风电场根据自身设备情况选用合适的改造方案，可有效降低齿轮箱油温，避免齿轮油超温停机，延长齿轮箱整体使用寿命。
参考文献
[1]马铁强，孙德滨，苏阳阳，王士荣.风力发电机组机舱温度场均匀性控制研究及应用[J].重型机械，2017(05).
[2]张上.风力发电机组齿轮箱油温高原因及散热改造方案分析[J].科技与创新，2015(18).
论文作者:邸伟1,王晓宇2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：齿轮箱论文; 机组论文; 过滤网论文; 风电论文; 系统论文; 温度论文; 散热器论文; 《电力设备》2018年第16期论文;