摘要：本文根据我国目前风电行业主流风电机组运行情况，以双馈风电机为背景，分析风力发电机齿轮箱在运行过程存在油温高限功率原因，重点讨论运行阶段的突出问题及应对措施。
关键词：风电 双馈 齿轮箱 油温高
Abstract：According to the current situation of mainstream wind turbines in China's wind power industry, this paper analyzes the reasons for the high power limit of oil temperature in the operation of wind turbine gearboxes in the background of Doubly-fed wind turbine, focusing on the outstanding problems and countermeasures in the operation phase.
Key word：Wind turbine，Doubly-fed，Gearbox，High oil temperature
一、引言
双馈风电机组齿轮箱传动系统在机组投产初期运行情况表现稳定，各项运行参数均在设计范围内，但随着运行周期的延长，由于机组运行工况不佳、机组技术监督工作执行不到位等原因，齿轮箱的缺陷日逐明显，主要表现断齿、点蚀、卡死、轴承损坏、断轴、油温高等，本文重点叙述齿轮箱油温高故障的原因研判及应对措施。
二、齿轮箱
齿轮箱作为风电机的关键部件，常见的兆瓦型机组齿轮箱有一级行星和两级平行轴齿轮传动、两级行星和一级平行轴齿轮传动、内啮合齿轮分流定轴传动等方案，内部齿轮的润滑方式主要有飞溅式、压力强制式及混合式，在油箱和主要的轴承处设置温度传感器以控制油温，在箱体上设备相应的仪表和控制线路以确保齿轮箱正常运行。
三、齿轮箱油温高原因
风电场实际运行过程中，由于机组维护不善、技术监督工作不到位等原因，齿轮箱油温高故障日渐突出，综合实际运行情况，可归纳五方面原因。
3.1 技术监督开展不到位
发电企业为保证设备在设计工况条件运行，在齿轮箱金属技术监督方面均有相关规定和要求，由于实施或管理不到位，齿轮箱的故障日渐突出，造成维修成本高，为保证企业效益，齿轮箱带病运行成为一种常态，最后多以机组被迫停机，齿轮箱下架返厂维修。
3.2 油品劣化
根据《GBT 19073-2008风力发电机组 齿轮箱》及油品化学技术监督规定要求，应定期采集齿轮箱油开展化验工作，重点检测油的黏度、清洁度、水分、铁元素、酸值等重要标指，根据检验结果判定齿轮箱运行工况并制定相应措施。
由于油品劣化引发齿轮箱油温高的主要原因是油品内杂质含量超标、油品结焦在油管、热交换器内表面附着，另外油品质量也严重影响阀块及阀件的使用寿命降低，严重时阀件卡死或内泄严重，以上现象导致的直接后果是用于热交换的油品流量减少，热交换能力降低。
3.3 热交换器效率降低
由于日常维护定检工作开展不力，齿轮箱运行环境日趋恶化，受影响最严重的就是热交换器，热交换器表面附着灰尘、油渍、柳絮等杂物，严重制约散热片热交换能力。
3.4 阀件失效
通常齿轮箱散热系统采用温控阀、单向阀、电磁球阀等阀件作为控制油量的主要器件，由于过滤系统失效，油品杂质含量超标导致阀件内部磨损严重，导致阀件内泄过大或阀件卡死，油量循环减少最后演变为油温高故障；后续齿轮箱长时间油温过高，导致温控阀温包失效，阀芯不动作也是油温高的主要原因。
3.5 齿轮箱内部故障
油温高的主要原因，如轴承失效过热、齿面啮合不良、齿面胶合等，此类故障多以塔上停机更换失效部件，如失效部位在低速级或中间级必须下架返厂处理。
四、解决方案及应对措施
齿轮箱油温高故障的后果主要表现为机组停机或限功率运行，直接影响风电机组发电能力，同时长此以往齿轮箱的使用寿命大大缩减，不利于风电场安全稳定运行。针对以原因，各发电企业及设备制造厂家推出一系列解决方案，并在部分风电场机组实施应用。
4.1 设计新的散热器
新散热片的设计改动有两个方面，一是在充分考虑机舱空间限度问题，增大散热器面积，提高散热片的散热效率，根据机组不同、空间大小不同，新散热片的热交换能力可提升10kW至25kW不等。二是更换导风罩，通过优化导风罩外形，提高散热片总成的通风效果，增加散热片通风量，从而提升散热效果。三是调整散热片排布方式，结合机组实际工况及各类试验结果，散热片堵塞的很大原因是杂物难以通过翅片空隙（如图1），如增大翅片间隙则降低散热效率，所以最终解决方案是排布整齐的翅片形式，提高杂物及尘土的通过能力（如图2）。
图1
图2
四是改变散热片安装角度，在机舱空间允许的情况下，尽可能将散热进油口向上，以保证油顺畅通过散热片，减少泵油压力，提高单位时间内通过油量。
4.2 设计新的阀块组件
原齿轮箱散热阀块组件多以温控阀为主，主要代表厂商是贺德克，设计理念是以温控阀为主要控制阀件，控制油大循环和小循环，但由于实际工况恶劣，机组维护或定检不及时问题常有高温情况，而温控阀最脆弱的部分就是温包，温包如长期在高温环境下很容易失效导致阀芯不动作。以华锐SL1500型机组为例，典型温控阀为代表的冷却系统，常出的的油温故障原因多以温控阀失效为主。
为有效解决温阀失效问题，部分厂商提出使用单向阀替代温控阀方案（如图3）。
图3
原理是根据油温直接影响油品的粘度，如温度较低，油的黏度大，循环回路压力大，单向阀被顶开，循环油不经过散热器直接回流齿轮箱，如温度较高，油压降低，单向阀关闭散热片旁路，油从散热片内通过散热，如温度界于关闭门槛温度和开启门槛温度之间时，单向阀处于半开放状态，由此只要确定单向阀的开启和关闭压力即可实现油品的正常散热功能。
五、结束语
风电有着取之不竭、用之不尽的发展前景，但风力发电设备的前期投资大、后期维护成本高是各发电企业为之困扰的主要问题，有效解决风力机组运维护中常见故障是提升机组健康水平和发电能力有效手段。
参考文献：
[1] GB 5903-2011 工业闭式齿轮油
[2] GB/T 29414-2012 散热器恒温控制阀
[3] GBT 19073-2008 风力发电机组 齿轮箱
[4]风力发电技术与风电场工程作者:杨校生
论文作者:张毅,范建东
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/15
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