华能安徽风电分公司 安徽省合肥市 230000
[摘 要] 根据安庆市怀宁县气象资料，当地多年平均风速2.16m/s，年最高气温接近40度，当风机处于极端高温的环境下运行时，机舱壳体吸收室外热量，加之齿轮箱、发电机运行时产生的热量，机舱内温度高达50℃以上，齿轮箱内部油温高，齿轮油容易发生变化，同时齿轮的磨损加剧，超过齿轮箱运行极限温度，造成风力机组降负荷运行，如何在高温天气保证设备稳定运行，成为风电企业要思考和解决的问题。
[关键词] 风能 风力机组 齿轮箱
1 前言
风能作为一种清洁的可再生能源，符合现代绿色、可持续发展发电模式，改善传统能源结构。安徽省发改委网站2017年12月份公示核准风电项目40个，风力发电在内地低风速地带已进入高速发展期。
目前，在我国如浙江、安徽等华东地区，夏季环境温度高，风速大，持续时间长。风电机组保持较高功率运行时，风力发电运行中，齿轮箱、发电机和控制变频器是大功率机组中的主要散热部件，风力机组主要设备又处于封闭狭小的机舱内，产生的热量不易排出，加之环境温度较高，过热报警故障比较常见，严重的影响风力发电机组安全稳定运行，只能采取限功率运行，甚至停机，严重影响风电场运行的经济性。从实际运行看，机组齿轮箱过热已成普遍现象，齿轮箱在运行中，有一定的功率损失，损失的功率将转换成为热量，使齿轮箱的油温上升，控制齿轮箱的温升是保证风电齿轮箱持久可靠运行的必要条件，提高风力机组高温天气的运行能力刻不容缓。
2风力发电机组的冷却方式
目前华能安徽怀宁风场一期工程25台2MW风力发电机组，全部为明阳智慧能源集团股份公司生产的MY2.0MW常温型风力发电机组。冷却方式为空-空冷却系统，即风力发电机组设备直接与空气进行热交换，利用空气换热，冷却介质为空气。
怀宁风场一期25台风力发电机组，通过实际工作中观测齿轮箱的热平衡受机舱内通风条件的影响较大，发电机与变频器的散热量较小。齿轮箱上装有轴流风机，通过加快空气流动，增加散热。同时机组齿轮箱运行中的热量较大，还配置齿轮箱循环润滑油强冷却系统，利用油泵强制供油，保持齿轮箱油温在允许的最高温度以下运行，此种方式完善可靠。
但是采用空-空冷却方式，换热效率低，需通过多台轴流风机提高散热功率，受环境温度影响较大，如遇空气温度变化大、柳絮灰尘堵塞等情况，风力发电机组就需要限负荷，甚至造成机组停运情况。
3齿轮箱温度高的故障分析
以怀宁风场2018年5月14日到5月16日机组运行情况为例，三天平均风速达9m/s以上，机组基本都在额定负荷运行，机舱外温度35℃，机舱内温度达到50℃左右，出现多台机组齿轮箱驱动端轴承温度高报警，温度均超过80℃报警值，运维人员被迫采取机组限负荷运行措施，避免造成机组停机故障。
齿轮箱驱动端轴承实际运行温度及温度保护定值如下表（以10台机组为例）。
在此之前，风电场已根据季节性特点，对风力发电机组所有滤网进行清洗。但由于柳絮集中在4月、5月份，且兼具爆发快、数量多、范围广、持续时间较长等特点，滤网堵塞现象容易反复出现。因此在大风时间段内，风力发电机组满负荷运行时，因齿轮箱散热器滤网被柳絮灰尘堵塞，造成齿轮箱驱动端轴承运行温度急剧升高，致使大部分风力发电机组不能满出力运行，严重影响风电场的发电效益。
清理过程也较复杂，需拆卸齿轮箱散热器滤网，用带压水枪冲洗滤网，使滤网柳絮灰尘脱落。同时要检查轴流风机电机，用毛刷清理叶轮、辊筒外壳。水冲洗工作需要维护人员携带水枪及登塔工具进行，增加了生产人员的工作量，也无形中增加很多危险，如触电、高空坠落等，同时水冲洗时需要机组退出运行，造成发电损失。
4建议改造方案
3.1建议在风机轮毂与机舱、机舱与塔筒连接处采取措施，因为这两个转动连接处，空隙很大，直接裸露与机舱外部空气接触，风力发电机组运行时机舱内的轴流风机向外排风，形成微负压，造成大量柳絮灰尘从两处空隙进入机舱内部。
风力发电机组在轮毂与机舱、机舱与塔筒连接处的缝隙，大约在5厘米左右，如下图。建议在风力发电机组轮毂与机舱、机舱与塔筒连接处采取安装毛刷等措施，阻隔柳絮灰尘进入机舱。
3.2增大散热器散热面积，可以加快换热，考虑到风电机组机舱内部空间狭小，改造复杂，可行性需要进一步探讨。
3.3随着风力发电技术的不断进步，单机容量的不断增大，风力发电机组的冷却系统也在不断的发展，在大功率机组大部分采用水冷却系统，具有制冷量大，调节能力强，满足大功率机组的冷却需求，同时运行的自身重量小，更有利于在高空运行，满足对于季节、气候变化引起制冷需求的变化时。但对于已投产机组进行水冷却系统改造，施工较复杂，并且要重新核对机舱、塔筒的承载，并不具备现场改造条件，经济效益低。
5 结束语
冷却系统有效运行是保证风力机组高温运行的关键。保持齿轮箱散热器滤网清洁，能够保证冷却介质（空气）有足够的流通量，从而达到良好的散热效果。以上仅以华东地区柳絮引起滤网堵塞为例，还有一些地域沙尘较为严重，也是造成滤网堵塞的主要因素。主动清理固然是一种有效手段，但对人力、物力消耗较大。如能根据地域情况，适时在风力发电机组轮毂与机舱、机舱与塔筒连接处采取安装毛刷等措施，阻隔柳絮灰尘等进入机舱，确保冷却系统有效运行，可以进一步提高风力机组在高温天气环境下的运行能力，获得运行的高可靠性和经济效益。
参考资料
[1] 《MY2.0常温型风力发电机定值表》明阳智慧能源集团股份公司
论文作者:刘海旺,王树军,刘瀚遥
论文发表刊物:《科技新时代》2018年7期
论文发表时间:2018/9/12
标签：齿轮箱论文; 机舱论文; 机组论文; 滤网论文; 风力发电机组论文; 柳絮论文; 温度论文; 《科技新时代》2018年7期论文;