风力发电齿轮箱运维现状以及发展趋势

风力发电齿轮箱运维现状以及发展趋势

周震

国家能源集团龙源宁夏风力发电有限公司 宁夏银川 750001

摘 要：风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组的核心部件，一旦发生故障，除了高昂的维修费用外，还会引起风力发电机的停机，因此本文通过研究风力发电齿轮箱结构，分析齿轮箱运行过程中常见故障，提出风力发电齿轮箱的发展趋势，以提高风力发电齿轮箱的运行可靠性。

关键词：风力发电齿轮箱；运行维护

风能做为一种清洁能源，越来越受到人们的重视，同时风力发电场建成周期短，在我国特别是近些年，风能的利用有了突飞猛进的发展。风力发电机组中齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速，通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所需求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。齿轮箱安装在塔顶的狭小空间里，一旦出现故障修复非常困难，因此加强齿轮箱的研究，重视对其进行维护保养的工作，显得尤其重要。

1. 齿轮箱总体结构

（1）齿轮箱。当电机以同步速度转动时(即50HZ/500RPM)齿轮箱的比率选择的是低速轴转速以配合叶片的最佳叶尖速度。当风速在15—16米/秒和更高额定输出达到时，叶片叶尖速度和叶尖角度的组合保证了风机通过失速自动进行功率控制。

（2）齿轮箱室。齿轮箱的负荷和作用力通过一边一个的支撑点传送到塔筒和地基，这些支撑点装有坚固的橡胶衬套，可进一步降低风机发出的噪音和振动。齿轮箱根据电机速度提升主轴转速和转子转速，刹车盘装在齿轮箱后端的高速轴上。一个分体套管固定了一个法兰，刹车盘用螺栓固定在法兰上，高速轴与电机通过一个揉性联轴器连接，在齿轮箱室的顶部有一个可移动的检查口。

（3）轴和齿轮。齿轮箱的低速主轴是空心的，它包入了转子轴的后部，转子轴用高强度的分体套管固定。这个转子轴和齿轮箱的特殊连接，形成了一个简单的三点悬挂装置排除了校正的麻烦。

（4）滚柱轴承。齿轮箱中的所有轴承都是高品质的，选用的轴承类型可以在轴向进行轴向移动，而没有轴不平行运动的危险，也不需要进行轴向调节，高速轴的尾部轴承上装有一个PT-100传感器，可提供轴承温度信息。

二、风力发电齿轮箱运行过程中常见故障

2.1齿轮箱油温高

齿轮箱油温高，可能是由于风力发电机组长时间出力过高或者是风力发电机组本身散热系统工作不正常等因素造成。这时我们要根据具体情况，分析造成齿轮箱油温度过高的原因，及时记录有关风力发电机组运行数据，并与正常运行机组对比。首先检查齿轮箱在运行时，是否有异常，如震动声音增大、运行时伴有间歇声音等，这时我们必须立刻停止风力发电机组的运行，通过齿轮箱本体的各个观测孔，仔细检查齿轮箱各个齿面、轴承情况，如果正常，应该采集油样，进行油品分析，看油品是否变质，及时更换润滑油品；其次，有可能由于本身机组在设计时，对风力发电机组散热考虑的疏忽，风力发电机组长时间运行时，机舱内散热性能较差，从而造成齿轮箱油温度上升较快，出现这种情况，只有改善机舱内部散热，才有可能减少齿轮箱油温度上升较快问题，另外，还可以加装齿轮箱润滑油品外循环系统。

2.2齿轮油压力低

一般齿轮油泵出口管路后边有一个用于安全监控循环润滑系统压力的压力开关，齿轮油压力低故障是由该压力开关发信号给计算机的。

齿轮油压力低故障一般是由齿轮箱泵体本身工作不稳定或是由管路口径设计与泵体实际泵油量不相符造成的，在油品温度较高润滑油品粘度较低或油品温度较低润滑油品粘度较大的情况下容易出现该故障。另外，当风力发电机组在满负荷运行时，有可能齿轮箱缺油，而齿轮箱油位传感器未动作，当泵体泵油量小于设定值时，压力开关同样也会动作，也有可能由于压力开关老化，整定值发生偏移，这时就需要重新整定该压力开关动作值。

2.3齿轮油位低

齿轮箱油位的监测，通常是依靠一个安装在保护管中的磁电位置开关来完成的，它可以避免油槽内扰动而引起开关的误动作。同时设定一个浮动开关点，避免由于润滑油品随温度而改变引起油品的粘度和体积波动，不会导致油位开关误动作。

风力发电机组显示齿轮油位低时，应及时登机检查齿轮箱及润滑管路是否渗漏，油位开关工作是否正常，接线是否有松动，如果出现渗漏，应当及时进行处理。另外，由于油温较高，润滑油在齿轮箱外设管路循环时，可能造成齿轮箱本体内油位下降，这种情况一般多出现于新投入的机组，需要补加适量润滑油品，但不能补加过量，过量地补加润滑油品会造成润滑油从高速输出轴或其它部位渗漏

2.4齿轮油泵过载

这类故障多出现在北方的冬季，由于风力发电机组长时间停机，齿轮箱加热元件不能完全加热润滑油品，造成润滑油品粘度变大，当风力发电机组启动，齿轮泵工作时，电机过负荷。出现该类故障后应使机组处于待机状态，逐步加热齿轮油至正常值后再启动风力发电机组，避免由于强制启动风力发电机组时，齿轮油粘度较大造成润滑不良，而损坏啮合齿面或轴承等传动部件。

另一常见原因是由于部分使用年限较长的机组，齿轮油泵电机输出轴油封老化，导致齿轮油品进入接线端子盒，造成端子接触不良，三相电流不平衡，出现齿轮油泵过载故障，更严重的情况是齿轮油品会大量进入齿轮油泵电机绕组，破坏绕组气隙，造成齿轮油泵过载。出现上述情况后应更换油封，清洗接线端子盒及电机绕组，并加温干燥后重新恢复齿轮泵运行。

三、风力发电齿轮箱的日常维护与定期维护

3.1齿轮箱的日常维护

风力发电机组齿轮箱的日常运行维护内容主要包括：设备外观检查、噪音测试、油位检查、油温、电气接线检查等。具体工作任务包括：持续大风天气时，在中控室应注意观察齿轮油温、轴承温度；登机巡视风力发电机组时，应注意检查齿轮箱油位，检查齿轮泵接线、箱体及润滑管路有无渗漏现象，外设的润滑管路有无松动，清洁齿轮箱；离开机舱前，应开机听齿轮箱及齿轮泵运行有无异常声音。

利用油标尺或油位窗检查油位是否正常，借助玻璃油窗观察油色是否正常，发现油位偏低应及时补充并查找具体渗漏点，及时处理。如果滤清器压差传感器报警应尽快更换滤芯，检查滤芯是否有铁屑并彻底清洗内部，如有较多铁屑应该化验齿轮箱润滑油品，通过化验结果，判断齿轮箱是否有潜在的危险。将新的滤芯安装到机组上后，应开机听齿轮泵和齿轮箱运行声音是否正常，观察齿轮泵出口压力表，压力是否正常。安装滤清器外壳时应注意对正螺纹，均匀用力，避免损伤螺纹和密封圈。

3.2定期维护

风力发电机组每年定期进行两次维护，即 2500h 和5000h 维护。2500h维护主要内容：润滑油脂的加注、传感器功能测试、传动部件的紧固；5000h 维护主要包括：力矩检查、传感器功能测试、机组常见故障的排除等。齿轮箱的运行情况，可以通过这两次维护进行检测，只有认真仔细完成齿轮箱全部检查项目，才能确保齿轮箱的平稳运行。

四、风力发电齿轮箱运维的发展趋势

4.1精细化运维

根据风场齿轮箱历年的运行数据，结合齿轮箱的结构，与齿轮箱制造商或者专业的第三方制定有针对性的运维计划以及运维要求，减少不必要的浪费。同时，对风场运维人员进行运维计划、要求以及技术专业培训，提升运维人员整体技术水平。

4.2智能监控系统

目前行业上的ＣＭＳ系统主要是齿轮箱在线测振系统，但ＣＭＳ系统只能做到警报自动化，即齿轮箱出现故障后自动报警，但无法自动分析具体是哪个零件出现故障，只能通过人工分析振动频谱来判断。而且很多ＣＭＳ系统出现警报时，齿轮箱已处于故障中后期。这也是未来ＣＭＳ系统的发展方向，即通过分析频谱来判断出现故障的零件，同时也可以发现零件早期故障

结 语：

齿轮箱在风力发电机组中有很重要的作用，所以要加强对齿轮箱的运行管理及日常维护，把故障消灭在萌芽状态，从而提高风电机组的可靠率及降低发电成本，也大大地减少了维护成本。

参考文献：

［1］申凯．风力发电齿轮箱机械设计存在的问题及对策研究［J］．科技风，2018，358(26) :215．

!"结语