风电机组齿轮箱高温问题处理分析

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2019.13.134

风电机组齿轮箱高温问题处理分析

刘家慧

(华能呼伦贝尔风力发电有限公司 内蒙古呼伦贝尔 021000)

摘 要：随着社会的飞速发展，我国电力需求与日俱增，电力供应压力越来越大。尤其是近些年，随着节能减排工作的顺利开展，风能发电成为了缓解供电压力的中坚力量。风电机组作为风力发电的核心设备，其高效、稳定地运行显得尤为重要。但是，在实际运行过程中，由于多方面因素干扰，风电机组齿轮箱的冷却效果不理想，即使经过反复清洗修理，齿轮箱的高温问题仍未改善。本文将以1500kW风电机组为例，对洗轮箱的高温问题以及处理措施进行分析探究。关键词：风电机 齿轮 高温处理中图分类号：TG457.25 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)05(a)-0134-02

1 齿轮箱高温问题的影响

1.1 风电机组功率运行

齿轮箱温度过高，会使风机低功率运行，甚至导致停机，这严重降低了风力发电机组的工作效率，造成极大的经济损失。就目前而言，齿轮箱超温现象时有发生，据不完全统计，每年浪费电量要高达发电小时数的5%~10%左右，更有甚者，达到数十万瓦。而随着运行时间增加，机组无法稳定带满负荷运行的问题越来越严重。面对这种情况，有些制造厂商私自更改齿轮油箱的最高温度限定值，为润滑系统的正常、稳定运行埋下了安全隐患。1.2 降低齿轮箱与润滑油的寿命周期

对于全合成润滑油（如齿轮油等）而言，每当温度提高10℃，齿轮油的使用寿命将随之减少50%左右。而在持续高温的环境下，润滑油氧化速度加快，对其粘温性造成影响，进而引起品变质、油耗变大等一系列问题。与此同时，在润滑油氧化的过程中，其发泡特性不断提升，导致油膜刚度降低，润滑性能减弱，加剧齿面、轴承间的磨损，出现齿轮传动失效、工作齿面偏载等现象，导致齿轮箱工作效率低下、使用寿命缩短。1.3 减弱机舱的通风能力

齿轮箱温度过高，将会严重影响风电机组的机舱冷却能力，导致机舱与环境温度差值较大。换言之，机舱温度与环境温度差值越大，意味着风电机组的机舱整体冷却系统的问题就越大。同时，高温环境下，机舱内电气元件老化现象显

著，极易发生安全故障。尤其是在夏季等高温气候，风电机组的电气故障现象频发，这与冷却能力低下脱不开关系。

2 高温原因分析

2.1 齿轮箱运行效率降低

齿轮箱的出厂润滑系统主要有铝管铝翅片冷却器、管道、油泵以及过滤器等。当发电机组功率为1500kW时，冷却器的额定功率通常设计为47kW；设计条件如下：环境温度＜40℃，齿轮箱传动功率＞97.5%，齿轮箱温度＜75℃。当运行时间增加，齿轮箱无法实现满载运行，且运行过程中产生大量热量，导致散热效果与散热需求失衡。2.2 实际散热效果下降

环境温度明显低于散热器进风口温度，大约维持在10℃，这比设计值要高出一倍。在对散热器阻塞、管道设计缺陷等诸多因素进行综合考量后，散热器进风口的温度很可能还会增加。

2.3 冷却风扇流量达不到设定值

在额定功率下，本文研究的风电机组的冷却风扇的设定风量为15900m3/h。而在与冷却器组合完成后，经测量，实际运行过程中的风量仅为10500m3/h，这显然无法达到冷却器的冷却系统运行需求。2.4 散热翅片结构不合理

由于散热器的空气侧翅片面受到较大阻力，极易引起阻塞问题。而油路管道内的翅片分布集中，造成杂质积累，提高内循环阻力，削弱了循环倍率，导致冷却效果不佳。2.5 散热器的进风口温度过高

散热器进风口温度在最大设计限值（45℃）以上，究其

表1 同功率下改造前后油温差分析环境温度

10℃~15℃15℃~20℃20℃~25℃25℃~30℃

改造前后的油温差（℃）

基本相同4.195.38

9.6810.91

图1 散热器结构调整前后对比

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30℃~35℃

工业技术

原因，主要有以下两点：其一，风电机组运行过程中，机舱发热量大，在有限时间内，无法全部快速排出；其二，风电机组的机舱内外的热交换效果不佳，导致机舱温度不断增加。当齿轮箱发出温度报警时，机舱内的温度也许还在设计极限值以下。

2019 NO.13Science and Technology Innovation Herald科技创新导报4.2 改造后风电机组的运行情况

4.2.1 更换风扇前后散热器进口温度与环境温度的差值对比分析

散热器的进风口温度就是机舱的温度，因此，散热器的冷却效果与机舱温度成反比关系。机舱温度越高，冷却效果越差。而机舱温度主要由运行散热量、散热器通风能力决定的。对于同一风电机组，机舱发热量一般会保持不变。因此，散热器的通风效果是影响机舱温度的决定性因素。经实践验证，功率相同的条件下，改造后的风电机组，其机舱通风能力明显提高，机舱内外环境的温度差有效减小，其他元器件的散热效果也有不同程度的提升。

4.2.2 改造前后齿轮箱油温对比分析

环境温度不同，齿轮箱的油温也会存在一定差异。改造后，齿轮箱油温有所降低，解决了因限功率造成的电量损失比重约为5%，该项优化措施增加的经济收益在数万左右。同时，环境温度提高，齿轮箱箱改造前后的有温差也会随之增加。具体数据如表1所示。

3 处理方案

3.1 调整散热器结构

如图1所示，改造前：散热器的翅片结构是锯齿形状，在中间部位存在突出，不易于清理维修，影响排污效果，尤其是对柳絮状污物极易残留。改造后：翅片为浅波纹形状，有效解决了堵塞问题，有助于提高散热功率提、降低空气阻力。

3.2 更换齿轮箱冷却风扇

叶片是影响风冷冷却器风量的重要因素。在满足电机功率以及叶片安装等要求的基础上，应科学选择叶片规格型号，并采取合理措施，不断优化叶片形状、角度以及曲率等参数。加大冷却器排风量可以有效提升散热器（风冷型）的散热效果，同时还有利于改善齿轮箱机舱的作业环境，实现降温作用。同样，这对于发电机以及变频器等电器元件的散热降温都是有益的。

参考文献

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[2] 李广伟,赵登利,于良峰.风电齿轮箱润滑系统故障分析及解决方案[J].风能,2015(11):90-92.

[3] 孙昊.风电机组齿轮箱高温问题处理分析[J].风能,2018(11):84-87.

4 结论分析

4.1 改造前数据分析

环境温度：19.35℃；机舱均温度31.24℃；齿轮箱均温度61.75℃。其中，油温＞75℃油温点数为1462，平均温度达到3124℃。由于在实际运行过程中，齿轮箱温度在75℃以上，导致机组功率受限，造成高达4.4万多千瓦的电量损失，相当于机组发电量的5%左右。

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方法[J]．电力电子技术，2004，38（1）:33-35.

[4] 罗伟, 张明焱．基于Saber的Buck电路仿真与分析[J]．电力系统及其自动化学报，2007，19（3）:122-124.[5] 刘康珍，张延安．用Saber作交直交系统仿真[J]．电气开关，2008（6）:63-.

本文通过合理的设计，基本实现了Buck电路的软开关。分析了主电路的工作原理，针对开关管的工作特性，设计了辅助电路，选择各种元器件参数，完成了仿真模型的建立，分析方法和硬件参数的理论推导。通过仿真软件对控制系统进行仿真研究，分析其中的关键器件和参数，以保证主开关管和辅助开关管的零电压导通。

本文讨论的只是Buck电路的其中一种的软开关实现方法，由于软开关技术还处于飞速发展的阶段，各式各样的软开关拓扑也是层出不穷，相信在不久的将来，一定会有更加先进的软开关技术呈现在世人面前。

参考文献

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