淺談風電齒輪箱溫度異常診斷流程

顧龍月

摘 要：風電齒輪箱出現溫度報警時，需要對齒輪箱進行檢查，確認問題環節并進行解決，然后恢復機組運行。溫度報警一般分為油溫報警和軸承溫度報警。油溫報警進一步檢查壓力，確認是泵油問題還是冷卻問題，進而鎖定可能原因進行排查；軸承溫度報警進一步檢查是軸承本身損壞、游隙問題還是軸承潤滑問題。系統的診斷流程，可以大大提高現場的診斷效率。

關鍵詞：溫度 壓力 軸承 潤滑 冷卻 溫控閥

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0105-02

近年來全國累計風機裝機容量逐年攀升，風電齒輪箱作為風力發電機的主要機械部件，隨著使用年限的增加，運維市場也越來越大。一旦齒輪箱發生嚴重故障需要更換，將造成重大損失。因此提前預防，及時監控齒輪箱的運行狀態顯得非常重要。風電齒輪箱一般有溫度傳感器來監控齒輪箱軸承及潤滑油的溫度，壓力傳感器來監控潤滑油的供油壓力。本文以1.5MW風機為例，對風電場常見的溫度異常故障進行理論分析，給出系統的診斷流程，幫助風電運維人員更高效地解決問題。

1 風電齒輪箱潤滑冷卻原理

1.5MW風電齒輪箱一般都配備一套潤滑油過濾冷卻系統，保證齒輪箱各齒輪嚙合點及軸承的強制潤滑。潤滑系統一般采用齒輪泵（有的齒輪箱會配有機械泵）從齒輪箱內部吸油，泵出的潤滑油經過濾器過濾后分兩路，一路（當油溫≤40℃時）直接進入分配器，一路經過冷卻器后再進入分配器，當油溫至55℃時，潤滑油完全經過冷卻器后進入分配器。這樣潤滑油不停地循環、冷卻，不斷地帶走齒輪箱發出的熱量，維持油溫不超過80℃。

2 風電齒輪箱傳感器設置

風電齒輪箱出廠時一般設置以下傳感器：油池PT100、高速軸電機側PT100、高速軸葉片側PT100、油路分配器PT100以及油路分配器壓力傳感器。如果系統不能穩定運行，上述元件中的某個會輸出不正常的信號，提示系統有異常。

3 溫度異常的表現

風電齒輪箱溫度異常，可分為潤滑油溫度高和軸承溫度高兩類。

4 溫度異常的診斷流程

4.1 傳感器的可靠性檢查

風力發電機組出現溫度報警，首先應查看報警數據，為了保證報警數據的準確性，第一步應當排查PT100是否能正常工作。

4.2 報警數據的分類

查看報警數據，判斷溫度異常屬于油溫報警還是軸承溫度報警。

4.3 油溫報警的診斷

發現油溫報警后，可以結合入口壓力來進行診斷。如油壓偏低，一般認為潤滑油過濾冷卻系統的泵油出現問題；如油壓正常，一般認為潤滑油過濾冷卻系統的冷卻功能出現問題。

4.3.1 系統泵油問題診斷

系統泵油出現問題后，一般排查泵油相關部件是否有異常。風電齒輪箱泵油相關問題主要可能為機械泵、電機泵、以及溢流問題。

（1）機械泵泵油問題。

排查機械泵泵油問題，一般將機械泵出油管擰松，查看運行時是否有油泵出。

①機械泵本身損壞，泵油功能減退或喪失。

②機械泵透氣問題，導致機械泵不出油。

③機械泵進出油管堵塞，油管堵塞后也會造成泵油問題。

④機械泵進油口球閥關閉。

⑤機械泵驅動齒輪損壞，無法驅動機械泵運轉，導致泵油問題。

（2）電機泵泵油問題。

①電機泵齒輪泵本身損壞，無法泵出潤滑油。

②齒輪泵密封失效，導致漏氣，泵油功能減退或喪失。

③油泵電機與齒輪泵聯軸器磨損，齒輪泵無可靠驅動，造成泵油問題。

④油泵電機反轉，造成無法泵油。

⑤油泵電機損壞，造成無法泵油。

⑥主吸油管堵塞，造成電機泵無法泵油。

⑦主吸油管球閥關閉。

（3）溢流問題。

溢流問題主要表現為：潤滑油不經過冷卻器，直接從溢流閥回流至齒輪箱，造成系統溫度持續升高，最終報警。檢查時只需檢查溢流管是否有油即可判定是否存在溢流問題。

4.3.2 系統冷卻問題診斷

從圖1可以看出，潤滑油從過濾器流出后，先經過溫控閥，然后直接進入油路分配器或經過冷卻器后進入油路分配器。系統冷卻問題，可能原因為潤滑油未進入冷卻器或冷卻器本身冷卻能力問題。

（1）溫控閥問題。

溫控閥可根據油溫的變化，改變潤滑油的流向。油溫較低時，溫控閥控制潤滑油直接進入油路分配器；油溫較高時，溫控閥控制潤滑油經過冷卻器后再進入油路分配器。當溫控閥出現故障，潤滑油溫度較高時無法從直通油路切換到冷卻油路，高溫潤滑油得不到冷卻，系統的溫度就會持續上升，直至溫度報警。

（2）冷卻器問題。

風電齒輪箱冷卻器一般有風冷卻器和水冷卻器兩種。風冷卻器使用空氣對高溫潤滑油進行冷卻，水冷卻器以冷卻水為冷卻介質對高溫潤滑油進行冷卻。

①風冷卻器問題。

第一，冷卻器電機反轉，空氣無法通過散熱片冷卻潤滑油。

第二，冷卻器電機損壞，無空氣通過散熱片。

第三，散熱片空氣通道被毛絮灰塵堵塞，限制空氣通過，冷卻能力下降。

第四，過濾器堵塞后未及時更換，大顆粒介質堵住散熱片油流通道，導致冷卻能力下降。

第五，散熱片長期使用后，油泥在散熱片中沉積，導致冷卻能力下降。

第六，冷卻器散熱片旁路單向閥異常開啟。

②水冷卻器問題。

第一，冷卻水泄漏或不足，導致冷卻能力下降。

第二，冷卻水泵不能正常工作，導致冷卻能力下降。

4.4 軸承溫度報警的診斷

軸承溫度報警，首先診斷是所有軸承溫度都高，還是某個軸承溫度高報警，溫度遠超另一個軸承。所有軸承溫度均高的情況歸根結底還是油溫高的問題，按4.3油溫報警問題進行診斷。某個軸承溫度高，其余軸承、油溫正常，排除了系統異常的可能性，可以以該軸承的特性來診斷溫度高的可能原因。

4.4.1 軸承潤滑問題

如果該特定軸承的局部潤滑油路堵塞，會造成該特定軸承溫度高。常用的診斷方法為通過潤滑油量判斷油路是否堵塞。

4.4.2 軸承本身的問題

（1）軸承滾子滾道有剝落、裂紋等故障，導致運行時發熱量升高，造成該軸承溫度高報警。

（2）軸承本身游隙過小，運行時溫度升高，導致軸承溫度報警。

5 結語

通過流程化的診斷，可以大大提高診斷的效率，縮短停機時間，減小發電量損失。

參考文獻

[1] 董萬里.風電產業及后市場發展[EB/OL].北極星風力發電網，2018-11-20.

[2] 南高齒.風電主齒輪箱使用說明書[Z].南高高速齒輪制造有限公司，2015.