低溫型風電機組齒輪箱電動油泵循環回路缺陷分析

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(華能白城風力發電有限公司，吉林 白城 137000)

1 齒輪箱強制潤滑及冷卻回路故障情況

(1)低溫型風力發電機組安裝位置往往在高山，荒野,退化的草原,隔壁等地區,風電機組齒輪箱強制潤滑設備受惡劣環境影響，尤其在寒冷的冬季，齒輪箱強制潤滑及冷卻系統的電動油泵循環回路故障較多，油泵電機軸承聲音異常、油循環噪音、散熱器不流通，散熱器泄漏，油管泄漏，潤滑壓力低等故障。

(2)油泵電機過負荷造成電源開關跳閘，電機繞組燒毀。

(3)油管開裂滲油，油管磨破噴油，油循環回路溢流閥動作或損壞。

2 故障原因

(1)油泵電機異常噪音 ，通過傾聽電機發出的聲音，如果發出咕嚕聲可能是軸承滾珠或軸承滾道磨損；

若發出咝咝的干磨聲可能是因為軸承潤滑油脂失去潤滑特性變成干油泥，軸承發出干磨的聲音；

轉子軸承與電機端蓋之間磨損松動也會引起噪音，軸承與端蓋之間產生了滑動摩擦，端蓋磨損后若引起定轉子產生摩擦形成定轉子掃堂故障。

電機和油泵經長期高溫作用，電機輸出軸和油泵之間的緩沖墊產生磨損或變形，致使油泵電機輸出軸與油泵輸入軸之間失去彈性連接而產生機械振動。

冬季在油泵電機運行時，油管路發出哞哞異常噪音，主要是潤滑油在低溫狀態下，油管內的潤滑油凝結流動時產生助力發出的聲音；

散熱器一般安裝在機艙頂部與外界環境接觸，在冬季散熱器內遺留的潤滑油在低溫下凝結，對油循環造成很大的阻力，齒輪箱潤滑系統為了防止散熱器堵塞或者其他異常情況導致散熱器輸入輸出兩端壓差過大而損壞散熱器片,在散熱油路設置一個6 bar的單向閥,若冬季散熱器內凝結的潤滑油造成散熱器輸入與輸出的差壓超過6 bar,潤滑油就不經過散熱器，而是只是通過散熱器旁路直接流回齒輪箱,現場檢查易判斷為散熱器堵塞，此時齒輪箱即是在冬季也會報高溫越限故障。如果此單向閥損壞差壓超過6 bar不動作，高壓潤滑油在散熱器進口處產生很大的壓力，若超過散熱器本身承受的壓力值，散熱器就會泄漏。

(2)在北方的冬季，由于風速達到風力發電機組啟動風速時，才啟動運行，若處于待風狀態長時間停機，齒輪箱加熱元件不能加熱油管、過濾器、散熱器等強制潤滑循環系統的潤滑油，造成潤滑油粘度變大，當風力發電機組啟動，齒輪泵工作時，電機就會過負荷。造成油泵電機開關過流跳閘，嚴重時燒毀電機繞組。風電機組在運行過程中，突然故障停機對風電機組傳動鏈系統造成機械損傷，影響機組的運行壽命。

(3)齒輪箱上的膠皮油管在冬季容易出現泄漏故障，因為低溫環境下膠皮油管變硬變脆。若油管經軟塑料夾固定后，油管不能完全與齒輪箱體隔離，存在接觸現象，齒輪箱在運行時就會與油管產生摩擦。因為[2]齒輪箱通過彈性支撐裝置與機架連接，齒輪箱運行時會在彈性支撐上擺動。油管就會和齒輪箱產生相對滑動，長期下去油管就會磨漏，造成嚴重的漏油問題。在北方的冬季，潤滑油粘度大，一旦泄露，高粘度的潤滑油，附著在爬梯、地板、電氣設備等上，很難清理干凈，對工作人員和風電設備造成嚴重的安全隱患。

(4)齒輪箱潤滑系統還設置一個溢流閥，一般為10 bar，溢流閥的作用是為了防止系統內部壓力過大而損壞過濾器和管路，在冬季，若機艙內加熱器損壞，過濾器和管路內凝結的潤滑油，使系統壓力超過溢流閥設置的壓力值，溢流閥自動開啟,潤滑油就會不經過冷卻器而直接流回油箱，風機控制系統報潤滑壓力低故障而停機。另一個原因是電機輸出軸和油泵之間的緩沖墊在冬季變脆，若緩沖墊磨損掉，連接處機械磨損加劇，油泵運轉不能平穩，油泵的輸出輸出壓力就會降低，風機也會報壓力低故障停機。

3 解決故障的方法

(1)油泵電機問題解決措施：油泵電機采用密封軸承，密封軸承的運行壽命在2 000～80 000 h，油泵電機在夏季和高負荷時期，處于高溫運行狀態，在冬季，風電機組的油泵又處于間斷性低溫環境下的運行狀態。由于環境影響，電機軸承的運行壽命會大大折扣，根據運行時間間隔和電機軸承運行的異響為參考，及時做好密封軸承的更換檢查工作，同時要檢查電機端蓋與軸承軸承之間的結合面，如果間隙過大，及時更換或修復電機端蓋。若不及時修復軸承故障，會進一步擴大機械磨損，嚴重時造成電機定子和轉子機械摩擦(也叫電機掃堂)，此類電機維修周期會比較長，為回復風電機組進入運行狀態，只能更換整個電機而增大備件費用。

(2)油管磨漏解決措施：齒輪箱膠皮油管應采用軟塑料管夾固定，不要讓油管和齒輪箱體之間產生相對摩擦，必要時增加油管支架和軟塑料管夾結合固定的方式對膠皮油管進行固定。

(3)油泵電機過負荷問題解決措施：在北方的冬季，油管、過濾器、油泵、散熱器內潤滑油凝結造成冬季油泵電機過負荷跳閘問題，可采用增加溫度控制式輔助加熱措施，來解決油泵電機在冬季過負荷跳閘問題。(參考輔助加熱方式如圖1采用風扇型輔助加熱器，圖2電氣控制圖)

(4)改造后的效果:風電機組加裝輔助加熱后,減少了油泵電機在冬季過負荷跳閘問題，對提升設備運行的可靠性，減少因風機故障突然停機對風電機組傳動鏈系統的機械損傷，增加設備的運行壽命，減輕風電場運維人員的勞動強度具有重要的意義。

圖2

4 結束語

對低溫型風電機組齒輪箱強制潤滑和冷卻回路的問題分析,風電機組運行環境比較惡劣[1]，常年經受酷暑、嚴寒和極端溫差的影響，加之所處所處環境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂小小空間內，且安裝在高空,對檢修維護工作帶來諸多不便。若能加強檢修維護工作，及時解決齒輪箱油泵電機軸承問題、齒輪箱油管磨漏問題、油泵電機冬季過負荷大面積跳閘等問題，對提升風電機組的穩定運行和發電效益，減輕檢修維護人員的勞動強度具有重要的影響。做好風力發電機組齒輪箱強制潤滑和冷卻回路的日常維護和技術改造是保障風電機組可靠運行，降低維修成本，減輕勞動強度，延長機組使用壽命的重要手段。對于我國積極開發清潔能源的發展尤為重要。