風力發電齒輪箱運維現狀以及發展趨勢

于成龍

摘要：風電齒輪箱的可靠運行融合了行業標準、先進的傳感技術、智能運維、運維人員的技術管理，實現提前預測、提前準備、提前調整，最終保證齒輪箱可靠運行達到的目標。鑒于此，本文主要分析風力發電齒輪箱運維現狀以及發展趨勢。

關鍵詞：風力發電;齒輪箱;運維

中圖分類號：TK83 文獻標識碼：A

1、引言

風能是一種寶貴的可再生能源，對我國的環境保護和工業發展具有重要意義。雙饋風扇發電機可以將風能轉化為電能，但沒有齒輪箱來提高葉片的速度和效率，集風速度會變慢。通過機械能和電力的轉換，風力發電機可以在一定程度上有效地利用綠色能源，如有效補充現有電力，有助于解決電力短缺問題。風電場往往建在人口密度低、風力發電前景和利用價值廣闊的地區，從西北到東南、西南和東北，尤其是在韓國風資源豐富的沿海地區。地理位置偏遠，升級這些地區的風電場將有助于解決傳輸問題。

2、風力發電齒輪箱的技術特點

在風力發電的過程中，受風轉速的影響和限制，主齒輪箱輸入的額定功率轉速通常被限制在20r/min，而發電機額定轉速通常為1000～1800r/min，導致主齒輪箱的增速比通常約為50～100。

為了確保風力發電機組主齒輪箱結構的緊湊性，經常會采用行星齒輪傳動或者行星與平行軸承組合傳動的方式。在風力發電過程中，為了進一步優化風力發電機組的設計工藝，簡化其主齒輪箱的設計，達到降低傳動比的目的，通常會使用結構較為緊湊且重量較輕的半直驅動式設計工藝。風力發電主齒輪箱一般采用2個行星齒輪進行傳動，在第一級傳動系統中利用5個行星齒輪進行行星傳動，以增加功率的分流能力。

通常會在主齒輪箱的頂部設計一條管道注入潤滑油，增加軸承和齒輪轉動的潤滑性，實現對軸承和齒輪的噴淋潤滑。在主齒輪箱的底部會設置 2 根回油管，將頂部注入的潤滑油進行回收，形成循環系統。這樣的主齒輪箱設計工藝結構較為復雜，對制造和裝配的設計精度要求較高，且發電機組裝機容量越高，則各部位結構就越復雜，因此對生產、制造等各個方面提出了更高的要求。

3、風力發電齒輪箱運維現狀

3.1、運維的規范以及標準不健全

由于風電行業的特殊性，市場上主要的齒輪箱規格很多，不同廠家的技術水平和生產能力不同，齒輪箱運行維護要求不匹配。市場上沒有工業或齒輪箱操作和維護。這是一個國家標準。規范不良意味著維修標準、檢驗標準和維修驗收標準不匹配，最終影響齒輪箱的運行質量。

3.2、運維人員的技能水平較低

主要涉及兩個方面。一是風電場運維人員大多來自非機械行業，對齒輪箱等機械設備一竅不通，只能按照主機廠的說明進行基本維護。其次，由于風電行業的特殊性，夏季高溫，冬季寒冷，需要高空作業，相對于其他行業，人力流動性較大，發展尚需時日天賦。

3.3、監測設備缺乏

目前變速箱的監測設備主要是監測潤滑油溫度、軸承溫度和進油壓力的傳感器。有些車型配備了監測變速箱振動的傳感器和監測變速箱潤滑油性能的傳感器，但其普及范圍相對較窄。由于風扇的特殊性，無法隨時隨地檢查齒輪箱的狀況，只有在齒輪箱發生重大故障后才能發現問題。

3.4、早期齒輪箱技術、質量可靠性低

在支持綠色清潔能源的國家大環境下，風電發展迅速，但風力發電機和齒輪箱的技術和制造質量并不能完全跟上行業發展的步伐，存在一定的脫節。齒輪箱甚至沒有經過嚴格的樣機測試，就已經開始量產，存在諸多隱患，導致部分廠家的齒輪箱在運行多年后出現故障，給風電廠造成巨大損失。

4、發展趨勢

4.1、傳動形式更加多樣

當前，直接驅動技術已經引起了人們的關注，并且已經在風力發電領域得到發展，單機容量已達到 2 兆瓦，為未來的風力渦輪機發展留有空間。但是，從長遠來看，通過對技術成熟度、成本、運輸和易擴展性等方面進行考量，風力發電齒輪箱式設備仍然占主導地位。直接驅動單元和雙絲杠驅動進給單元也處于研發階段。大型風電增速齒輪箱的速比約為 100，一般情況下，需要三級齒輪對其進行傳動。現有的成熟結構主要包括一級 NGW行星齒輪 + 二級平行軸齒輪箱，NW行星齒輪 + 一級平行軸齒輪箱等，并且隨著科學技術的不斷發展，風力發電齒輪箱的傳動形式也會更加多樣化。

4.2、更多新技術的產生

風力齒輪傳動裝置主要包括主齒輪箱、偏航齒輪傳動裝置和變槳齒輪傳動裝置。通常情況下，風力發電裝置主要安裝在山區、荒野、海灘、島嶼等通風的區域，環境條件較為惡劣，風力方向不規則變化、負載波動大、高溫、極寒等條件都對風力發電設備帶來了嚴峻的挑戰。但是隨著問題的不斷暴露，技術人員也在通過各種技術手段進行干預，這也促進了新技術的不斷產生。在信息時代的大背景下，互聯網技術、大數據技術、人工智能技術也都應用到了風力發電齒輪箱的設計和制造中，尤其是計算機輔助設計和計算機模擬仿真技術對推動齒輪箱的發展和進步起到了積極的作用。

5、結束語

根據能源發展要求，我國二氧化碳排放力爭 2030 年前達到峰值，2060 年前實現碳中和。為了實現這一要求就必須尋找新能源代替傳統能源，風能作為一種新型的清潔無污染能源，風能以其可再生、儲量豐富等特點被廣泛的應用于發電領域。中國風力發電新增裝機占全球新增的 75%。因此，保證風力發電機組高效安全運行是風力發電的技術關鍵，對齒輪箱進行故障預警及診斷是保證風力發電機安全運行的重中之重。由此可見，本文的研究也就顯得十分的有意義。

參考文獻

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