探讨风电机组齿轮箱油温高解决方案

　　双馈式风力发电机组中，齿轮箱是其核心器件之一，在保证机组正常运行中起着关键的作用。新风机由于齿轮箱自身状况和使用条件运行状态良好，开始的几年内一般未发生过温问题，随着齿轮箱使用年限的增加，部分风电场机组齿轮箱的过温问题逐步凸显，油温过高会造成风机停机，对发电量影响较严重，从而影响了全年的经济指标。
　　
　　下面以华锐1.5MW双馈风力发电机机组为例，对齿轮箱油温高产生的原因和解决方案进行探讨。
　　
　　1.齿轮箱过温原因分析1.1冷却器通风量不足
　　
　　出现齿轮箱油温过高的风机机型，其齿轮箱润滑油散热所用的散热器都采用了“油/风冷却器”，它是以空气作为热交换介质进行散热的，油的降温过程是通过冷却器散热片的油通道和风通道的热量置换完成的散热片的通风量直接影响散热效率。
　　
　　由于业主所处的地理环境情况，风电场附近有大量柳树，杨树，每年春天飘飞的柳絮、杨絮和尘土可能附着在齿轮箱散热片上，这种现象比较常见，容易造成齿轮箱散热效率下降。另外，如散热片有漏油或渗油现象出现，灰尘、毛絮会快速粘附堵塞散热片，且很难清洗掉，降低散热效率。华锐风机现场贺德克冷却器散热片的实际照片如图1。 　　
　　1.2设计使用环境与实际使用环境有差异
　　
　　在欧洲的大部分机型设计时，空气温度按40度设计，超过则降功率运行或停机。但在国内，夏季高温天气风电机组的实际运行中，由于机舱内设备散热以及日照辐射等因素，导致机舱的温度可高达50度以上，而冷却器又是从机舱内吸风，导致油温与空气温度差△T减小，而冷却器的冷却功率P=冷却器当量冷却功率P01×△T。因此机舱温度越高，造成冷却功率减小。
　　
　　华锐1.5MW早期风机配置的齿轮箱冷却器为贺德克的OK-EL10L-S型，根据贺德克提供的冷却器参数曲线查得，当润滑油流量为105L/min时，P01≈1.6，当机舱温度为50℃，要求油温75℃时，冷却功率约为40Kw,小于齿轮箱发热量，造成齿轮箱过温。
　　
　　1.3温控阀失效因素
　　
　　温控阀失效引起部分流量不经过散热器而直接回到齿轮箱，则必然导致油温高。温控阀损坏是一个不确定因素，应进行专业判断或进行更换判断，发现是此故障引起的齿轮箱过温，及时维修。 　　
　　1.4油品质量因素
　　
　　润滑油中金属颗粒、氧化生成物、水分等超标，使润滑质量降低，会增大发热量，导致过温。
　　
　　2.解决方案介绍2.1日常维护方法
　　
　　应定期进行油品检查检测，如有关参数超标，应对油品进行过滤或换油。油品质量下降会使齿轮箱磨损加快，影响齿轮箱效率，当齿轮箱效率下降后，换油只能缓解齿轮箱过温，但不能根治，应考虑其它改造方案。
　　
　　2.2设计更换大功率冷却器
　　
　　从华锐风机齿轮箱润滑系统原理分析可知，要解决齿轮箱效率降低等因素造成的过温问题，须提高润滑系统的换热能力，因此必须增加系统中“风/油冷却器”的当量冷却功率，在不改变原有油路及风机结构的情况下，设计更换更大功率的冷却器是一种可行的方案。
　　
　　2.2.1设计增加富裕面积
　　
　　散热器本体（图3）外形调整增大，相对于目前风场采用的散热器性能系统K=1.6，调整之后的散热器性能可以提升至K=1.75以上，并留有较大的富余面积。对应地，图3件②（引风罩）、③（风扇）、⑥（格栅）等结构件将根据实际需要进行微调，以满足新散热器的安装和使用要求。 　　
　　2.2.2散热器采用抗污染设计
　　
　　散热器采用抗污染设计（如图4），尽量减小污染所导致的散热器性能下降，耐污染型风侧翅片结构如下，这种设计可以减少污染导致散热器性能下降出现的情况，从而可以减少现场清洗散热器的频率。 　　
　　2.3加装冷却器，配合原冷却器工作(串联)
　　
　　为提高润滑系统的换热能力，在原有冷却系统中增加一个独立风冷式油冷却器，油路采用与原冷却器串联联接，散热片选择时应满足不易堵塞、易清洗。新增冷却器的选型必须经过严格的计算。根据华锐1.5MW机组齿轮箱配置，应考虑的参数为：润滑油粘度：ISOVG320；齿轮箱油量：500升；环境温度：50℃；齿轮箱最高油温：75℃，串联的散热器原理图如图5所示。 　　
　　2.4改进散热器参数和控制策略
　　
　　通过调查后重新修订了齿轮箱油温相关参数的设定，并针对温度报警和故障进行重新优化;增加变频器及其软件控制策略，实现了机舱内温度的控制;设计实现散热器的功能可以恢复，并可避免柳絮、灰尘等对散热器造成的再次污染，风机可在较高环境温度情况下仍可以满负荷运行，改变相关部件的工作过程如图6，图7。 　　
　　3.结语
　　
　　以上介绍了华锐SL1500双馈风力发电机组齿轮箱过热的原因和改善方案，几种方法在现场也得到了应用，实践证明可以对齿轮箱油温高起到改善作用。