浅谈风电齿轮箱温度异常诊断流程

顾龙月

摘 要：风电齿轮箱出现温度报警时，需要对齿轮箱进行检查，确认问题环节并进行解决，然后恢复机组运行。温度报警一般分为油温报警和轴承温度报警。油温报警进一步检查压力，确认是泵油问题还是冷却问题，进而锁定可能原因进行排查；轴承温度报警进一步检查是轴承本身损坏、游隙问题还是轴承润滑问题。系统的诊断流程，可以大大提高现场的诊断效率。

关键词：温度 压力 轴承 润滑 冷却 温控阀

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（c）-0105-02

近年来全国累计风机装机容量逐年攀升，风电齿轮箱作为风力发电机的主要机械部件，随着使用年限的增加，运维市场也越来越大。一旦齿轮箱发生严重故障需要更换，将造成重大损失。因此提前预防，及时监控齿轮箱的运行状态显得非常重要。风电齿轮箱一般有温度传感器来监控齿轮箱轴承及润滑油的温度，压力传感器来监控润滑油的供油压力。本文以1.5MW风机为例，对风电场常见的温度异常故障进行理论分析，给出系统的诊断流程，帮助风电运维人员更高效地解决问题。

1 风电齿轮箱润滑冷却原理

1.5MW风电齿轮箱一般都配备一套润滑油过滤冷却系统，保证齿轮箱各齿轮啮合点及轴承的强制润滑。润滑系统一般采用齿轮泵（有的齿轮箱会配有机械泵）从齿轮箱内部吸油，泵出的润滑油经过滤器过滤后分两路，一路（当油温≤40℃时）直接进入分配器，一路经过冷却器后再进入分配器，当油温至55℃时，润滑油完全经过冷却器后进入分配器。这样润滑油不停地循环、冷却，不断地带走齿轮箱发出的热量，维持油温不超过80℃。

2 风电齿轮箱传感器设置

风电齿轮箱出厂时一般设置以下传感器：油池PT100、高速轴电机侧PT100、高速轴叶片侧PT100、油路分配器PT100以及油路分配器压力传感器。如果系统不能稳定运行，上述元件中的某个会输出不正常的信号，提示系统有异常。

3 温度异常的表现

风电齿轮箱温度异常，可分为润滑油温度高和轴承温度高两类。

4 温度异常的诊断流程

4.1 传感器的可靠性检查

风力发电机组出现温度报警，首先应查看报警数据，为了保证报警数据的准确性，第一步应当排查PT100是否能正常工作。

4.2 报警数据的分类

查看报警数据，判断温度异常属于油温报警还是轴承温度报警。

4.3 油温报警的诊断

发现油温报警后，可以结合入口压力来进行诊断。如油压偏低，一般认为润滑油过滤冷却系统的泵油出现问题；如油压正常，一般认为润滑油过滤冷却系统的冷却功能出现问题。

4.3.1 系统泵油问题诊断

系统泵油出现问题后，一般排查泵油相关部件是否有异常。风电齿轮箱泵油相關问题主要可能为机械泵、电机泵、以及溢流问题。

（1）机械泵泵油问题。

排查机械泵泵油问题，一般将机械泵出油管拧松，查看运行时是否有油泵出。

①机械泵本身损坏，泵油功能减退或丧失。

②机械泵透气问题，导致机械泵不出油。

③机械泵进出油管堵塞，油管堵塞后也会造成泵油问题。

④机械泵进油口球阀关闭。

⑤机械泵驱动齿轮损坏，无法驱动机械泵运转，导致泵油问题。

（2）电机泵泵油问题。

①电机泵齿轮泵本身损坏，无法泵出润滑油。

②齿轮泵密封失效，导致漏气，泵油功能减退或丧失。

③油泵电机与齿轮泵联轴器磨损，齿轮泵无可靠驱动，造成泵油问题。

④油泵电机反转，造成无法泵油。

⑤油泵电机损坏，造成无法泵油。

⑥主吸油管堵塞，造成电机泵无法泵油。

⑦主吸油管球阀关闭。

（3）溢流问题。

溢流问题主要表现为：润滑油不经过冷却器，直接从溢流阀回流至齿轮箱，造成系统温度持续升高，最终报警。检查时只需检查溢流管是否有油即可判定是否存在溢流问题。

4.3.2 系统冷却问题诊断

从图1可以看出，润滑油从过滤器流出后，先经过温控阀，然后直接进入油路分配器或经过冷却器后进入油路分配器。系统冷却问题，可能原因为润滑油未进入冷却器或冷却器本身冷却能力问题。

（1）温控阀问题。

温控阀可根据油温的变化，改变润滑油的流向。油温较低时，温控阀控制润滑油直接进入油路分配器；油温较高时，温控阀控制润滑油经过冷却器后再进入油路分配器。当温控阀出现故障，润滑油温度较高时无法从直通油路切换到冷却油路，高温润滑油得不到冷却，系统的温度就会持续上升，直至温度报警。

（2）冷却器问题。

风电齿轮箱冷却器一般有风冷却器和水冷却器两种。风冷却器使用空气对高温润滑油进行冷却，水冷却器以冷却水为冷却介质对高温润滑油进行冷却。

①风冷却器问题。

第一，冷却器电机反转，空气无法通过散热片冷却润滑油。

第二，冷却器电机损坏，无空气通过散热片。

第三，散热片空气通道被毛絮灰尘堵塞，限制空气通过，冷却能力下降。

第四，过滤器堵塞后未及时更换，大颗粒介质堵住散热片油流通道，导致冷却能力下降。

第五，散热片长期使用后，油泥在散热片中沉积，导致冷却能力下降。

第六，冷却器散热片旁路单向阀异常开启。

②水冷却器问题。

第一，冷却水泄漏或不足，导致冷却能力下降。

第二，冷却水泵不能正常工作，导致冷却能力下降。

4.4 轴承温度报警的诊断

轴承温度报警，首先诊断是所有轴承温度都高，还是某个轴承温度高报警，温度远超另一个轴承。所有轴承温度均高的情况归根结底还是油温高的问题，按4.3油温报警问题进行诊断。某个轴承温度高，其余轴承、油温正常，排除了系统异常的可能性，可以以该轴承的特性来诊断温度高的可能原因。

4.4.1 轴承润滑问题

如果该特定轴承的局部润滑油路堵塞，会造成该特定轴承温度高。常用的诊断方法为通过润滑油量判断油路是否堵塞。

4.4.2 轴承本身的问题

（1）轴承滚子滚道有剥落、裂纹等故障，导致运行时发热量升高，造成该轴承温度高报警。

（2）轴承本身游隙过小，运行时温度升高，导致轴承温度报警。

5 结语

通过流程化的诊断，可以大大提高诊断的效率，缩短停机时间，减小发电量损失。

参考文献

[1] 董万里.风电产业及后市场发展[EB/OL].北极星风力发电网，2018-11-20.

[2] 南高齿.风电主齿轮箱使用说明书[Z].南高高速齿轮制造有限公司，2015.