风电机组机舱发热原因研究

2018-11-14李雯雯孙英华于杰承

沈阳工程学院学报（自然科学版） 2018年4期

李雯雯，高阳，何淼，孙英华，于杰承

（1.沈阳工程学院电力学院，辽宁沈阳 110136；2.国网辽阳供电公司，辽宁辽阳 111000；3.国网辽宁省电力有限公司海城市供电分公司，辽宁海城 114200）

1 机舱内部发热相关研究概述

现代风力发电机组基本上实现了高空无人值守，是一种超大型的、结构十分复杂的机械设备。当各电气部件受到复杂的环境因素影响时，就会发生摩擦和碰撞，进而导致一定数量的电磁损耗，并持续发热。对于一些关键的部件，都会配备专用的散热通道，不过也会有散热功率不匹配或散热结构设置不合理等问题，致使热量难以及时散发出去，从而导致机舱的温度不断提升。如果不能解决机组散热的问题，就会严重制约风力发电机组的利用率，同时也会影响其成本回收。

很多学者对风力发电机在工作过程中的温度场分布进行了研究：文献［3］主要分析了风电齿轮箱工作过程中的稳态温度场；文献［4］则将研究的重点放在了机组主轴承在滚动过程中因摩擦而产生的热；文献［5-6］对极端条件下风力发电机组机舱内部的热性能进行了研究；文献［7］研究在不同条件下高温及低温两种不同的外部环境对风速和风温的影响。

目前的研究成果表明，从根本上控制风力发电机组在工作过程中的机舱发热问题已具备了一定的理论基础，但对不同部件的散热气流组织等方面缺乏研究。如果机舱处于完全不同的散热气流组织下，那么整个机组所能获得的散热效率也必然会有很大不同。因此，这也是影响机组和部件散热效率的重要因素之一。

2 机舱内部主要发热源及其发热原因

1）机舱外壳

风机在运行的过程中所处的环境一般都比较恶劣，所以机舱具有很好的密封性，机舱内外空气不互通。当风机工作时，各部件产生的热量聚集在机舱内部，使机舱内部温度升高，但由于内外空气不流通，所以这些热量的散发只能通过齿轮油或者散热片来进行。

2）UPS电源

工作人员为保护UPS电源，将其用金属外罩进行防护，而金属外罩密封，使得UPS散热不好，以致机舱内的温度进一步升高。实际上，可以拆除UPS金属外罩，使机舱内部的空气和金属外罩内部的空气进行气体交换，利于散热通风。但这样做会使UPS的可靠性降低，而UPS暴露在机舱内，会让其容易损坏，难于维修。

3）发电机轴承

在强风地区，风机往往需要长时间工作，发电机内部的轴承在旋转过程中发生摩擦，产生很多热量，让机舱内部的温度无法下降。对于机舱来说，大多数采用的都是自动润滑装置，在机组的整个运行过程中，会自动给轴承注油并且始终保持润滑。如果润滑装置本身发生故障，就很可能会导致轴承在注油的时候不会特别充分，部分轴承中多余的废旧油脂不能及时排出。在风机大功率运转时，机油导通热量的能力很强，会在摩擦的过程中产生很多的热，最终导致的结果仍旧是温度过高，严重情况时机组的报警系统就可能显示停机，不再工作。

4）齿轮箱

齿轮箱内部温度过高的主要原因如下：

①温控换向阀发生故障，导致部分没有经过散热器的冷却油直接回流到齿轮箱。

②散热片出现漏油或者渗油，而空气中的灰尘，柳絮等会吸附在散热片上，使散热片的能力降低甚至失效，如图1所示。

③散热片设计不合理。

④当自然界强风过境的速度不同时，用于咬合的机械构件的箱子的温度随之变化，当自然界的气体温度取15℃，润滑油的最初温度也定为同样的温度，润滑油和空气的物理特性数据如表1所示。