一种风电机组齿轮箱润滑故障分析思路

刘金鹿 李扬

[摘    要]  大兆瓦风电机组结构复杂，涉及专业领域较多，往往某一部件出现问题，故障却在其他部件上表现出来。对于这类故障定位难度大，短时间内仅从故障部件出发，很难发现真正的问题所在，造成频繁停机，严重影响机组发电量。因此，快速定位故障原因，成为解决问题的关键。本文结合具体案例，提供了一种风电机组齿轮箱润滑故障的问题分析思路。

[关键词]齿轮箱;润滑故障;风电机组

[中图分类号]TM315 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–00–02

A Thinking of Analysis of Lubrication Failure of Wind Turbine Gearbox

Liu Jin-lu，Li Yang

[Abstract]The structure of large wind turbine is complex and involves many professional fields. Problems often occur in one component， but the faults are shown in other components. It is difficult to locate such faults and find the real problem only from the faulty parts in a short time， resulting in frequent shutdown and seriously affecting the power generation of the unit. Therefore， quickly locating the cause of fault has become the key to solve the problem. Combined with specific cases， this paper provides a problem analysis idea of gearbox lubrication system failure of wind turbine.

[Keywords]gearbox; lubrication system failure;wind turbine

隨着新技术、新思路在大兆瓦级风力发电机组的不断使用，故障也多有发生。由于风电机组涉及多学科、跨专业知识，往往在出现新问题后，检修人员由于技术知识的单一性，长时间无法确认故障根本原因，仅通过不断更换部件或让机组限功率运行的方式来降低问题出现的频次，严重影响业主方的发电量。因此，快速定位故障原因成为处理该类问题的关键。以下结合一起齿轮箱润滑系统故障的具体案例，对该类问题进行分析。

1 问题概述

某项目使用的2.XMW系列双馈风电机组，在并网后的首次大风天多台机组运行中突然出现脱网。现场检查机组报警信息，发现机组报齿轮箱润滑入口压力超限故障。

经查，该风场使用的是同一厂家2.XMW系列机组，含A、B、C 3种机型。维护人员发现：系统显示故障发生时齿轮箱润滑入口压力在1 MPa左右，属于正常状态，与机舱内实际观察的油压值相同;发生故障的均为C型机组。

2 故障排查分析

2.1 故障触发因素分析

根据现场提供的故障描述情况分析，分析认为引起该问题的可能原因包括：①通讯故障。齿轮箱的压力传感器测量值与SCADA显示的主控系统接收值存在偏差。②油路故障。齿轮箱润滑泵出口压力值真实超限（油路堵塞、滤芯堵塞等）。③油压传感器损坏。油压传感器元件故障，测量数据不准确。④主控系统程序问题。主控系统程序进行更新后，导致误报警。⑤机组接线问题。现场故障机组接线与电气图纸存在差异，接线错误。

根据首次故障以来，现场进行的相关处理情况、采取的措施后的机组状态等实际情况，对可能的故障原因逐一排查。

2.2 齿轮箱润滑系统检测

机组故障最初发生时，现场人员上塔检测，发现报出该故障的机组中，齿轮箱润滑入口压力传感器显示值与主控系统显示值均在1 MPa左右，油压属于的正常范围。可能原因①排除。

随机抽取一台出现同类问题的机组进行更换滤芯处理，并进行机械方面检查（包括传感器、油路等），确认硬件方面无问题。但次日大风时，该机组仍报出“齿轮箱润滑入口油压超限”故障。可能原因②、③排除。

基于以上事实可判断，该类问题并非压力值实际超限，齿轮箱中与该故障相关的部件（润滑泵、滤芯、油路等）无问题。

2.3 主控系统程序排查

从主控程序角度分析，现场机组程序虽然更新过，但仅更新自动控制风速仪风向标加热器，其余部分不变。更新程序引起该故障的可能性较小。可能原因④排除。

2.4 机组接线排查

现场在核对图纸版本无误后，对照图纸，对故障机组机舱柜、齿轮箱、发电机、主控PLC个模块接线逐一排查。排查中发现：①PLC上各部件接线与电气图纸要求相同，无漏接、错接现象。②齿轮箱润滑泵出口（齿轮箱润滑入口）压力传感器、发电机绕组温度检测传感器都接在机舱柜PLC的PTAI216模块上。③发电机绕组测温元件Pt100屏蔽层未在发电机出线盒内做接地处理。

2.5 现场整改调试

针对接线排查中出现的问题，现场立即对一台故障机组进行如下整改。

（1）上塔更换PLC模块卡件PTAI216后，机组齿轮箱润滑泵出口压力值仍跳变频繁，报出故障。

（2）将发电机绕组测温元件Pt100的屏蔽层用导线连接后，接入发电机辅助出线盒接地（PE）端子上，起机观察：机组运行正常，齿轮箱润滑泵出口压力值、偏航刹车半泄压力值跳变情况出现了明显好转，风机未报故障。

（3）为进一步确认，对产生该问题、未进行整改的一台机组齿轮箱润滑泵出口压力值进行数据采样，如图1所示。

（4）采集现场故障机组的齿轮箱润滑泵出口压力值（齿轮箱润滑入口压力）等数据后进行分析。从图1来看，齿轮箱润滑入口油压存在很大的波动，最大值甚至超过了15 MPa，从而导致了风机停机。然而，正常报警压力为大于1.5 MPa，实际压力值不可能达到15 Mpa，显然为压力信号受到干扰后产生的错误数据。基于以上事实可判断，可能原因⑤不能排除，应进一步深入分析。

3 故障原因分析

对现场采集的故障机组齿轮箱润滑泵出口压力值数据分析后，认为润滑压力波动速度太快，不符合润滑系统液体流动规律。因此，润滑系统实际并未波动，而是润滑液压力信号收到干扰所致。该问题看似是齿轮箱相关附属系统故障，实则为机组电气系统信号问题，与齿轮箱并无关系。

由于齿轮箱润滑入口压力测量信号线是接在PLC的PTAI216模块上的。因此，有可能是该模块上有其他信号扰动造成此类问题。查看电气图纸，发现PLC的PTAI216模块所接信号见表1。

该模块上除发电机绕组温度元件是紧靠发电机定子绕组，有可能接触谐波信号，其余元件所处位置附近均无谐波干扰源。发电机绕组测温元件的信号线屏蔽层未接地，使发电机定子绕组内部谐波通过测温元件信号线屏蔽层传递给PLC模块。

PLC对齿轮箱润滑泵出口压力的测量，检测的是电流信号。如谐波电流叠加在原有测量信号电流波形上，会导致测量波形中出现大量的“毛刺”。

此外，由于发电机绕组谐波含量是随着发电机功率增大而增加的，机组在大风满发状态时，产生谐波的含量较大，更容易觸发误报警。现场对机组满发状态下偏航刹车压力信号进行采集，也同样发现存在信号受干扰的问题，如图2所示。这也从另一角度印证了谐波干扰源的存在。

4 现场整改及验证

4.1 整改措施

经查阅记录，现场A、B、C 3种机型中，前两种为早期机型，发电机绕组测温元件并未加装屏蔽层。由于发电机测温元件引线在发电机制造过程中容易发生断线，故电机厂家在新产品中采用了带铠装金属屏蔽层的测温元件。针对该问题，整改措施为：将发电机绕组测温元件Pt100屏蔽线用导线连接后，在出线盒内统一进行接地处理，接到PE端子排上。

4.2 验证

为验证整改方案的有效性，现场机组分别采集整改前和整改后的机组齿箱润滑泵出口压力进行数据采集，对比结果如图3所示。

由图3中曲线可知，在发电机绕组屏蔽层接地前，齿箱润滑泵出口压力波动很大，而发电机绕组屏蔽层接地后，齿箱润滑泵出口压力幅值明显减小。

5 结束语

针对某风电场一起由发动机绕组谐波引发的齿轮箱润滑系统油压超限故障，采用理论分析与现场排查相结合的方式，通过逐一排除的方法，将看似为齿轮箱附属系统故障的原因定位在发电机绕组测温元件屏蔽线接地上。最终通过整改前后对比，验证了故障定位的正确性。本文通过结合实际故障案例的分析，为后续风电机组故障处理，提供了一种分析思路。

参考文献

[1] 胡志红。风电齿轮箱润滑油污染物及油中磨粒状态分析[J].润滑与密封，2018（1）：92-97.

[2] 金立洪.发电机用温度传感器电信号在传输中受电磁干扰的分

析[J].上海大中型电机，2018，3（7）：25-30.