风力发电机组发电机轴承脂国产化实践

张笑华，李建明，冯欣，李民，黄久平，毛菁菁，王秋强，夏延秋

(1.国电和风风电开发有限公司，辽宁 沈阳 100179；2.中国石油兰州润滑油研究开发中心，甘肃 兰州 730060；3.华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京 102206)

0 引言

据行业统计，2019年中国风电发电量4057亿千瓦时，占全部发电量的5.54%。2019年全国新增风电装机容量2894万千瓦，累计并网装机容量达到2.21亿千瓦，2020年1～5月，发电量2021亿千瓦时，同期占全部发电量的7.4%。其中全国风电发电量2145亿千瓦时，同比增长11.5%。过去10年里，中国风力发电设备新增数量一直保持世界第一。但风力发电机润滑剂的应用却一直停滞，很多润滑油脂企业，尤其中国石油和中国石化润滑油公司并未搭上风力发电快速发展的列车，目前国内风电用润滑剂99%以上依赖进口，科研工作者发表了多篇有关风力发电机齿轮箱润滑油[1-4]，昆仑润滑油公司的齿轮油已在国内风场招标中中标，但也仅限昆仑润滑油公司，而风电机组中的润滑脂开始替代进口还需要扎扎实实的实际应用积累。近年来，关于风机轴承的润滑与失效引起了技术人员的关注[5-9]。2017年国家颁布了风力发电机轴承润滑脂国家标准[10]；冯志勇[11]申报了一种高性能的风力发电机轴承润滑脂的发明专利；高宇航等[12-13]研制了风力发电机组主轴承和变桨距润滑脂；夏延秋等[14]研制并考察了风电润滑脂的润滑性能。这些工作表明，风电机组用润滑脂已经引起我国技术人员的关注。长城、昆仑、众城和海华等润滑公司已开始了润滑脂的挂机试验，并取得了初步成果[15]。各公司润滑脂挂机运行表明，国产风力发电机组选用国产润滑脂的时代已经来临。

发电机轴承润滑脂是保证风力发电机组正常工作的必要条件，高速转动的发电机轴承在工作中容易发生疲劳、卡咬、磨损、粘着、电蚀、腐蚀等，同时老化的润滑脂也会加速故障的发生。因此该润滑脂应具有优异的耐高温性，润滑性能和粘附性能，优异的防水冲洗性；好的承载、抗磨和减摩性能；优良的抗剪切性、热稳定性和密封性能；优异的抗氧化、抗化学腐蚀性及防锈蚀性能，才能有效保护电机的正常运转。目前国内风电市场的电机轴承润滑脂完全被美孚、壳牌、福斯、巴斯夫和克鲁勃等润滑脂公司占据，随着国产电机轴承润滑脂的挂机试验的完成，相信国产风机润滑脂会提出风电机组的全面润滑解决方案。本文数据来源于国内某润滑脂厂家在黑龙江某风场的挂机试验，希望为国产电机轴承润滑脂取代进口润滑脂奠定应用基础。

1 试验方案

试验机组：试验地点在黑龙江省某风场进行，选用明阳27号和33号1.5 MW风力发电机组作为试验机组，27号风机坐标是北纬47°7′4″，东经131°4′8″：发电机是南京汽轮机(DASAA5023-4UFB)；33号风机坐标是北纬47°8′11″，东经131°5′3″，发电机是南京汽轮机(DASAA5023-4UFB)。

试验用脂：选用国产的电机轴承脂，对比脂选用的是在用进口电机轴承脂，两种电机轴承脂的实测数据如表1所示，可以看出，国产风力发电机组发电机轴承脂各项性能指标不低于进口脂。我们还选用明阳28号和明阳32号1.5 MW机组作为对比机组，从2019年9月开始，截至到12月已完成了90天的试验测试，本文仅选取了4台风机50天的跟踪测试结果，记录了每天每台的发电量和电机轴承运转温度。

表1 两种新风机齿轮油的测试对比数据

表1(续)

图1示出了国产发电机轴承脂涂抹到发电机轴承中的示意，图2示出了发电机DE和NDE端轴承位置。

图1 涂抹润滑脂的轴承照片

图2 发电机DE和NDE端轴承位置示意

2 试验结果

50天里，每天的发电量见图3，从图a可以看到，27号和28号作为对比组，33号和32号作为对比组。同期新换脂的风机与邻近风机发电量差距不大，换脂的27号机组发电量优于邻近28号机组，33号机组发电量不如邻近32号机组；从图b看到，换脂后的27号机组和33号机组比换脂前同期的机组发电量有大幅度提高。对照表2可以发现，换新脂的风机，发电量比2018年同期分别提高了49.8%和59.6%。可以表明，27号和28号风机换脂后，没有影响发电量。说明发电机轴承脂满足了一个周期的使用要求。

图3 2019年连续50天的发电量记录

图4示出了2019年连续50天的DE轴承和NDE轴承的测试温度跟踪测试，可以看到，28号风机温度一直最高。而27号和32号风机保持了一个相对低的值，温度未见异常。因为润滑脂性能优劣直接决定了轴承的润滑性能，而润滑性能的好坏温度变化是最直接的反应。选用国产润滑脂的机组发电机轴承温度变化不大，说明一个运转周期的数据表明，国产润滑脂使用性能完好，当然多周期的运行验证还在进行中。

图4 2019年连续50天的轴承温度记录

3 结论

国产润滑油在90天的注脂期内，机组运行稳定，50天的发电量和轴承温度测试显示，同年相同时间内，风机的发电量差别不大，与去年同期相同风机相比，发电量大幅度提高；换脂的风机温度稳定，低于使用国外脂的风机温度，风机电机的各项指标变化处在正常变化范围内，可以继续使用，说明国产风机机组电机轴承脂可以代替进口脂。