摘要：齿轮箱是风力发电机组中重要的主传动部件，将风轮的动能传递给发电机，并使其得到相应的转速。齿轮箱的运行好坏，直接影响到机组的发电能力及可利用率，影响整个风场的经济效益，所以齿轮箱的运行好坏起到至关重要的作用。本文阐述了风力发电机组齿轮箱结构作用、常见故障及处理方法，针对性的防范措施。
关键字：风电；齿轮箱；故障处理；浅析
1引言
随着风电行业的快速发展，越来越多的风电机组投入到风电场中，而增速齿轮箱是大型双馈风电机组的关键部件之一，具有结构紧凑、载荷复杂、升速比高等特点，实际运行中故障率高，往往达不到设计使用寿命，且齿轮箱维修周期长，费用高。虽然世界上著明的齿轮箱制造企业，如德国的Renk公司，Flender公司，JA/KE公司，Eickhoof公司以及一些中小企业在这方面都作了研究，并且有的企业也付出了很大的代价，但目前世界风电行业所用增速齿轮箱仍然故障较多。因此，风电场运维人员全面了解齿轮箱结构特点，掌握齿轮箱常见故障处理方法，制定有效的防范措施，对齿轮箱健康稳定高效运行至关重要。
2齿轮箱结构
目前，风力发电机组齿轮箱常用结构有以下几种形式，一级行星两级平行级、两级行星一级平行级、带主轴式齿轮箱、紧凑型半直驱齿轮箱。
一级行星两级平行级，该种结构主要用于2MW及2MW以下功率的风力发电机组，用一组平行级代替行星级，可靠性高，但体积与重量大。
两级行星一级平行级，该种结构主要用于2.5MW以上功率的风力发电机组，承载能力强，体积小，重量轻，直径小但横向长特点，部分2MW以下齿轮箱也采用了该种结构。
半直驱是兼顾有直驱和双馈风电机的特点，与双馈机型比，半直驱的齿轮箱的传动比低。与直驱机型比，半直驱的发电机转速高。这个特点决定了半直驱一方面能够提高齿轮箱的可靠性与使用寿命，同时相对直驱发电机而言，能够兼顾对应的发电机设计，改善大功率直驱发电机设计与制造条件。这种半直驱齿轮箱与电机设计成一体，以降低齿轮箱重量，但对于齿轮箱的设计要求较高。
3齿轮箱冷却润滑
齿轮箱中的冷却润滑系统十分重要，良好的润滑是齿轮箱稳定运行的重要保证。齿轮和轴承在转动过程中它们实际都是非直接接触，这中间是靠润滑油建成油膜，使其形成非接触式的滚动和滑动，这时油起到了润滑的作用。虽然它们是非接触的滚动和滑动，但由于加工精度等原因使其转动都有相对的滚动摩擦和滑动摩擦，这都会产生一定的热量。如果这些热量在它们转动的过程中没有消除，势必会越集越多，最后导致高温烧毁齿轮和轴承。因此齿轮和轴承在转动过程中必须用润滑油来进行冷却。所以润滑油一方面起润滑作用，另一方面起冷却作用。
4齿轮箱失效
据统计，齿轮箱失效形式中齿轮本身的故障所占比重最大，约为60%。说明在齿轮传动系统中齿轮本身的制造、装配质量及其运行维护水平是关键问题。齿轮在机械加工中是一种高度复杂的成形零件，而在高速、重载下运行的齿轮，其工作条件又相对比其他零部件恶劣，易过早出现失效。
5齿轮箱常见故障
风力发电机组齿轮箱设计使用寿命为20年，但是这是在理想条件下。然而现实情况下，实际使用寿命可能与设计寿命会存在较大差异，而且由于使用方法、实际工况、维护条件等的不同，在齿轮箱运行过程中可能达不到20年就会出现故障，甚至需要更换新的齿轮箱。齿轮箱常见故障有渗漏油、外部元器件损坏、温度报警问题、振动噪声问题、润滑系统问题。
6典型故障分析及处理
6.1齿轮箱分配器进油口供油量不够，压力低或不起压故障
原因分析1：采用单速电机的润滑系统，油泵电机转向与实际要求电机转向相反，导致油泵反转。
解决措施：更换电机U、V、W接线方式中的任意两项线缆接线柱即可，电机转向与电机尾部铭牌要求的转向保持一致。
原因分析2：油泵吸油口管口或吸油管道有异物堵塞，导致吸油不畅。
解决措施：拆开油泵吸油口连接管，检查齿轮泵进油口和油管管道内有无异物，如有排除异物。
原因分析3：滤芯使用时间过长或油液清洁度较差，压差发讯器发讯报警后未及时更换新滤芯，导致油泵出口与过滤器之间压力骤增超出系统安全阀设定压力（一般为1-1.2MPa），流量从安全阀出口循环回到齿轮箱出油口。
解决措施：检查压差发讯器是否已发讯，如有更换新滤芯。
原因分析4：齿轮箱油温较低，油液粘度大，导致油泵有吸空现象。
解决措施：启动齿轮箱配置的电加热器对齿轮箱内的油液进行加热到40℃以上。
原因分析5：润滑系统管路有泄漏点，导致油液大量渗漏。（如管路、冷却器焊缝、阀块密封面）
解决措施：排除渗漏点故障。
原因分析6：齿轮箱分配器进油口的压力检测传感器损坏，显示不灵敏或无显示。
解决措施：更换新的压力检测传感器，同时注意检查接线方式是否正确。
6.2齿轮箱分配器进油口油温超温故障
原因分析1：系统供油量不足，供油点压力平衡破坏，局部润滑点润滑油不够，导致系统散热效果达不到设计要求。
解决措施：按照6.1的解决措施进行排查，保证系统正常供油。
原因分析2：空气冷却器电机转向与实际要求电机转向相反，导致空气冷却器电机反转，风量远远低于设计风量。
解决措施：更换电机U、V、W接线方式中的任意两项线缆接线柱即可，保证空气冷却器风扇叶片转向与空气冷却器壳体上转向铭牌要求的转向保持一致。
原因分析3：温控阀阀芯故障，当润滑油液温度超过阀芯切换温度时，温控阀未正常转换到空气冷却器支路对高温润滑油液进行冷却。
解决措施：取出温控阀阀芯及滑阀套检查，查明原因并更换新的配件。①检查温控阀阀芯是否损坏。②检查阀芯与阀套装配后是否能够切换自如。③观察齿轮箱油液颜色，同时查看过滤器压差发讯器是否已经报警。如果压差发讯器已经发讯，且滤芯还继续长期使用，滤芯可能已经压溃破坏，从而油液中的大颗粒杂质未经过过滤直接进入阀芯和阀套之间导致阀组卡死。这样必须取出阀芯和阀套进行清洗，同时更换使用新滤芯。如果条件允许，最好能够更换新油。（清洗阀芯、阀套，更换新滤芯）。
原因分析4：齿轮箱分配器进油口温度检测传感器损坏，显示不灵敏或无显示。
解决措施：更换新的温度检测传感器。
原因分析5：冷却器散热板片进风口堵塞，如积满杨絮、柳絮、灌木丛、尘土等；
解决措施：①定期检查散热板片有无堵塞现象，建议巡检周期3-6个月，春秋天重点检查；②用毛刷、铁丝等清理散热板片外表面的絮状物；③用高压水枪从散热器电机端面对散热器尘土进行反复冲洗。冲洗过程中注意人身安全及电气元件的防水处理，冲洗结束后检查电气元件的绝缘。
6.3压差发讯器持续发出堵塞报警信号故障
原因分析1：过滤器滤芯使用时间过长，油液中的大颗粒已经堵塞滤芯导致滤芯压差超过压差发讯器报警设定值。
解决措施：更换新滤芯。当风机装机调试后第一次使用，建议3个月内更换第一次使用的滤芯，以后建议每半年内更换为新滤芯。
原因分析2：齿轮箱油液使用时间过长，油质严重变质导致滤芯压差超过压差发讯器报警设定值。
解决措施：更换新的润滑油液。
原因分析3：齿轮箱油池油温较低，油液粘度大导致滤芯压差超过压差发讯器报警设定值。
解决措施：启动齿轮箱上的电加热器对油液进行加热到40℃以上运行。
7结语
齿轮箱是风力发电机组主要传动部件，由于风电场运行条件的限制，使齿轮箱运行故障率较高，影响整机发电效率。所以，提高检修人员技术水平，加强齿轮箱日常维护，及早发现缺陷及时处理，做到预防性检修，对延长设备使用寿命至关重要。本文简明扼要的阐述了风力发电机组齿轮箱结构作用、常见故障及处理方法，希望能起到抛砖引玉、举一反三的作用。
参考文献：
[1]杨校生.风力发电技术及风电场工程[M].化学工业出版社,2011.
[2]风力发电机组维护与维修手册机械部分。