1刘艳梅 2魏晓霞
1黑龙江辰能风力发电有限公司，黑龙江，150090
2全球能源互联网集团有限公司，北京，100031
摘要：本文是以黑龙江省某一风电场的华锐SL1500风电机组为背景，通过论述双馈式风力发电机组齿轮箱油温过高产生的原因、对机组的危害，结合风电场设备状况，提出了解决油冷式散热器油温过高的方案和措施。
关键字：双馈式风力发电机组；齿轮箱；散热器；油温高；
双馈式风力发电机组中，齿轮箱是其核心器件和价值最高的器件之一，齿轮箱的运行稳定性对于风机稳定运行起着关键的作用，而润滑系统的正常工作对于齿轮箱的长期运行是非常重要的因素。黑龙江省某一风电场华锐SL1500风电机组投运的前几年，由于齿轮箱的自身状况和使用条件运行状态良好，故障较少，但是随着齿轮箱运行年限的增加，该风电场多数风机的齿轮箱冷却系统陆续出现油温高的问题，油温过高会造成风机停机，对风电场发电量影响严重，从而影响该电场的经济效益。
一、齿轮箱油温过高造成的影响
1.电量损失。齿轮箱油温高对机组最大的影响在于使机组发电量下降，具体为当齿轮箱油温达到75℃时，华锐SL1500风机开始限功率运行，输出有功功率限制在额定功率的25%，约为400kW以下，造成大量的电量损失，以风电场某台满负荷限功率运行风机为例，当日机组自动限功率损失电量为（1500kW-300kW）*24h=26400度。从历年风机运行数据显示，由于齿轮箱油温高问题导致的发电量损失约为全年发电量的4%左右。
2.缩短了润滑油使用寿命。按照润滑油的生产厂家以及行业内专业机构公开的研究结果表明，齿轮油这类全合成润滑油的平均使用温度每提高10℃，齿轮油的使用年限将会减少约一半的寿命。润滑油长期在相对的高温阶段运行，会导致油品加速氧化，改变粘温性能，油液的酸值增高，腐蚀齿面，油液在氧化后发泡特性逐步增强，形成的油膜刚度减小，油品润滑特性变差，齿面磨损和轴承磨损加剧，导致齿轮箱传动效率下降，进而导致齿面点蚀以及轴承磨损后的齿面偏载现象，极大的减少齿轮箱使用寿命。
3.效率降低。随着齿轮箱运行效率降低，超温现象会更加严重，风机对环境的适应能力更差，同等气象条件下风机限负荷时间逐年增加。
二、齿轮箱油温过高的主要原因
根据齿轮箱的工作原理，结合该风电场实际运行经验，对齿轮箱油温过高进行了分析，主要有以下几方面：
1.冷却器通风量不足。齿轮箱散热器是以空气作为热交换介质完成散热，降温过程是通过冷却器散热片的油通道的热量置换完成的，其散热片通风量直接影响散热效率。受地理环境影响，尘土、油污、柳絮等可能附着在齿轮箱散热片上，造成齿轮箱散热效率下降。或者散热片有漏油或渗油出现，灰尘和毛絮粘附堵塞散热片，降低散热效率。
2.温控阀失效。温控阀失效后，部分油量不经过散热器而直接回到齿轮箱，则必然导致油温高。
3.油品质量。
由于齿轮箱内油品使用年限较长和轮齿间摩擦，使油品中有铁屑、氧化生成物、水分等超标，润滑质量下降，从而增加发热量，导致油温过高。
4.设计环境与实际运行环境不符。冷却器热交换能力下降，这类故障非常普遍，主要原因是贺德克、英德诺曼、奥莱尔、艾普尔等国外品牌根据风机厂设计要求提供功率适当的产品，满足齿轮箱的冷却工况。随着运行时间的延续，这类产品的不适应性问题突出。而国内的冷却器制造厂家对于终端用户的需求和工况是缺乏了解和应对策略的。
三、解决方案
1.做好日常维护工作
根据现场运行时间，某风电场增加了日常维护。每年进行两次油品检测，如有关参数超标，对油品进行过滤或者换油；定期对滤芯进行检查，如有铁屑或碎末，及时更换滤芯；多次清洗和维修冷却系统。换油、换滤芯及清洗等只能缓解齿轮箱过温现象，但不能彻底的解决冷却系统油温高导致机组自动限功率的问题。
2.增加散热面积和加大散热器功率
将锯齿形翅翼更换为低沿阻翅片，避免散热器受油泥堵塞影响，提高换热效率。重新设计散热器，使其在原有尺寸可直接替换安装的情况下，散热器散热功率达到55kW。保证齿轮箱油温运行在正常温度范围内，使机组不因为油温高自动限功率，提高机组发电量，延长齿轮油使用寿命，延长齿轮箱使用寿命，进一步提高机组运行可靠性，减少机组油温高故障。改造实施方案如下：
⑴采用低沿阻的翅片，空气有更好的通过性，减少空气中杂质在翅片内的积存。同时增加冷却器的有效换热面积，设计延程阻力更小的内翅片，减低了设备压损，更容易保证质量流量，增大散热面积，提高散热功率。在冷却器表面喷涂自主开发的防油涂层，能防止油烟凝结，保持设备和翅道表面的清洁，防止植物性纤维和灰尘的附着聚集。
⑵冷却器采用低沿阻的外翅道设计，不采用锯齿形翅片，采用多种专利型翅片，空气侧流道开放，内阻很小，提高翅片的空气激震能力，采用更长的空气侧流道，延长换热时间，增加换热面，在很短的空气通过时间内尽量增加空气混合度，这样可以有效地防止油污和空气的离心脱离现象，减少油污的沉积。
⑶延长空气侧流道后，根据原有的安装支架尺寸进行设计，实现同原有设备的互换安装，保证冷却器从风机塔筒吊装孔和齿轮箱底侧的吊装孔能吊装到机舱。
⑷冷却器在油液通道（散热腔管）内设计低沿阻内翅片，来解决换热流程增加后可能导致的油液分层换热不充分的问题，这种设计充分考虑油液的颗粒度阻塞内翅片通道的可能性，经过专门的形式设计，解决了冷却器内阻不断增加，通道截面积持续减小的问题，能够保证油液侧的通流能力，这样既有利于冷却器的换热，也有利于油液的润滑流量保证。
五、结论
通过对黑龙江省某风电场齿轮箱油温过高导致的故障分析，结合某风电场现场实际对齿轮箱的散热器进行了改造。截至2020年9月，改造后的散热器已经运行2年，在运行过程中每年均对齿轮油进行污染试验，各项运行数据和试验数据显示：机组未出现限功率情况，且散热器整洁干净，无油泥附着，具备很好的空气通过性和防止翅道阻塞的能力。
参考文献：
1.探讨风电机组齿轮箱油温高解决方案，北极星风力发电网
2.风力发电机组齿轮箱油温高原因及散热改造方案分析，张上，《科技与创新》2015年第18期
3. 风力发电机组散热系统优化设计—风电场后期运维实例分析，姚琳，杨绪硕；2014年全国风电后市场专题研讨会