杨鹏
（中广核新能源控股公司吉林分公司）

　　摘　要：我国的风力发电机组主要布置在偏远山区，环境较为恶劣，而且还有部分风力发电机组在高原、海上等，受到高强度风的冲击，可极易引发故障。本文主要针对风电齿轮箱润滑系统进行研究，提出当前风电齿轮箱润滑状态运行存在的问题，针对问题提出装填监测与故障诊断系统设计方案，给出硬件和软件设计，并分析其功能。

　　【关键词】 风电齿轮箱；润滑状态；故障诊断系统；风力发电机组

　　1.风电齿轮箱
　　风电齿轮箱作为风力发电机组中的重要组成部件，能够实现动力传递，将风能转化为机械能并将动力传递给发电机获得相应转速。在风力的作用下，发电机组能够获得一定的动力，但是风轮的转速往往很低，不能满足发电机发电要求，因此需要在风力发电机组中配备相应的齿轮箱来实现增速，提高风能利用率。根据风力发电机组运行的实际要求进行不同设置，对于传动轴（大轴）和齿轮箱既可以合为一体也可以分开进行布置，在两者之间还往往通过联轴节进行连接。在风力发电机组中还往往在齿轮箱的输入/出端配备相应的刹车装置来实现风力发电机组的制动能力。配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动。
　　2.风电齿轮箱润滑常见故障及原因分析
　　2.1润滑油黏度变化

　　对于风力发电机组而言，基本上每天都在运行进行发电工作。由于工作时间较长、负载较大，会导致油温升高出现氧化情况，而氧化会产生油泥沉积物等物质，这些物质会使得润滑油的粘度先下降后上升，润滑肉的承载能力下降明显，对于齿轮箱中的各个部件而言，没有很好的润滑会产生较大磨损，引发故障。而且润滑油的粘度增大，使用中油温和油压均会出现明显升高现象，出现齿面胶合等现象，甚至严重情况下会引发轴承受热变形。
　　2.2齿轮油水分影响

　　对于风力发电机组而言往往在海岛等地区进行工作，另外还在荒漠等地区这些地区的温度往往较低，如果不能及时的更换齿轮箱中的空气呼吸机，长期下来就会导致水分的沉积。而水分是影响齿轮箱润滑油质量的一个关键因素之一，如果水分含量过大会导致齿轮箱的油发生乳化，齿轮件极易出现锈蚀问题。

　　2.3氧化因素

　　由于风力发电机组长时间工作，润滑油也会长时间使用。而长时间的运行必然导致油温升高，油会出现氧化问题，而且在运行中还会由于各种不可控因素导致污染产生，Z终导致润滑油的氧化程度升高，性能会随之下降，在齿轮箱当中产生酸性物质，对于齿轮箱中的各个部件而言会产生严重腐蚀，对于滤芯以及各个配件而言会产生不同程度的损耗。

　　2.4磨损检测

　　对于齿轮运行而言，通过渐开线接触的方式进行啮合，这种运行方式下齿轮不会发生相对滑动。在齿轮箱中引入润滑油主要是润滑齿轮，保证齿轮发生比较小的磨损。在风力发电机组的运行中必须关注异常磨损问题，卡阻异常会导致异常磨损更加严重。润滑油快速发黑并且在齿轮箱中有铁屑的时候应该考虑异常卡阻问题，异常磨损往往与油膜无法有效建立相关；磨屑增多及滑油粘度异常也有关联关系，另外是滑油变性，或水分等腐蚀齿轮的成分增大时，也会出现齿轮磨损增大。
　　3.风电齿轮箱润滑状态监测与故障诊断系统设计
　　3.1硬件系统设计及构成

　　对于风力发电机组的润滑状态监测系统而言，必须要有相应的系统硬件进行支持。整个监测系统由数据传感器来进行信息的采集，并由变送器来进行信息传递，另外还有数采模块以及工控机通信线路协调配合实现Z终功能。
　　3.1.1传感器

　　在风力发电机的齿轮箱中，往往涉及到多个参数以及变量的监控，针对不同的参数以及变量需要采用不同的传感器俩进行采集，传感器型号的选择如表1所示。

　　3.1.2温度变送器

　　前面提出油温是影响并反映齿轮箱润滑状态的重要参数，因此必须要对油温进行监控。在本设计中采用Pt100温度传感器来进行油温采集，这一温度传感器主要通过内部电阻值变化来反映温度变化值。另外还在系统中引入SBWZ-2280变送器，提供整个系统的变送电路支持。
　　3.1.3数采模块

　　在该系统当中引入了COMWAYWRC-616来提供测控，这控制系统集成模拟和数字信号采集、过程IO控制和无线数据通道等功能。采用压力传感器与变送器的继承模块HAD4XX4-A来进行系统控制。对于系统中的油压以及温度模块而言，还往往采用两线制电流输出的接线方式；对于整个系统中的振动模块而言，往往采用三线制的连接方式。数采模块通过RS485串口输出接入到整个系统当中，另外还通过RS485-To-RS232转换串口接入到工控机串口当中。为实现其功能还在系统中引入远程通讯模块，能够通过智能手机实现监控系统和外部的通讯。
　　3.1.4工控PC机

　　在系统中采用工控PC机来进行中心处理与控制，通过数据分析与控制能够判别系统故障问题。对于系统数据的分析一旦对比出现故障，系统会给出故障反馈信息，并将故障反馈信息传递给用户，给出提示和警报。
　　3.2软件系统设计

　　软件系统是保证整个系统实现监控和故障监测功能的重要构成部分。软件系统能够不断的对采集传输得到的数据进行分析，通过连续分析来判断齿轮箱润滑油运行状况，并判断故障，软件系统程序设计如图1所示。首先，在软件系统数据库中引入系统运行的标准值，包括振动、压力、温度等，然后将采集到的数据传输到数据库当中进行存储，并进行数据和标准值的比对判断是否存在故障。如果对比发现故障或者潜在故障会对数据进行连续存储，并通过软件系统进行反馈给用户故障警告。

　　3.3系统润滑状态监测与故障诊断功能实现
　　3.3.1高速轴承温度

　　在整个系统中会对高速轴承的温度进行监测，当温度超过80℃之后，系统会给出警告，并给出处理措施，开启冷却系统对高速轴承进行处理，冷却高速轴承让其温度降低，一般要求降低到70℃以下。
　　3.3.2润滑系统油压

　　对于风力发电机齿轮箱的油压而言，其正常范围一般在1.0-1.6kPa的范围内，一旦超出该范围润滑系统就表明出现故障，同样会给出处理措施，打开安全阀门或者是开启冷却系统来调节油压。通过临时调节措施不能保证油压在正常范围的话，需要及时停机进行故障处理。

　　3.3.3润滑系统油温

　　对于风力发电机组的齿轮箱油温而言，需要保证油温在10-70℃的范围之内。系统检测到油温如果低于10℃的时候系统会给出处理措施，启动电加热器来加热润滑油，保证其在正常范围内。另外当油温高于60℃的时候系统会开启冷却系统进行处理，冷却润滑油让其在正常温度范围内。如果系统检测到润滑油油温超过70℃的时候，系统会直接停机避免引发更大的事故，并及时分析原因处理故障。

　　3.3.4润滑系统油位

　　通过软件系统设计图能够发现，系统中还对润滑油的油位进行实时监测。一旦监测到油位低于正常范围的时候，系统会直接开启油液油阀，给齿轮箱添加润滑油保证正常的油位。在这一过程中还必须要考虑经济型和有效性，合理科学进行控制。

　　4.结论
　　对于风力电机组运行而言，润滑系统能够保证系统的运行质量。本文主要针对润滑油运行状态监测系统进行研究，提出了研究方案，希望能够进行监控，了解齿轮箱润滑油的运行状态，进行合理控制和调节，提高齿轮箱运行质量，降低故障。

来源：《电子世界》2019年第4期