楊鵬
（中廣核新能源控股公司吉林分公司）
摘 要：我（wǒ）國的風力發電機組主要布置在偏遠山區，環境較為惡劣，而且還有部分風力（lì）發電機（jī）組在高原、海上等（děng），受到高強度（dù）風的衝擊，可極易引發（fā）故障。本（běn）文主要針對風電齒（chǐ）輪箱潤（rùn）滑係統進行研究，提出當前（qián）風（fēng）電齒輪箱潤滑狀態運行存在的問題，針對問題（tí）提出裝填監測（cè）與故障診（zhěn）斷係統設計（jì）方（fāng）案，給出硬件和軟（ruǎn）件設計，並分析其功能。
【關鍵詞（cí）】 風（fēng）電齒輪箱；潤滑狀態；故（gù）障診斷係統；風力發電機組（zǔ）
1.風電齒輪箱
風電齒輪箱作為（wéi）風力發電機組中的重（chóng）要組成部件（jiàn），能夠實（shí）現動力傳遞，將風能轉化為機械能並將（jiāng）動力傳遞（dì）給發電機獲得相應轉速。在風力的作用下，發電機組能夠獲得一定（dìng）的動力，但是風輪的轉速往往很低，不能滿足發電機（jī）發電要（yào）求，因此需要在風力發電機組中配備相應的齒輪（lún）箱來（lái）實現增速，提高風能利用率（lǜ）。根據風力發電（diàn）機組運行的實（shí）際要求進行不（bú）同（tóng）設置，對於傳（chuán）動軸（大軸）和齒輪箱既可以合為一體也（yě）可以分開進行（háng）布置（zhì），在兩者（zhě）之間還往往通過（guò）聯軸節進行連接。在風力發電機組中還往（wǎng）往在齒（chǐ）輪箱的輸入/出端配（pèi）備相應的刹（shā）車裝置來實現風力發電機組的製（zhì）動能力。配合葉尖製動（定漿距風輪）或變漿距製動（dòng）裝置共同對機組傳動係統（tǒng）進行聯合製動。
2.風電齒輪箱潤滑（huá）常見故障及原因分析
2.1潤滑（huá）油黏度變化
對於風力發電機組而言，基（jī）本上每天都在運行（háng）進行發電工作。由於工作時間（jiān）較長、負載較（jiào）大，會導致油溫升高出現氧化情況，而氧化會產生油泥沉積物等物質，這些物質會使得潤滑油的粘度先下降後上升，潤滑肉（ròu）的承載（zǎi）能力下降明顯，對於齒輪箱中的各個部件而言，沒有很好的潤滑會產生較大磨損，引發故障。而且潤滑油的粘度增大，使用中油（yóu）溫和（hé）油壓均會出現明顯升高現象，出現齒麵（miàn）膠合等現象，甚至嚴重情況下會引發軸承受熱變形。
2.2齒輪油水分影響
對於（yú）風力發電機組而言往往在海島（dǎo）等地區進行工作，另外還在荒漠等地區這些地區的溫度往（wǎng）往較低，如果不能及時的（de）更換齒輪箱中的空（kōng）氣呼（hū）吸機，長期下來就會（huì）導致水分的沉積。而水分是影響齒輪箱（xiāng）潤滑油質量的（de）一（yī）個關鍵因素之（zhī）一，如果水分含量過大會導致齒輪箱的油發（fā）生乳化（huà），齒輪件極易出現（xiàn）鏽蝕問題。
2.3氧化因素
由於風力發電機組長時間工作，潤（rùn）滑油也會長時間使用。而（ér）長時（shí）間的運行必然導致油溫升高，油會出現氧化問題，而且在運行（háng）中還會由於（yú）各種不可控因素導致汙染產生，Z終（zhōng）導致潤（rùn）滑油（yóu）的氧化程度升高，性能會隨之下降，在齒輪箱（xiāng）當中產（chǎn）生酸（suān）性物（wù）質，對於齒輪箱中的各個部件而言會產（chǎn）生嚴重腐蝕，對於（yú）濾（lǜ）芯以及各（gè）個配件而言會產生不同程度的損耗。
2.4磨損檢測
對於齒輪運行而言，通過漸開線接觸的（de）方式進行齧合，這種運行方式下齒輪不會發生相對滑動。在齒輪箱中引入（rù）潤滑（huá）油主要是潤滑（huá）齒輪，保證齒輪發生比較（jiào）小的磨損。在風力發電機組的運行中必須關注異常磨（mó）損問題，卡阻異常會導（dǎo）致異常磨（mó）損（sǔn）更（gèng）加嚴重。潤滑油快速發黑並且在齒（chǐ）輪（lún）箱中有鐵屑的時候應該考慮異常卡（kǎ）阻問題，異常磨損往（wǎng）往與油膜無（wú）法有效建立相關；磨屑增多及滑油粘度異常也有關聯關係，另外是滑油變性，或水分等腐蝕齒輪的成分增大時，也會出現齒輪磨損增大。
3.風電齒輪箱潤滑狀態監測與故（gù）障診斷係統（tǒng）設計
3.1硬件係統設計及構成
對（duì）於（yú）風力發電機組的潤滑狀態監（jiān）測係統而言，必須要有相應的係統硬件進行支持。整個監測係統由數據傳（chuán）感器來進行信息的采集，並（bìng）由變送器來進行信息傳遞，另外還有數采模塊以及工控機通信線路協調配合實現Z終功能。
3.1.1傳感器
在風力發電機的齒輪箱（xiāng）中，往往涉及到多個參數（shù）以及變量的監控，針對不同的參數以（yǐ）及（jí）變（biàn）量需（xū）要采（cǎi）用（yòng）不同的傳感器倆進行采集，傳感器型號的選擇如表1所示。
3.1.2溫度變送器
前麵提出油溫是影響並反映齒輪箱潤滑狀態的重要參數，因此必須要對油溫進行監控。在本設計中采用Pt100溫度傳感器來進行油溫采集，這一（yī）溫度傳（chuán）感器主（zhǔ）要通過內部電阻值變化來反映溫度變化值（zhí）。另（lìng）外還在係統中引入SBWZ-2280變送器，提供（gòng）整個係統的變送電路支持（chí）。
3.1.3數采模塊
在該係統當中引入了COMWAYWRC-616來提供測控，這控製係（xì）統（tǒng）集成模擬和數字信號采集、過程IO控製和無線數據通道等功能。采用壓力（lì）傳感器與變送器的繼承模塊HAD4XX4-A來進（jìn）行係統控製。對於係（xì）統中的油壓以（yǐ）及溫（wēn）度模塊而言，還往往采用兩線製電流輸（shū）出的接線方式；對於整個係統中的振動模塊而言（yán），往往采用三線製的連接方式。數（shù）采模塊通過RS485串口（kǒu）輸出接入到整個係統當中，另外（wài）還通過RS485-To-RS232轉換串口接入到工控機串（chuàn）口當（dāng）中。為實現其功能還在（zài）係統中引入遠程通訊模塊（kuài），能夠通過智能手機實現監控係統和外部的通訊。
3.1.4工控PC機
在（zài）係（xì）統中采用工控PC機來進行（háng）中心（xīn）處理與控（kòng）製（zhì），通（tōng）過數據分析（xī）與控製能夠判別（bié）係統故障問（wèn）題。對於係統數據（jù）的分析一旦對比出現故障，係統會給出故（gù）障反饋信息，並將故障反饋（kuì）信息傳遞給用戶，給出提示和警報。
3.2軟件係統設計
軟件係統是保證整個係統實現監控和故障監測功能的重要構（gòu）成部分。軟件係統能夠不斷的對采（cǎi）集（jí）傳輸得到的數據進行分析（xī），通過連續分析來判斷齒輪箱潤滑油運行狀況，並判斷故障，軟件係統程序設計（jì）如圖1所示。首先，在軟件係統數據庫中引入係統運行的標（biāo）準值，包括振動（dòng）、壓力、溫度等（děng），然後將采集到的數據傳輸到數據庫當中進（jìn）行存儲（chǔ），並進（jìn）行（háng）數據和（hé）標準（zhǔn）值的比對判斷是否存在故障。如果（guǒ）對比發現故（gù）障或者潛在故障會對數據進行連續存（cún）儲（chǔ），並通過軟件係統進行反饋給（gěi）用戶故障警（jǐng）告。
3.3係（xì）統潤滑（huá）狀態監測（cè）與故（gù）障診斷功能實現（xiàn）
3.3.1高速軸（zhóu）承溫度
在整個係統中會對高（gāo）速軸承的溫度進行監測，當溫度（dù）超過（guò）80℃之後，係統會給出警告，並給出處理措施，開啟冷卻係統對高速軸承進行處理，冷卻高速軸承讓其溫度降低，一般要求降低到70℃以下。
3.3.2潤滑係統油壓（yā）
對（duì）於風（fēng）力發（fā）電機齒（chǐ）輪箱的油壓而言，其正常範圍一般在1.0-1.6kPa的範圍內，一旦超出該範圍潤滑係統就表明出現故障，同樣會給出處理措施，打開安全閥門或者是開啟冷卻係統來調節油壓（yā）。通過臨時（shí）調節措施不（bú）能保（bǎo）證油壓在（zài）正常範圍的話（huà），需要及時停機進行（háng）故障處理。
3.3.3潤滑係（xì）統油溫
對於風力發電機組的齒輪箱油溫（wēn）而言，需要保證油溫在10-70℃的範圍之內。係統檢測到油溫如果（guǒ）低於10℃的時（shí）候（hòu）係統會給出處理措施，啟動電加熱器來加熱潤滑油，保（bǎo）證其在正常範圍內。另外當油溫（wēn）高於60℃的時候係（xì）統會開（kāi）啟冷卻係統進行處（chù）理，冷卻潤滑油讓其在正常溫度範圍內。如果係統檢測到潤滑油油溫超過70℃的時候，係統會直接停機避免引發更大的事故，並及時分析原因處理（lǐ）故障（zhàng）。
3.3.4潤滑係統油位
通過軟件（jiàn）係（xì）統設計圖能（néng）夠發現，係統中還對潤滑油的油位進行實時監測。一（yī）旦監測到油（yóu）位低（dī）於正常範圍的時候（hòu），係（xì）統會直接（jiē）開啟油液油閥，給齒輪箱添加潤滑油保證正常的（de）油位。在這一過程（chéng）中還必須要考慮經濟型和有效性，合理科學（xué）進行（háng）控製。
4.結論
對於風力電機（jī）組運行而言，潤滑係（xì）統能夠保（bǎo）證係統的運行質量。本文主（zhǔ）要針對（duì）潤滑油運行狀態監測係統進行研究，提出了研究方案，希望（wàng）能夠進行監控（kòng），了解齒輪箱潤滑油的運行狀（zhuàng）態，進行（háng）合理控（kòng）製和調節，提（tí）高齒輪箱運行質量，降低故障（zhàng）。
來源：《電子世界》2019年第4期
