馬世明
（寧夏銀星能源（yuán）股份有限公司）
摘（zhāi） 要：某風場1.5MW風機齒輪箱潤滑係統（tǒng）在運行過程（chéng）中頻（pín）繁出現油壓過低報警，給風機正常（cháng）運行帶來（lái）不利影響。經過風電場現場谘詢勘查及技術（shù）分析，采用對潤滑係統（tǒng）機（jī）械泵進行電氣化改造（zào）的方法，有效解決了油壓（yā）偏低的（de）問題。並且，改（gǎi）造後的新係統能（néng）夠接受風機主控係統發出的控製指令，針對不同工況執行相應指令。
關鍵詞（cí）：齒輪箱；潤滑係統；機械泵；電氣化改造
1 引言
風電齒輪箱作為風機的核（hé）心部件之一（yī），其潤滑係統對（duì）整個發電機組的工作狀況及使用（yòng）壽命起到至關重要的作用[1-3]。風力發電機中不同部件故障占故障總數（shù）的百分比如（rú）圖1.1所示，其中，潤滑係統的失效占風機失效類型的13.0%。因此（cǐ），有效保證潤（rùn）滑係統各部件的正常工作，是風機運維中的重要環節。在對某風場1.5MW風機的（de）監測過程中，發現其（qí）監測（cè）係（xì）統頻繁出（chū）現入口處油壓過低的報警，經過風電場現（xiàn）場谘詢勘查及技（jì）術分析，準備對主齒輪箱潤（rùn）滑係統機械（xiè）泵進行電（diàn）氣化改進。
2 潤滑係統的組成
潤滑係統指的是向機械設備或設備組的摩擦點（diǎn）供送潤滑劑（jì）的係（xì）統，包括用以輸送、分配、調節、冷卻和精華潤滑劑以及指示、報警和監控潤滑壓力、流量和溫度等參數的整套裝置。在風力發電機的潤滑中，潤滑部（bù）位包括主軸承部分的潤滑（huá）、齒輪箱部（bù）分的潤滑、電機部分的潤滑（huá）、偏航部（bù）分的潤滑、變槳部（bù）分的潤滑。其中，風力發電（diàn）機的主（zhǔ）要潤滑部（bù）分是齒輪（lún）箱。其潤（rùn）滑（huá）係統主要由球閥、電動泵組、機械泵、組（zǔ）合式（shì）油液汙染控製元件、冷卻器、壓力傳感器、功能閥組和（hé）軟（ruǎn）管組成其（qí）中，電動泵組、組合式油液（yè）汙染控製元件和（hé）功能閥組集（jí）成與一體，機（jī）械泵安裝與齒（chǐ）輪箱上，風冷卻器通過軟管串（chuàn）接於係統中（zhōng）。齒輪（lún）箱運行（háng）前由電動泵提供潤滑油至齒輪箱各個潤滑點，齒輪運行後開始驅動機械（xiè）泵（bèng），此時潤滑係統由電動泵和機械（xiè）泵同時供油。
3 油壓低的原（yuán）因
3.1潤滑係統（tǒng）管路泄露或（huò）堵塞
當齒輪箱中的潤滑油係統存在著冷油器（qì）的（de）泄（xiè）漏或者是潤滑油係統的堵塞問題（tí）時，如果不及時地（dì）進行處理，必定會引起潤滑油壓過低的問（wèn）題。
3.2油箱油位過（guò）低
如果齒輪箱潤滑係統油位過低，則（zé）會大大縮短係統回油時在油箱內的停留時間，容易導致油中所含有的水（shuǐ）和空氣無法有效地排（pái）除。此外，油箱油位過低還會讓潤滑係統吸入口無法有效地浸入油麵，從而加大了（le）泵中的空（kōng）氣含量，空氣會在設備的運（yùn）行過程中逐漸進入到主油泵，進而導致主油泵出（chū）口油壓過低的問題。經（jīng）現場檢查，未發現油位低於標準油位的狀況。
3.3機械泵正常工作異常
風（fēng）電齒輪箱設計機械泵是為了在電動（dòng）泵不工作的情況下，繼（jì）續（xù）對齒輪箱各潤（rùn）滑部位(主要是軸承、齒麵（miàn）齧合)進行供油，減（jiǎn）小軸承和齒輪件的磨損，以提高齒輪箱的壽命。但是（shì）隨著（zhe）齒輪箱長時間的運（yùn）行，機械泵出現故障的（de）頻次也不斷增加，以致更換機械泵。機械泵出現的（de）故障主要包括振動噪（zào）音偏（piān）大、機械（xiè）泵不抽油、溫度過高等。經（jīng）現場（chǎng）檢（jiǎn）查，機械泵在運行過程中噪音偏大。拆解後（hòu），機械泵齒輪箱存在嚴重磨損(如圖2)。
圖3.1機械泵齒輪磨損
以上結（jié）果表明，該齒輪箱（xiāng）潤滑係統（tǒng）入口油壓低是（shì）由機械泵齒輪的磨（mó）損引起的，為（wéi）此（cǐ），對主齒輪（lún）箱潤（rùn）滑係統機械泵進行電氣化（huà）改進。要求在改造完成後輔（fǔ）助（zhù）潤（rùn）滑係統作為齒輪主潤滑係統的輔助係統，應能輔助提（tí）供穩定的潤滑冷卻油壓，保證齒（chǐ）輪箱潤滑係統正常工作，並且新增電動潤滑泵應能接受風機主控係統發出的控製（zhì）指令，根據風機待機或運行的不同狀態，執行相應的運行工作流程（chéng）。潤滑係統應能在出（chū）現故（gù）障（zhàng）時自動停機保護，並能即時反饋（kuì）到風機主控中顯示報（bào）警信息。
4 改進方案
4.1油路部分（fèn）方案
根據前期方案比選，考慮現場實際尺寸空（kōng）間及後期維護操（cāo）作等情（qíng）況，更換機械齒輪泵為電動油（yóu）泵，實現風機啟動即持續供油的可（kě）控模式（shì），與原電動泵一同工作，保證齒輪箱足夠的潤滑油量油壓。電動機與油泵為內置連接，滿足安裝空間（jiān）尺寸和原設計油量要求。
新電機型號:REP-MDK25-D15功（gōng）率1.5kw6極，新油泵排量25升/分。
基本原理圖（tú）如圖4.1：
圖4.1齒輪箱電氣（qì）化改造原理圖（tú）
4.2電氣部分方案
根據潤滑係統計算（suàn）選型（xíng），電動泵（bèng）電機功率1.5kW，三相（xiàng），400V△-690VY接法（fǎ），額定電流3.2A。
分析目前風機機組齒輪箱潤滑泵（bèng）工作控製情況，錄波如圖示，可以看出在齒輪箱處於低轉速(<200rpm)情況下，電動泵處於間（jiān）斷工作模式，啟動約3min-停止2min。而在（zài）齒輪箱高轉（zhuǎn）速情況(>200rpm)情況下，電動泵連續工作。
這種工作模式跟原有齒輪泵工作模式基本一致，兩者在正常發電情況下（xià）處於同時啟停狀態。為簡化新電動泵控製電（diàn）路，盡量（liàng）減（jiǎn）少對原有風機主控電路進行變（biàn）更和操作，所以在（zài）本次技改中將新增電動泵和原齒輪箱電動泵並聯控（kòng）製，同時啟停。
4.3技改接線方案
考慮到原風機控製櫃內（nèi）預留部分冗餘控（kòng）製電路，實際並未安裝，所以可（kě）以在主控櫃（guì）內原有控製電路的基礎上進行調整，用作新加電動泵的控製電路。
具體如下：
1.電動泵（bèng）現場配（pèi）線(4x1.5mm²，從齒輪箱電動泵接入風機主控櫃，接線端（duān）子X1，要求做（zuò）好（hǎo）防護（hù），並在通電前測量（liàng）接地電阻（zǔ）和絕緣電阻。
2.油泵電機接地連接（jiē）。
3.斷開原冗餘控製電路繼電器到主控（kòng）模塊DO509的連接。
4.將繼電器控製線圈接入主控模塊DO513。
5.更換原電動（dòng）機斷路器，替換為GV2-ME08C(原有輔助觸點繼續（xù）使用)。
6.更換原有指示標簽為“齒輪箱油（yóu）泵2”
7.替換相關電路圖。
8.通電（diàn）試（shì）運行（háng），檢查相序和電流、電（diàn）壓。
9.做好相關記錄。
5 電氣改進過程
5.1基本施工流程
停機確認→排油盛裝→原機械齒（chǐ）輪泵（bèng）拆除→原齒輪箱孔洞使用新端蓋（gài）封堵→集成電動泵安裝固定(利用原孔洞（dòng）地腳及端蓋（gài）支架，吸排油（yóu）管選用原軟管)→管路（lù）連接→電路及控製線路連接加注潤滑油→試車前檢查清理→試車
5.2改進工（gōng）藝（yì）步驟
5.2.1停機確認
按風場及風機技術要求選擇適合天氣停機確認，鎖（suǒ）定風輪鎖。
5.2.2排油盛裝
清潔齒輪箱檢查口，打開齒輪（lún）箱目視檢（jiǎn）查潤滑油（yóu）。如無異常，使用準備（bèi）好同牌號的清潔空油桶排油。
5.2.3機械泵及管路拆卸
準備好接油（yóu）盤放置在機械泵下方，拆下機械齒輪泵所連接的油管，根（gēn）據情況（kuàng）確定是否還需電動泵排油。拆下機（jī）械泵聯軸器法蘭盤四根（gēn）M8螺（luó）栓（shuān），機械泵及膠管口用清潔（jié）抹布包好，螺栓妥善放（fàng）置。機械泵及（jí）油管位置如下圖1。
圖1機械泵位置
圖2端蓋支架
5.2.4集成電機泵安裝
使用新的端蓋支架（jià）(如圖2)，上好密封（fēng）圈，用原四根M8聯軸器法蘭螺栓固（gù）定，下支腿一端連接到原有齒（chǐ）輪箱端蓋(如圖3)，另一端固定到新電機支架上，固定方法（fǎ）如圖4。
圖3已有端蓋
圖4新電（diàn）動泵固定方式示意圖
5.2.5管路連接
檢查連接新膠管，使用清（qīng）洗劑清理幹淨接口，並檢查吸油排油管（guǎn）螺栓緊固後。
5.2.6電路及控製線路連接
按電氣線路及控製線路（lù）見齒（chǐ）輪箱技改方案(電氣部分)要（yào）求接線。
圖5櫃內電氣（qì）接線
5.2.7加注（zhù）潤滑油
使用手動或電動濾油車加（jiā）注已抽出的（de）潤滑油，檢查油位，根據情況是否補（bǔ）充加注（zhù）。
5.2.8檢查清理
檢查管路螺（luó）栓緊固，齒輪箱檢查口內無異（yì）常，電（diàn）路及控製線路接線（xiàn）無誤，清理（lǐ）工具及新舊抹布，確認無誤後（hòu），通電準備測（cè）試。
6 結論
某1.5MW風機經過電氣化改造Z終效果如圖6.1所示（shì）。
圖6.1電氣化改造後的（de）齒輪箱
隨後對（duì）改造的係統進行實驗，單機測（cè）試新電動泵運行不小於15分鍾（zhōng），待（dài）壓力穩定後觀察潤滑係統（tǒng）壓力並記錄，工作正常。與原（yuán）電動泵聯動測（cè）試運行，不小於15分鍾，待壓力穩定後觀察潤滑係（xì）統壓力並記錄。運行正常後解除鎖定通知業主，啟動風機（jī），注意觀察齒輪箱運行（háng）各項參數(如圖6.2)。與改造前的齒輪箱各項參數(如圖（tú）6.3)對比，齒輪箱入口壓力由0.5bar提高到1.5bar，壓力提高了3倍，有（yǒu）效解決了齒輪箱入口壓（yā）力低的（de）問題。
圖6.2改（gǎi）造後風機及油壓狀況
圖6.3改造（zào）前風機及油壓狀況
以上結果表明，改造非常（cháng）成功，即解決了齒輪箱入口油壓低的問題，新（xīn）增電動潤滑泵又能接受風（fēng）機（jī）主控係統發出的控製指令，根據風機待機或運行的不同狀（zhuàng）態，執行相應的運行工作流程（chéng），提高了風機齒輪箱的智能（néng）化成（chéng）都（dōu），同時提高了潤滑係統在出現（xiàn）故障時自動停機保護能力（lì），能即時反饋到風機主控中顯示報警信息（xī）。
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作者簡介：
馬世明，現任寧夏銀（yín）星能源股（gǔ）份有限公司檢修檢測基地營銷副總經理，兼（jiān）任中國礦業大學銀（yín）川學院和北方民族大學機電係客座教授，主管（guǎn）風電、煤炭、火電、鋁加工行業後市場檢修（xiū）檢測市場營（yíng）銷業務，尤其在齒輪箱減速器的設計製造及檢修維護方麵有豐（fēng）富的工作經驗。
來源：《風（fēng）電技術》雙月刊
