楊鵬
（中廣核新能源控股公司吉林分公司）

　　摘　要：我國的風力發電機組主要布置在偏遠山區，環境較為惡劣，而且還有部分風力發電機組在高原、海上等，受到高強度風的沖擊，可極易引發故障。本文主要針對風電齒輪箱潤滑系統進行研究，提出當前風電齒輪箱潤滑狀態運行存在的問題，針對問題提出裝填監測與故障診斷系統設計方案，給出硬件和軟件設計，并分析其功能。

　　【關鍵詞】 風電齒輪箱；潤滑狀態；故障診斷系統；風力發電機組

　　1.風電齒輪箱
　　風電齒輪箱作為風力發電機組中的重要組成部件，能夠實現動力傳遞，將風能轉化為機械能并將動力傳遞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的動力，但是風輪的轉速往往很低，不能滿足發電機發電要求，因此需要在風力發電機組中配備相應的齒輪箱來實現增速，提高風能利用率。根據風力發電機組運行的實際要求進行不同設置，對于傳動軸（大軸）和齒輪箱既可以合為一體也可以分開進行布置，在兩者之間還往往通過聯軸節進行連接。在風力發電機組中還往往在齒輪箱的輸入/出端配備相應的剎車裝置來實現風力發電機組的制動能力。配合葉尖制動（定漿距風輪）或變漿距制動裝置共同對機組傳動系統進行聯合制動。
　　2.風電齒輪箱潤滑常見故障及原因分析
　　2.1潤滑油黏度變化

　　對于風力發電機組而言，基本上每天都在運行進行發電工作。由于工作時間較長、負載較大，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后上升，潤滑肉的承載能力下降明顯，對于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，使用中油溫和油壓均會出現明顯升高現象，出現齒面膠合等現象，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

　　對于風力發電機組而言往往在海島等地區進行工作，另外還在荒漠等地區這些地區的溫度往往較低，如果不能及時的更換齒輪箱中的空氣呼吸機，長期下來就會導致水分的沉積。而水分是影響齒輪箱潤滑油質量的一個關鍵因素之一，如果水分含量過大會導致齒輪箱的油發生乳化，齒輪件極易出現銹蝕問題。

　　2.3氧化因素

　　由于風力發電機組長時間工作，潤滑油也會長時間使用。而長時間的運行必然導致油溫升高，油會出現氧化問題，而且在運行中還會由于各種不可控因素導致污染產生，Z終導致潤滑油的氧化程度升高，性能會隨之下降，在齒輪箱當中產生酸性物質，對于齒輪箱中的各個部件而言會產生嚴重腐蝕，對于濾芯以及各個配件而言會產生不同程度的損耗。

　　2.4磨損檢測

　　對于齒輪運行而言，通過漸開線接觸的方式進行嚙合，這種運行方式下齒輪不會發生相對滑動。在齒輪箱中引入潤滑油主要是潤滑齒輪，保證齒輪發生比較小的磨損。在風力發電機組的運行中必須關注異常磨損問題，卡阻異常會導致異常磨損更加嚴重。潤滑油快速發黑并且在齒輪箱中有鐵屑的時候應該考慮異常卡阻問題，異常磨損往往與油膜無法有效建立相關；磨屑增多及滑油粘度異常也有關聯關系，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障診斷系統設計
　　3.1硬件系統設計及構成

　　對于風力發電機組的潤滑狀態監測系統而言，必須要有相應的系統硬件進行支持。整個監測系統由數據傳感器來進行信息的采集，并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中，往往涉及到多個參數以及變量的監控，針對不同的參數以及變量需要采用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

　　前面提出油溫是影響并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，這一溫度傳感器主要通過內部電阻值變化來反映溫度變化值。另外還在系統中引入SBWZ-2280變送器，提供整個系統的變送電路支持。
　　3.1.3數采模塊

　　在該系統當中引入了COMWAYWRC-616來提供測控，這控制系統集成模擬和數字信號采集、過程IO控制和無線數據通道等功能。采用壓力傳感器與變送器的繼承模塊HAD4XX4-A來進行系統控制。對于系統中的油壓以及溫度模塊而言，還往往采用兩線制電流輸出的接線方式；對于整個系統中的振動模塊而言，往往采用三線制的連接方式。數采模塊通過RS485串口輸出接入到整個系統當中，另外還通過RS485-To-RS232轉換串口接入到工控機串口當中。為實現其功能還在系統中引入遠程通訊模塊，能夠通過智能手機實現監控系統和外部的通訊。
　　3.1.4工控PC機

　　在系統中采用工控PC機來進行中心處理與控制，通過數據分析與控制能夠判別系統故障問題。對于系統數據的分析一旦對比出現故障，系統會給出故障反饋信息，并將故障反饋信息傳遞給用戶，給出提示和警報。
　　3.2軟件系統設計

　　軟件系統是保證整個系統實現監控和故障監測功能的重要構成部分。軟件系統能夠不斷的對采集傳輸得到的數據進行分析，通過連續分析來判斷齒輪箱潤滑油運行狀況，并判斷故障，軟件系統程序設計如圖1所示。首先，在軟件系統數據庫中引入系統運行的標準值，包括振動、壓力、溫度等，然后將采集到的數據傳輸到數據庫當中進行存儲，并進行數據和標準值的比對判斷是否存在故障。如果對比發現故障或者潛在故障會對數據進行連續存儲，并通過軟件系統進行反饋給用戶故障警告。

　　3.3系統潤滑狀態監測與故障診斷功能實現
　　3.3.1高速軸承溫度

　　在整個系統中會對高速軸承的溫度進行監測，當溫度超過80℃之后，系統會給出警告，并給出處理措施，開啟冷卻系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潤滑系統油壓

　　對于風力發電機齒輪箱的油壓而言，其正常范圍一般在1.0-1.6kPa的范圍內，一旦超出該范圍潤滑系統就表明出現故障，同樣會給出處理措施，打開安全閥門或者是開啟冷卻系統來調節油壓。通過臨時調節措施不能保證油壓在正常范圍的話，需要及時停機進行故障處理。

　　3.3.3潤滑系統油溫

　　對于風力發電機組的齒輪箱油溫而言，需要保證油溫在10-70℃的范圍之內。系統檢測到油溫如果低于10℃的時候系統會給出處理措施，啟動電加熱器來加熱潤滑油，保證其在正常范圍內。另外當油溫高于60℃的時候系統會開啟冷卻系統進行處理，冷卻潤滑油讓其在正常溫度范圍內。如果系統檢測到潤滑油油溫超過70℃的時候，系統會直接停機避免引發更大的事故，并及時分析原因處理故障。

　　3.3.4潤滑系統油位

　　通過軟件系統設計圖能夠發現，系統中還對潤滑油的油位進行實時監測。一旦監測到油位低于正常范圍的時候，系統會直接開啟油液油閥，給齒輪箱添加潤滑油保證正常的油位。在這一過程中還必須要考慮經濟型和有效性，合理科學進行控制。

　　4.結論
　　對于風力電機組運行而言，潤滑系統能夠保證系統的運行質量。本文主要針對潤滑油運行狀態監測系統進行研究，提出了研究方案，希望能夠進行監控，了解齒輪箱潤滑油的運行狀態，進行合理控制和調節，提高齒輪箱運行質量，降低故障。

來源：《電子世界》2019年第4期