风力发电机组低温运行工况分析

1 风力发电机组低温运行背景分析

现在国产低温型风力发电机组多是在国外常温风电机组的基础上改进的，尽管在控制系统中增了对低温情况的应对设计，采取了一些加热保温措施,但是因大多数没有高寒地区风电场运行经验,同时为了降低成本、提高产量,风电机的低温配置相对简单,并没有从根本上解决低温适应性问题。为满足风电机在北方地区低温条件下运行的需要，风电机设备厂家及运行维护单位应加强对风电机组低温特性的技术研究和运行特性分析，不断提高其对低温恶劣气候的适应性，从而提高国产风电机的整体竞争力。

2 风力发电机组低温运行因素分析

2.1 内蒙古武川地区环境分析

武川县的气候特点主要表现为中温带大陆性季风气候。年平均气温 3.5℃，年极端最低气温-37.0℃，出现于 1971 年 1 月 22 日，年极端最高气温 36.2℃,出现于 2005 年 6 月 22 日。最冷月为 1 月,平均气温-14.8℃，最热月为 7 月，平均气温 18.8^∘C 。无霜期 124 天左右。历年平均降水为 354.1mm 左右。 ∵ 候变化趋势随着全球气候变化的趋势可能会受到影响，需要关注气候变化对清洁能源发展的潜在影响。

2.2 风电机组润滑油脂低温特性分析

（1）偏航润滑油脂特性。福斯 STABYL EOS E 2 特种润滑脂 STABYL EOS E 2 OEMSTABYL EOSE 2 是一种全合成高性能润滑油，其增厚特殊锂皂。此外，是一种特别有力包的高压和抗磨添加剂的使用。这种组合提供了STABYL EOS E 2 极宽的工作温度范国内结合高老化稳定性和EP 不同的特性。应用领域是专为在重仓平原和滚各类风力发电厂轴承使用而开发的。由于其较宽的工作温度范围内，其高的机械稳定性和其强大的承重资产，所以特别适合用于转子轴承的润滑。属性：工作温度范围: 40/+130^qC 、强大的承载能力、优异的抗磨损保护、优良的耐寒适应性、高稳定性老化、可靠的防腐蚀保护、高耐水性。

（2）主轴润滑脂特性。壳牌 load460 可耐压 460 齿轮油是壳牌品牌旗下的齿轮油，壳牌齿轮油可耐压系列采用高粘度指数溶剂精炼基础油，并加有极压添加剂、抗腐蚀剂、抗氧化及、抗泡和降倾点添加剂，主要用于重载工业齿轮润滑。即使在极不利得负载条件下（如长时间和峰值负载），由于含有均衡的极压及抗磨损添加剂，这种产品也能有效防止钢和钢零件表面的磨损，有效保护齿轮油轴承。具有杰出的热稳定性能和抗氧化性能，抵御油泥和其它有害氧化物的生成，即使在某些时候，整体油温高达 100℃的情况下，也能延长用油寿命。油的分水性强，机器静止下来后，渗入邮箱内的水可得以迅速分离。

（3）变桨润滑脂特性。福斯 585K plus 油脂是风电行业不可或缺的滚动轴承润滑脂。其铝钡基稠化剂与高性能基础油融合，成就了卓越的润滑效果。产品滴点高达 130^qC ，倾点低至-45℃，适用温度范围宽，闪点 260℃保障安全。

3 低温对风电机组运行工况的影响分析

3.1 刹车系统:低温可能导致风电机组刹车液压系统工作不正常、刹车时间延长、振动加大,影响风电机的安全性能。

3.2 叶片:低温会使叶片阻尼等结构特性发生变化，振动加大,寿命缩短,而且大风低温时的刹车动作可能引起叶片折断。

3.3 风速风向测量:在霜冻和风雪天气时,风速风向仪可能会被冰、霜、雪覆盖,风电机组无法正常测量到风向和风速。当不正确的风向信号传送到风电机组控制系统,会使机组对风不正确或停机，影响风电机组的可利用率。

3.4 液压系统:因低温而使密封不良、液压油粘度增大,从而导致风电机液压系统不能正常工作。

3.5 齿轮箱系统:低温会对油的粘稠度和流动性产生影响。当齿轮箱在低温天气停机时间较长时，齿轮箱内的油温会很低,甚至达到-20℃以下,如果直接启动风电机组,由于油较粘稠,油的流动性和润滑效果差,轴承和齿轮不能得到充分润滑,因旋转,摩擦产生的热量不能正常发散,会影响齿轮箱内轴承及齿轮的寿命。

3.6 偏航系统:低温会导致风电机偏航系统润滑水平下降或引起偏航故障。在低温环境中偏航齿轮,齿盘使用的润滑油脂以及偏航减速齿轮箱润滑油容易固化、僵硬，降低偏航系统润滑效果,造成偏航阻力增加,从而引起偏航驱动电机烧毁或偏航减速齿轮损坏、偏航齿盘受损等故障 。

4 风力发电机组因低温引发故障案例的解决措施

偏航系统故障除润滑脂外，偏航电机及减速机，偏航齿圈，偏航卡钳力矩等也是造成偏航不能正常工作的主要原因，确定偏航齿圈润滑油脂、偏航减速器润滑油液、偏航轴承润滑油脂是否满足风电场所在地区的低温性能；偏航系统制动卡钳的力矩核算是否正确，是否因为力矩过大导致；其他影响该故障的原因是否存在，如驱动电机提供的驱动力是否满足要求、偏航电机抱闸所用电磁铁是否可靠等。具体解决措施如下：

（1）检查偏航电机的三相电阻、PTC 电阻值；

（2）检查偏航齿轮箱的油位，检查输出端及各级箱体间有无漏油；

（3）手动左右偏航，注意听齿轮箱是否存在异常、振动，使用钳形表测量单相偏航电流；（4）拆开偏航电机后罩，抬起抱闸，使用 S6 内六角扳手盘动电机尾轴，看是否存在卡滞（正常可左右各盘动 3-5 圈）；

（5）抱闸关闭情况下，使用塞尺测量抱闸气隙值；

（6）检查齿轮箱输出齿与偏航齿圈是否存在断齿、开裂、异（7）检查偏航卡钳摩擦片有无窜出、齿圈润滑是否充分；

5 风力发电机组低温运行优化方案意见

5.1 风机结构件能够满足我国低温环境的要求，但应针对焊缝采取必要的防止低温焊缝应力集中。采取预热和焊后热处理改善焊缝、热影响区、熔合线部位的性能。加强无损探伤检验、机舱底部加装保温棉、定期检查等技术措施，保障设备的安全工作。

5.2 玻璃纤维增强树脂具有较好的耐低温性能，选用适合低温环境的结构胶生产叶片，就能满足叶-30℃运行的要求。

5.3 一般电子电气器件功能受温度影响较大，选用耐低温的元器件成本昂贵甚至无法做到。但可以采取在柜体内加热，保持局部环境温度的方法，实践表明这一方法简单有效。一般 PCH 无加热保温措施，极易受到低温影响，造成机械安全链断开，可进行更换处理。

参考文献

[1]武川县盛发电有限公司一期 5 0 MW 项目可行性研究报告

[2]【国家能源局实施“零报告”通知】

[3]风机化学品技术说明书