风电机组机舱发热原因研究

风电机组机舱发热原因研究

张桑鹏

（国华（锡林郭勒）新能源有限公司内蒙古自治区锡林郭勒盟026000）

摘要：研究风电机组的机舱发热原因，主要应用在进行风力发电机机舱热平衡设计过程中。包括舱内部件荷载、机舱内外对流换热系统主要部件散热情况以及机舱的布置结构等进行论证。采用舱内热荷载变化特性的分析方法，研究出舱内外空气流动速度、舱体表面灰等因素对于热平衡影响，计算出风力发电机冷却系统的设计优化后参考数值。

关键词：风电机组；机舱发热；发热原因

由于风电机组在运行过程中容易发生发热现象，对于机舱内部的主要发射原因进行温度场分布工况，环境温度影响等总结和分析，再进行各部分发热源的发热原因，尚对比机舱温度过高时采取的措施的优缺点，并提出适用于风电机组基层发热现象解决方案的论证基础。

1、机舱内部发热原因论述

由于现代风力发电机组一般实行无人值守，高空作业结构较为复杂，而且体型较大，容易受到复杂环境影响因素的影响，因此在一定数量的电磁损耗的同时发生持续的发热是非常常见的，如果不能及时解决散热的问题，不仅会带来散热功率不匹配，散热结构设置不合理等关键部件的问题，还会由于散热通道配备不合理，导致机舱温度不断提升，带来一定的风险。有学者在进行风力发电机温度场分布上进行了研究，包括稳态温度场的研究，极端条件下风力发电机组内部热性能研究，机组主轴承滚动中摩擦生热研究等等。目前的研究状态是发现在机舱内不同部件的散热气流，组织上如果能够提出相应的机舱发热的解决问题，可以大大提升散热效率，将影响机组和部件散热效率的重要因素予以发现并提出解决措施。

2、机舱内部发热源分析

2.1由于在运行的过程中，风机机舱外壳一般容易受到环境的影响，工作状态时部件发生的热量聚集在内部，提升了机舱内部的温度，这部分热量的散发是非常关键，但是由于机舱内部往往具有很好的密封性，因此只能通过机舱内部的散热片来进行散热，但是一旦发生内外空气不流通，热量聚集在集团内部，就容易导致机舱内部温度升高。

2.2Ups电源使机舱内部的空气在进行金属外罩的空气交换时，容易由于发生散热不好的状况，提升机舱内部的温度，又往往为了保护Ups电源在金属外罩防护上采用密封的状态，但是一旦发生UPS的运行可靠性降低的情况，就不利于散热通风。

2.3发电机轴承容易受到破坏，这是风机在长期运行过程中不可避免的，一旦发生摩擦过程中的导通热量的能力降低，就会导致轴承在注油的时候，出现部分轴承中油脂不能及时排放，进而出现温度提升状态。而且往往在热量增多的时候，轴承在旋转过程中摩擦更多，机舱内部的温度无法下降，此时采用自动润滑装置，帮助轴承保持润滑，但是依然无法避免装置内部发生故障。注油不充分也会导致风机在大功率运转的过程中产生更多的热量，提升机舱内部温度[1]。

2.4齿轮箱在温控换向阀发生故障的时候，空气中的灰尘和柳絮会依附在散热片上，发生渗油和渗漏的情况。齿轮箱以空气作为热交换介质进行散热的，油的降温过程是通过冷却器散热片的油通道和风通道的热量置换完成的散热片的通风量直接影响散热效率。由于齿轮箱所处的地理环境情况，风电场附近有大量柳树，杨树，每年春天飘飞的柳絮、杨絮和尘土可能附着在齿轮箱散热片上，这种现象比较常见，容易造成齿轮箱散热效率下降。另外，如散热片有漏油或渗油现象出现，灰尘、毛絮会快速粘附堵塞散热片，且很难清洗掉，降低散热效率。

换向阀一旦发生故障，部分没有经过散热器的冷热冷却，油会直接回流到齿轮箱，此时再加上散热片设计不合理，得则会导致机械构件的箱子温度发生提升的状态。齿轮箱相对流动的热量交换计算中，各个模块的影响各不相同，上下左右前后等各个部位的机械构件都会由于传热传导，热能的性能降低，带来齿轮箱内部温度过高的情况[2]。

3、机舱内部温度过高的解决措施

由于润滑油的温度长时间处在高状态，高温状态会造成敏感的机械元件使用寿命降低，而轴承和齿轮等部件的损耗也会带来疲劳点，降低风电机组经济性。因此针对机舱发热所带来的危害应尽快提出解决措施。

3.1在进行基层发热处理的方法上，往往可以有众多选择，包括人工专门清洗，提高散热风扇进风量，提高油泵功率，加装轴流风机的散热器，升级改造散热片，在齿轮箱前加装滤网，加装小容量独立散热器，或者是大容量独立散热器，配合工作等。上述方法的优点和缺点各有不同，例如人工专门清洗，施工容易，清洁剂成本低廉，但是缺点是散热效果差，清洁不到位。而在齿轮箱前加装滤网，施工容易，成本较低，但是滤网选择较为困难。升级优化散热片，成本较适中，施工也比较容易，但是散热效果一般。加装小容量或大容量独立散热器配合工作，可以大大提升散热效果。但是进行远程操控难度较大，成本较高。而加装轴流风机的散热器效率可以大大提升，然而如果出现风道反射，则容易造成加装的散热器冷却过程中出现温度过高的情况[3]。

3.2温控阀失效引起部分流量不经过散热器而直接回到齿轮箱，则必然导致油温高。温控阀损坏是一个不确定因素，应进行专业判断或进行更换判断，发现此故障引起的齿轮箱过温应及时维修。增加柜内的空气与机舱外空气的流通，从而降低柜子内部的温度。在柜子与机舱外之间增加一个风道，当柜内温度高出环境温度10摄氏度以上时，疏通管道，风扇运行使柜内的热空气与机舱外的环境温度进行热交换，此方案需要额外增加管道，且需要在机舱罩上开孔。另外散热器采用抗污染设计，尽量减小污染所导致的散热器性能下降，耐污染型风侧翅片结构的设计可以减少污染导致散热器性能下降出现的情况，从而可以减少现场清洗散热器的频率整散热效果应该会很好。将风机的防冻液进行更换，更换水冷防冻液的同时，对柜体的水冷管路进行清洗，配以一定比例的清洗剂，反复对柜体水冷管道进行清洗，从而达到柜体散热的目的。

结语：

通过对机舱内部主要发热源的分析，概括了发电机轴承齿轮箱等设备在发热过程中产生的原因及其危害。针对发热源的发热原因提出相应的解决措施。总直接机舱内部温度过高的各种因素，并有针对性地提出解决措施和适用范围，将为后续机舱内部发热问题的解决提供一定的帮助。

参考文献：

[1]李雯雯,高阳,何淼,等.风电机组机舱发热原因研究[J].沈阳工程学院学报（自然科学版）,2018,14(4):297-299,313.

[2]黄宏伟,徐文清,刘宏,等.YBM10-0.69/12风力发电升压预装式变电站[Z].上海南华兰陵电气有限公司.2008.

[3]吴立洲.环境控制系统开发与产业化[Z].江苏金风科技有限公司.2017.