0 引言

随着风电机组大量投入运营，风力发电机的故障问题逐渐显现。资料显示，由于齿轮箱和轴承损坏造成风力发电机组停机故障占风机全部故障的 70%。其中，由于润滑油性能问题导致的润滑故障占了较高的比例^[1]。风电机组增速齿轮箱与齿轮副通过啮合作用进行动力传递，通过润滑油来减少摩擦、提高效率^[2]，因此，油品性能直接影响到齿轮箱能否安全、平稳运行，合格油品是齿轮箱系统可靠工作的重要保证。然而，历经多年发展，评价润滑油状态的规程或标准一直未颁布实施。对此，内蒙古电力科学研究院与西安热工研究院有限公司承担了风电场用润滑油运行及维护管理导则的编制工作。在调研和收集了20家风电场齿轮箱运行状态与齿轮油性能数据的基础上，历经3 a多时间，对 1000余台风机齿轮箱油样品进行了近10 000项试验，分析和研究了试验数据，并结合国内外相关标准，完成了标准的编制工作，并于2014年11月报送国家能源局。国家能源局2015年第4号公告公布批准《DL/T 1461—2015 发电厂齿轮用油运行及维护管理导则》（以下简称导则）行业标准，并于 2015-12-01实施。该标准填补了国内风电场齿轮油运行及维护标准的空白，解决了当前各发电企业运行齿轮箱齿轮用油维护无执行标准的难题，为各发电企业在齿轮用油验收、检测和维护方面提供了检验方法及技术指标，同时也为风电机组润滑系统的状态评价提供了可靠依据。本文从导则的主要内容、运行维护及性能指标3个方面针对风电机组齿轮箱润滑油性能监测进行阐述。

1 导则主要内容 1.1 运行期间的监督和检验周期

运行中齿轮油的质量指标及检验周期见表 1。 导则中规定了在试运行72 h内应进行首检，检测项目为黏度、颗粒污染度、酸值、水分、旋转氧弹和光谱元素分析，运行6个月后应检测表 1中检验周期为1 a的项目，之后应按照表 1中的检验周期进行检测^[3]。

1.2 运行油的维护

运行油的维护包括日常维护、补油、油系统清洗及换油、油质异常原因及处理措施。

（1） 日常维护：防止污染物的直接侵入，如发现油品受到水分、杂质污染，应对齿轮油进行脱水、 净化处理。如在运行过程中出现酸值、泡沫特性等指标不合格时，可以对齿轮油进行再生处理，并添加适宜的添加剂。

（2） 补油：设备需要补油时，应补加经检验合格的相同品牌、相同规格的油；当需要补加不同品牌的油时，除了进行混油试验外，还应对混合油样进行全分析试验。

（3） 油系统清洗及换油：在设备检修或换油时，应在齿轮传动装置处于运行温度并确认加热器停用后排放齿轮油。齿轮油排放完毕后，检查箱体及加热器表面，并清除箱体内表面及加热器表面所有残余物，采用洗涤油清洗，洗涤油必须清洁且能与待加入设备的齿轮油相容。应避免使用溶剂清洗油系统，除非齿轮箱体内出现用洗涤油清洗不掉的氧化沉淀物或被污染的润滑剂。当出现附着沉淀物需要使用溶剂时，必须在使用溶剂清洗后，用洗涤油除去残留在系统内的溶剂残余物。最后应将油系统内清洗剂和洗涤油完全排出，以免污染新加入的油。

（4） 油质异常原因及处理措施：根据运行油质量标准对油质检验结果进行分析，如果油质指标超标，应查明原因并采取相应处理措施。油质异常原因及处理措施见表 2所示。

2 风力发电机组润滑油性能评价指标

风力发电机组增速齿轮箱通过齿轮副增速将低转速动能转变为高转速动能，达到发电机发电的转速需求，这种动力的传递是在齿轮机构中每对啮合齿面的相互作用中完成，如果润滑不当，势必造成轮齿折断、齿面点蚀或剥落，出现安全隐患^[4]。因此，对齿轮箱润滑油的性能提出了具体要求。

（1） 运动黏度：运动黏度是选择润滑油的参考指标之一^[5]，是衡量油品油膜强度、流动性的重要指标。根据工况、负载、齿轮的设计，风电机组齿轮箱一般选用运动黏度为320 mm²/s的润滑油，即牌号为 320的齿轮油。随着机组运行时间的增长，油品受到老化、污染、受潮等因素的影响，运动黏度会发生改变，而润滑油黏度直接影响齿轮疲劳寿命，因此，为了确保齿轮箱正常的使用寿命，需对润滑油黏度进行检测，并将检测周期定为1 a。

（2） 倾点：倾点是评价润滑油低温使用性能的重要指标，润滑油的倾点主要与油品的化学成分有关。一般认为，润滑油的倾点温度要比设备运行环境的最低温度低5 ℃。尤其对于在严寒地区的风电机组，对其油品的低温性能提出了明确的要求。 《GB 5903—2011工业闭式齿轮油》规定320号齿轮油新油的倾点应不高于-9 ℃，《NB/SH/T 0467— 2010合成工业齿轮油》规定320号齿轮油新油的倾点应不高于-30 ℃。通常，油品的倾点不会随着油品运行时间的变化发生明显改变，因此规定运行中齿轮油的倾点与新油原始值相比不高于5 ℃，检验周期为“必要时”。

（3） 闪点：闪点用来判断油品馏分组成，是安全指标，用以鉴定油品发生火灾的危险性。GB 5903—2011规定320号齿轮油新油的闪点应不低于 200 ℃。NB/SH/T 0467—2010规定320号齿轮油新油的闪点应不低于230 ℃。新油的化学成分组成决定了油品闪点的大小，如不发生错加油品、混油等问题，闪点数值相对较稳定。因此规定运行中齿轮油的闪点应不低于195 ℃，且与新油原始值相比不低于5 ℃。

（4） 颗粒污染度：油中的固体颗粒会使摩擦副表面产生磨粒磨损，导致轴承或齿面损坏。《GB/T 19703—2008 风力发电机组齿轮箱》规定“风力发电机组试运行24~72 h后从齿轮箱取出的油的颗粒污染度应不低于《GB/T 14039—2002 液压传动油液固体颗粒污染等级代号》中代号“—/15/12”的要求，齿轮箱清洁度水平应不低于代号为“17/15/12”的要求。结合风电场运行试验数据，规定了齿轮油颗粒度等级为“≤—/20/17”。

（5） 酸值：是中和1 g油品试样中的酸性物质所需要氢氧化钾的毫克数。酸值升高表明油品中存在氧化或抗氧剂的消耗现象。当油品酸值升高达到一定程度时，应立即更换油品。国内外测定酸值的方法有2种，即颜色指示剂法和电位滴定法。风电机组齿轮油的酸值一般采用电位滴定法测定。 对于新油来说，酸值大小取决于添加剂的类型，其酸值一般在1.0 mg/g左右（以KOH标定），运行中齿轮油的酸值很少有大幅度变化，标准中规定运行油的酸值增加值不大于0.8 mg/g（以KOH标定），检验周期为“每年”。

（6） 水分：如润滑油中水的质量分数超过导则规定的指标，将会导致油品氧化、破坏油膜的形成、 锈蚀设备、使金属盐类添加剂水解反应而失效。因此，要严格监测润滑油中水的质量分数。实验室数据显示，北方地区齿轮油中的水分基本都在200 mg/ L以下，而对于空气湿度较大的地区，水的质量分数有增加趋势，因此将水分指标控制在1000 mg/L内，考虑到水分指标的重要性，将检验周期定为“每年”。

（7） 铜片腐蚀：一种测定油品腐蚀性的定性方法。主要测定油品中有无腐蚀性金属的活性硫化物和元素硫。由于齿轮箱内部部件含有钢铁、铜等金属材质，有可能产生腐蚀，因此要求齿轮箱润滑油具有良好的防腐蚀性能。结合GB 5903—2011以及国外相关标准要求，并考虑到风机齿轮箱运行情况，规定铜片腐蚀按照100 ℃、3 h进行，指标“≤2 a”，检验周期为“必要时”。

（8） 液相锈蚀：评定油品以一定比例与水混合后对铁部件的防锈能力。油品的液相锈蚀试验应为“无锈”，检验周期为“必要时”。

（9） 旋转氧弹：评定润滑油氧化安定性的测试方法之一，其氧化寿命时间越长，润滑油的抗氧化性越好，齿轮油的氧化安定性越强。由于风机齿轮油旋转氧弹数据较少，标准中将指标定为与新油比对，并将检验周期定为“每两年”。

（10） 泡沫性：泡沫性是指油品自身生成泡沫的倾向性以及生成泡沫的稳定性，反映了油品在有空气进入的情况下油品表面消泡能力的好坏。油品出现泡沫，会出现空穴现象和润滑油的溢流损失，导致机械故障。工业闭式齿轮油在循环流动中容易生成泡沫，影响齿轮啮合处油膜的形成，因此要控制其抗泡性。

（11） Timken试验：Timken试验用于评定润滑油脂的挤压性能水平，指标为OK负荷，一定程度上可表明润滑油在使用过程中挤压性能下降程度^[5]。

（12） 四球机试验：四球机试验是最普遍的一种摩擦磨损试验方法，可测定润滑油的减磨性、抗磨性和极压性。极压性用烧结负荷（PD）、综合磨损指数和磨斑直径来认定^[5]。关于风机齿轮油的四球机试验数据相对较少，因此，标准中将其指标定为 “报告”，并将检验周期定为“每两年”。

（13） 光谱元素分析：利用电感耦合等离子发射光谱测定油品中的污染元素、添加剂、磨损成分含量，进行定量分析，可以有效识别设备内部是否发生磨损、是否有密封不严造成杂质侵入现象。考虑到光谱元素分析数据能够直接反映出油品中添加剂含量变化、污染情况以及齿轮箱部件的磨损程度，因此将该项目的检验周期定为“每年”。

（14） 油泥析出：判断运行过程中润滑油产生油泥的情况。油泥可以表征油品的老化程度，因此规定运行油中应无油泥析出，试验方法按照《DL/T 429.7—1991 电力系统油质试验方法——油泥析出测定法》，检验周期为“每年”。

3 结语

随着风电行业新机组的不断增加、大容量机组的出现以及机组运行时间的增加，润滑系统故障无法避免，新问题会不断出现，同时，随着润滑系统理念及油液监测技术的发展，工业润滑将会面临新的机遇与挑战。对此需持续关注风电企业在润滑油使用、维护过程中的问题，完善《发电厂齿轮用油运行及维护管理导则》，为风电机组安全、稳定、经济运行提供更先进的运维指导及技术保障。