一种风电机组变桨集中润滑系统控制策略

技术领域

本发明涉及风力发电机组技术领域，具体涉及一种风电机组变桨集中润滑系统控制策略。

背景技术

现有技术中，风电机组的变桨轴承一般为3个，每个轴承有11个润滑点，其中包括轴承滚道润滑点10个，轴承内齿圈润滑点1个，三面轴承的润滑点一共是33个。对于递进式变桨集中润滑系统，每一个润滑点发生堵塞都会导致润滑系统故障，润滑系统发生故障的概率很高。高故障率很容易使轴承润滑不充分，从而导致轴承损坏的不良后果。

当前风电机组变桨集中润滑系统如图1所示，集中润滑系统采用的润滑控制策略，一般是采用定时润滑的方式，通过润滑泵自带的专用电路板进行控制，当风机运行达到预设的固定时间间隔，由专用电路板自动启动润滑泵，向轴承的某一位置处注入润滑脂。这种控制策略容易导致润滑脂注入不均匀，出现变桨轴承密封圈溢脂，具体如下：

润滑系统的工作是按照固定时间间隔运行，而风电机组的实际运行情况是不确定的，比如在风小的时候风电机组停机，但是此时润滑系统会按照固定时间间隔继续注脂，停机时间长会导致润滑脂在轴承某一部位过多，其他部位过少，导致润滑不均匀。润滑泵自带的专用电路板控制无法进行二次编程，必须更换电路板才能实现对润滑控制策略的调整。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出一种风电机组变桨集中润滑系统控制策略，以解决现有技术中存在的集中润滑系统采用定时润滑的方式，润滑脂在轴承管道内部易堆积、易外溢，润滑系统故障发生率高的技术问题。

本发明采用的技术方案是，一种风电机组变桨集中润滑系统控制策略，包括：润滑泵启动条件、润滑泵运行程序；

润滑泵启动条件的判定流程如下：

主控系统测得风电机组的实时实际平均风速，当实际平均风速大于预设的平均风速阈值时，不启动润滑泵；当实际平均风速小于预设的平均风速阈值时，主控系统判断风电机组是否处于发电状态；

当风电机组处于发电状态下，不启动润滑泵；当风电机组未处于发电状态下，主控系统判断当前时间是否为润滑泵的允许运行时间段；

如当前时间不在润滑泵的允许运行时间段内，不启动润滑泵；如当前时间在润滑泵的允许运行时间段内，主控系统控制润滑泵启动；

润滑泵运行程序具体如下：

用户设置标准润滑行程次数，标准润滑周期；

主控系统判定润滑泵符合启动条件，控制润滑泵启动，对风电机组的轴承进行润滑；

主控系统读取实际润滑行程次数、实际润滑用时；

主控系统根据标准润滑行程次数和实际润滑行程次数，标准润滑周期和实际润滑用时，结合润滑泵启动条件，控制润滑泵的继续运行、停止。

在一种可实现方式中，平均风速阈值为3m/s，实际平均风速包括10秒平均风速和3分钟平均风速。

在一种可实现方式中，润滑泵的允许运行时间段为晚上21点以后或者凌晨5点以前。

在一种可实现方式中，在进行润滑的过程中，润滑泵启动的同时叶片在0～90°内不停来回转动。

上述技术方案能实现的有益技术效果如下：

对轴承润滑结合了风电机组的实际运行情况，当满足润滑泵启动条件下，主控系统才开始控制润滑泵启动对轴承的润滑，轴承润滑发生在小风(风电机组不发电)时段，同时变桨轴承往复转动，带动润滑小齿轮与轴承内齿啮合，使润滑脂充分分布到轴承内齿，保证内齿润滑充分。轴承润滑只发生在轴承转动过程，注入的润滑脂可随着轴承转动而分布到其他位置，不会发生润滑脂堆积，避免润滑脂因压力过大从而溢出。

在一种可实现方式中，标准润滑周期内，单面轴承润滑脂需求量按以下公式进行计算：

在上式中，V代表三面轴承润滑脂的总需求量，T代表标准润滑周期；

标准润滑行程次数按以下公式进行计算：

在上式中，Q代表单面轴承润滑脂需求量，q代表润滑脂分配器柱塞运行单个行程的润滑脂注入量。

在一种可实现方式中，主控系统根据标准润滑行程次数和实际润滑行程次数，标准润滑周期和实际润滑用时，结合润滑泵启动条件，控制润滑泵的继续运行、停止，具体如下：

当实际润滑行程次数小于标准润滑行程次数、且实际润滑用时小于标准润滑周期时，主控系统判断是否满足润滑泵启动条件；当满足启动条件时，主控系统控制润滑泵继续运行，并且继续实时读取实际润滑行程次数、实际润滑用时，进行再一次的判断；

当实际润滑行程次数小于标准润滑行程次数、且实际润滑用时大于或等于标准润滑周期时，主控系统控制润滑泵停止工作；使用润滑不足子程序，在下一个润滑周期增加润滑行程次数；

当实际润滑行程次数大于或等于标准润滑行程次数时，主控系统控制润滑泵停止工作，控制叶片停止旋转然后顺浆。

在一种可实现方式中，润滑不足子程序具体如下：

将下一个润滑周期的标准润滑行程次数设为标准润滑行程次数的两倍与这一个润滑周期的实际润滑行程次数之差；如果当经过连续两个润滑周期，两个润滑周期内实际润滑行程的总次数仍然小于标准润滑行程次数的两倍，则在第二个润滑周期结束时，主控系统控制润滑泵继续运行直到实际润滑行程的总次数等于标准润滑行程次数的两倍，再控制润滑泵停止工作。

在一种可实现方式中，当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，使用强制注脂方式提升润滑系统的管道压力；润滑泵还连接有回油管。

在一种可实现方式中，强制注脂方式具体如下：

由主控系统控制润滑泵按强制注脂时间强制运行一段时间，所述强制注脂时间为管道进油口的压力达到润滑泵安全阀最大压力时所需要花的时间。

上述技术方案能实现的有益技术效果如下：当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，主控系统自动采用强制注脂方式，解决润滑系统堵塞问题。

在一种可实现方式中，当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，则触发堵塞警告；当堵塞警告远程复位一次后，如果润滑泵运行状态没有再次触发堵塞警告，则堵塞警告复位次数清零且报警消除；当堵塞警告远程复位一次后，如果润滑泵运行状态继续触发堵塞警告并且堵塞警告持续一定天数未消除，主控系统将堵塞警告升级为堵塞故障；

润滑泵在运行状态下，如果主控系统持续一定时间未收到液位传感器信号则触发低液位警告；低液位警告持续一定天数未消除，主控系统将低液位警告升级为低液位故障。

上述技术方案能实现的有益技术效果如下：可以将持续一定时长的警告转化为故障，提醒风电机组的维保人员及时排除故障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明背景技术中的当前风电机组变桨集中润滑系统示意图；

图2为本发明实施例1的润滑泵启动的判定流程图；

图3为本发明实施例1的润滑泵运行程序流程图；

图4为本发明实施例1的润滑不足子程序流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

实施例1

在本实施例中，对润滑泵使用风电机组的主控系统进行控制，不再使用专用电路板对润滑泵进行控制，可以减少对润滑泵的控制环节，降低润滑泵硬件故障发生率，从而降低润滑系统故障发生率。具体的，主控系统通过控制润滑泵的电源继电器通、断，即可控制润滑泵的启停。

集中润滑系统的控制策略为不再定时注脂，而是根据风机运行情况进行注脂，具体如下：

1、润滑泵启动条件

润滑泵启动的流程如图2所示，主控系统中会有用户根据风电场实际情况预设的平均风速阈值，润滑泵的允许运行时间段。

主控系统测得风电机组的实时实际平均风速，实际平均风速包括10秒平均风速和3分钟平均风速。当实际平均风速大于预设的平均风速阈值时，不启动润滑泵；当实际平均风速小于预设的平均风速阈值时，进行下一步。

主控系统判断风电机组是否处于发电状态，当风电机组处于发电状态下，不启动润滑泵；当风电机组未处于发电状态下，进行下一步。

主控系统判断当前时间是否为润滑泵的允许运行时间段，如当前时间不在润滑泵的允许运行时间段内，不启动润滑泵；如当前时间在润滑泵的允许运行时间段内，主控系统控制润滑泵启动。

平均风速阈值、润滑泵的允许运行时间段设置参数不作限定，在本实施例中举例说明：

平均风速阈值为3m/s，在较低风速下轴承转动相对较慢，在较低风速下对轴承进行润滑，可以使注入的润滑脂在轴承上涂抹的更加均匀。

润滑泵的允许运行时间段为晚上21点以后或者凌晨5点以前，此时间段为电网用户用电量的低谷期，在此时间段对轴承进行润滑，即使因为发生润滑故障对风电机组发电造成影响，对整个电网的影响也较小。

2、润滑泵运行程序

润滑堵塞故障主要因进入空气导致，本实施例中，在润滑泵运行程序中加入排空气策略，可有效降低润滑堵塞的故障发生率。以下举例说明：

变桨轴承有三面，三面轴承润滑脂的总需求量设为V，V由轴承自身结构确定。按照自然日历设定标准润滑周期为T，在本实施例中，T取7天。标准润滑周期T内，单面轴承润滑脂需求量Q按以下公式进行计算：

在上式(1)中，V代表三面轴承润滑脂的总需求量，T代表标准润滑周期。通过式(1)，将变桨轴承润滑所需润滑脂需求量从全年平均到每天。

设标准周期T内进行的标准润滑行程次数为A，为保证充分润滑，在本实施例中，对于A的数值考虑留10％设计余量，按以下公式进行计算：

在上式(2)中，V代表三面轴承润滑脂的总需求量，T代表标准润滑周期，q代表润滑脂分配器柱塞运行单个行程的润滑脂注入量，柱塞运行单个行程的注入的润滑脂是一固定量。通过式(2)，将润滑脂的注入次数与润滑系统的润滑脂分配器柱塞运行次数相关联。

在进行润滑的过程中，润滑泵启动的同时叶片在0～90°内不停来回转动。采用上述动态注脂的方式，只当叶片转动时才能进行注脂，避免轴承注脂口局部压力大，从而有效缓解密封圈溢脂问题。

设在进行润滑的过程中，实际润滑用时为t，t在本实施例中按照自然日历计时；在进行润滑的过程中实际润滑行程次数为a。如图3所示，润滑泵运行程序具体如下：

S1、用户设置标准润滑行程次数A，标准润滑周期T。

在本实施例中，标准润滑行程次数A按公式(2)进行计算，标准润滑周期T取7天。

S2、主控系统判定润滑泵符合启动条件，控制润滑泵启动，对风电机组的轴承进行润滑。

润滑泵的启动条件见前文。

S3、主控系统读取实际润滑行程次数a、实际润滑用时t。

在本实施例中，主控系统读取实际润滑行程次数a、实际润滑用时t是实时读取。

S4、主控系统根据标准润滑行程次数A和实际润滑行程次数a，标准润滑周期T和实际润滑用时t，结合润滑泵启动条件，控制润滑泵的继续运行、停止。

如图3所示，当实际润滑行程次数a小于标准润滑行程次数A、且实际润滑用时t小于标准润滑周期T时，表明此时对轴承的润滑还不够充分，应该对轴承继续进行润滑。此时主控系统判断是否满足润滑泵启动条件，当满足启动条件时，主控系统控制润滑泵继续运行，并且继续实时读取实际润滑行程次数a、实际润滑用时t，进行再一次的判断。

当实际润滑行程次数a小于标准润滑行程次数A、且实际润滑用时t大于或等于标准润滑周期T时，表明此时实际润滑用时已经达到理论需要的时间。此时主控系统控制润滑泵停止工作，本个润滑周期完成，主控系统将实际润滑行程次数a、实际润滑用时t清零。在此种情况下，虽然实际润滑用时已经达到理论需要的时间，但在润滑周期内的实际润滑行程次数不足，对轴承的润滑还不够充分。在本实施例中，使用润滑不足子程序，在下一个润滑周期增加润滑行程次数。如图4所示，具体的，将下一个润滑周期标准润滑行程次数不再为A，而设置为设为标准润滑行程次数的两倍与这一个润滑周期的实际润滑行程次数之差，即2A-a；如果当经过连续两个润滑周期，两个润滑周期内实际润滑行程的总次数仍然小于2A，则在第二个润滑周期结束时，主控系统控制润滑泵继续运行直到实际润滑行程的总次数等于2A后，控制润滑泵停止工作；在此种情况下，主控系统控制润滑泵继续运行为强制运行，在任何条件下均运行，不考虑是否满足润滑泵启动条件。主控系统将实际润滑行程次数a、实际润滑用时t清零，进入新的润滑周期。通过设置润滑不足子程序，实现润滑脂注入补偿功能：当一个周期内润滑脂注入量小于理论值，则在第二个周期补偿，可进行多次补偿。

当实际润滑行程次数a大于或等于标准润滑行程次数A，表明此时对轴承的润滑已经足够了，再继续润滑润滑脂可能在轴承管道内部会出现堆积、外溢。此时主控系统控制润滑泵停止工作，同时控制叶片停止旋转然后顺浆。本个润滑周期完成，主控系统将实际润滑行程次数a、实际润滑用时t清零，开始计算新的润滑周期。

本实施例的技术方案提供的润滑系统控制策略，对轴承润滑结合了风电机组的实际运行情况，当满足润滑泵启动条件下，主控系统才开始控制润滑泵启动对轴承的润滑，轴承润滑发生在小风(风电机组不发电)时段，同时变桨轴承往复转动，带动润滑小齿轮与轴承内齿啮合，使润滑脂充分分布到轴承内齿，保证内齿润滑充分。轴承润滑只发生在轴承转动过程，注入的润滑脂可随着轴承转动而分布到其他位置，不会发生润滑脂堆积，避免润滑脂因压力过大从而溢出。

实施例2

润滑系统的高故障发生率还表现为堵塞，为解决上述技术问题，在实施例1的基础上进一步优化，采用以下技术方案：

当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，使用强制注脂方式提升润滑系统的管道压力；润滑泵还连接有回油管。

堵塞在高压力下，早期可以通过对管道或润滑脂分配器加压来疏通堵塞，从而最大限度地降低堵塞风险。

具体的，润滑脂分配器的柱塞运行会推动润滑脂，挤压传感器产生脉冲信号，主控系统通过检测该脉冲信号即可判断柱塞是否运行。当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，可通过强制注脂方式提升润滑系统的管道压力，冲破堵塞，使得润滑系统恢复正常。在本实施例中，强制注脂方式是指主控系统控制润滑泵强制运行一段时间。润滑泵强制运行的一段时间为强制注脂时间。强制注脂时间为管道进油口的压力达到润滑泵安全阀最大压力时所需要花的时间。在本实施例中，强制注脂时间根据实验室实测，管道按照风场实际最长管道计算。

润滑泵还连接有回油管，如果在强制注脂注脂过程中，安全阀溢脂造成油脂污染，溢出的润滑脂通过回油管可重新回到润滑泵内。

通过本实施例的技术方案，当主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，主控系统自动采用强制注脂方式，解决润滑系统堵塞问题。

实施例3

对于实施例2的技术方案，还存在着使用强制注脂方式也没有冲破堵塞的情况。在此种情况下需要人为对故障进行检修。为提醒风电机组的维保人员及时排除故障，采用以下技术方案：

如主控系统检测到一定时间内润滑脂分配器的柱塞未运行，则触发堵塞警告；当堵塞警告远程复位一次后，如果润滑泵运行状态没有再次触发堵塞警告，则堵塞警告复位次数清零且报警消除；当堵塞警告远程复位一次后，如果润滑泵运行状态继续触发堵塞警告并且堵塞警告持续一定天数未消除，主控系统将堵塞警告升级为堵塞故障。在本实施例中，主控系统检测到1天内润滑脂分配器的柱塞未运行，则触发堵塞警告；一定天数设为15天。

润滑泵在运行状态下，如果主控系统持续一定时间未收到液位传感器信号则触发低液位警告。低液位警告持续一定天数未消除，主控系统将低液位警告升级为低液位故障。在本实施例中，主控系统持续10秒钟未收到液位传感器信，则触发低液位警告，低液位警告不能远程复位；一定天数设为15天。

通过本实施例的技术方案，可以将持续一定时长的警告转化为故障，提醒风电机组的维保人员及时排除故障。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。