風(fēng)電機(jī)組偏航剎車系統(tǒng)液壓回路優(yōu)化

［摘 要］部分風(fēng)電機(jī)組的偏航阻尼器采用偏航液壓卡鉗，北方地區(qū)風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴(yán)重磨損等問題，嚴(yán)重影響風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，且造成風(fēng)電機(jī)組長期停運(yùn)及產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用。文章通過研究風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)液壓回路工作原理，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析查找故障原因，并提出了優(yōu)化方案，可有效解決現(xiàn)場存在的問題。

［關(guān)鍵詞］風(fēng)電機(jī)組；偏航系統(tǒng)；液壓回路；部件損壞

［中圖分類號］TM315 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0100–03

1 概述

風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相互配合，使風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài)，以便最大限度地吸收風(fēng)能，提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率。為了避免湍流及風(fēng)輪葉片受力不平衡所產(chǎn)生的偏航力矩而引起的機(jī)艙左右擺動，偏航系統(tǒng)必須設(shè)置偏航阻尼器。偏航阻尼器一般采用偏航液壓卡鉗或偏航阻尼剎車塊，現(xiàn)針對采用偏航液壓卡鉗的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行分析。

2 偏航系統(tǒng)部件損壞后果

隨著風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行年限增加，風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)大部件出現(xiàn)較多損壞，如偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴(yán)重磨損等問題。偏航剎車盤嚴(yán)重磨損后需要進(jìn)行補(bǔ)焊維修，當(dāng)磨損超過極限值時，必須吊車入場起吊機(jī)艙進(jìn)行偏航剎車盤更換，造成風(fēng)電機(jī)組長期停運(yùn)及產(chǎn)生高昂的維修費(fèi)用。

3 原因排查

北方地區(qū)風(fēng)電場普遍存在冬季寒冷天氣風(fēng)電機(jī)組頻繁報出偏航速度故障的情況。而風(fēng)電機(jī)組在下發(fā)偏航指令后偏航無法動作，主要原因為冬季偏航卡鉗內(nèi)液壓油溫度太低，粘度太大，無法泄壓，導(dǎo)致偏航卡鉗內(nèi)油壓過高，偏航卡鉗制動力矩過大，偏航無法動作報出故障，此問題對偏航系統(tǒng)大部件壽命影響較大。

3.1 偏航系統(tǒng)液壓回路結(jié)構(gòu)

聯(lián)合動力1.5 MW 機(jī)組偏航系統(tǒng)由10 組偏航卡鉗組成，每組偏航卡鉗分為上、下卡鉗，共20個卡鉗串聯(lián)，組成偏航液壓回路。偏航系統(tǒng)液壓回路如圖1 所示。

3.2 偏航系統(tǒng)液壓回路壓力超限

偏航半泄時，溢流閥控制偏航卡鉗出口P10 處為半泄壓力2.5 MPa，正常情況下主系統(tǒng)壓力及偏航卡鉗入口P9 處壓力均降為2.5 MPa，但是冬季天冷液壓油粘度太大造成偏航液壓回路無法泄壓，導(dǎo)致偏航半泄壓力過高。2023 年12 月20 日42 號風(fēng)機(jī)環(huán)境溫度低至–26℃，機(jī)艙溫度低至–10℃，偏航時半泄壓力可高達(dá)8 MPa，42 號風(fēng)機(jī)低溫偏航半泄壓力及偏航位置如圖3 所示。

部分風(fēng)機(jī)主控程序設(shè)定半泄壓力低于某一壓力值（約4.5 MPa）時，才會開始偏航，若半泄壓力超過該設(shè)定值，風(fēng)機(jī)始終保持半泄?fàn)顟B(tài)，不執(zhí)行偏航，且風(fēng)機(jī)不報警或不報故障?，F(xiàn)場連續(xù)數(shù)天低溫時，風(fēng)機(jī)連續(xù)數(shù)天不對風(fēng)運(yùn)行，風(fēng)機(jī)發(fā)電功率大幅下降，影響風(fēng)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。14 號風(fēng)機(jī)連續(xù)2 d 偏航半泄壓力超ff35e3a34d537a6c8a4ae957885ebf06e6e598fa4463a2648eaf686f926187414.5 MPa，達(dá)6 MPa 以上，未執(zhí)行偏航，最大機(jī)艙對風(fēng)角度達(dá)50°。14 號風(fēng)機(jī)機(jī)艙對風(fēng)角度如圖4 所示。

3.3 偏航系統(tǒng)液壓回路各卡鉗壓力不均

首末偏航卡鉗壓力相差較大，由于各偏航卡鉗內(nèi)液壓阻力基本相同，機(jī)組偏航時偏航系統(tǒng)液壓回路各卡鉗壓力示意如圖5 所示，其中標(biāo)注顏色深淺表示液壓壓力大小，顏色越深表示壓力越大。

偏航時制動力矩過大易造成偏航電機(jī)堵轉(zhuǎn)繞組損壞、偏航減速器斷齒等嚴(yán)重故障。而各卡鉗制動壓力不均，特別是偏航卡鉗入口處制動壓力過大，極易發(fā)生偏航剎車片磨損嚴(yán)重導(dǎo)致偏航剎車盤損壞的問題。

4 處理方案

目前液壓站安裝有油液自動加熱控制，主控系統(tǒng)實(shí)時采集機(jī)艙內(nèi)溫度，依據(jù)機(jī)艙內(nèi)溫度控制液壓站油液的加熱，基本保證液壓油溫度正常，同時液壓油加熱器設(shè)有高溫保護(hù)，防止液壓油溫度超限。但是由于偏航卡鉗處于機(jī)艙底部，與塔筒固定連接，冬季時溫度較低，液壓站油液加熱無法及時處理偏航卡鉗內(nèi)液壓油低溫問題，需要進(jìn)一步技改。

由于偏航液壓回路串聯(lián)20 個偏航卡鉗，低溫情況下泄壓困難，需要對液壓回路進(jìn)行技改。通過將偏航卡鉗分組并聯(lián)連接，增加液壓回路油路，可增加泄壓口，同時每條回路偏航卡鉗數(shù)量減少，有利于降低液壓阻力，可有效降低卡鉗內(nèi)壓力。偏航系統(tǒng)液壓回路3 回路技改示意如圖6 所示，其中虛線為新增的2根液壓管路。

偏航系統(tǒng)液壓回路3 回路技改后各卡鉗壓力如圖7 所示，其中虛線為新增的2 根液壓管路。

由此可見，通過技改后，偏航系統(tǒng)液壓回路3 條回路同時接通偏航卡鉗出口進(jìn)行泄壓，每條回路只有4 套卡鉗，偏航卡鉗入口壓力在冬季寒冷天氣條件下也可較快降低至略高于半泄壓力。而且每條回路偏航卡鉗數(shù)量相同，液壓回路阻力基本相同，有利于液壓站內(nèi)熱油均勻進(jìn)入各卡鉗，不會存在油液死區(qū)。

對25 號風(fēng)機(jī)技改后，在同樣環(huán)境溫度低至–26℃，機(jī)艙溫度低至–10℃的情況下，偏航半泄壓力基本處于3.2～4.3 MPa，隨環(huán)境溫度變化較小，且各卡鉗制動壓力基本相同，可有效避免個別卡鉗異常磨損造成偏航剎車盤嚴(yán)重磨損情況的發(fā)生。技改后25 號風(fēng)機(jī)低溫偏航半泄壓力及偏航位置如圖8 所示。

5 進(jìn)一步優(yōu)化方案

若冬季極端寒冷地區(qū)仍存在壓力不均勻的情況，或者為了進(jìn)一步降低偏航半泄時間，可對液壓回路進(jìn)一步技改為5 回路方案，技改后各卡鉗液壓壓力有效降低且基本相同。偏航系統(tǒng)液壓回路5 回路技改后各卡鉗壓力如圖9所示，其中虛線為新增的4根液壓管路。

6 結(jié)束語

針對北方地區(qū)風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)的偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴(yán)重磨損等問題，文章所提的優(yōu)化方案可有效解決該問題，保障風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，具有較高的實(shí)用價值。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊校生. 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)與風(fēng)電場工程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2021.