1.5MW風力發電機組偏航液壓系統故障分析及處理

摘要：文章主要對1.5MW風力發電機組偏航系統故障中經常出現的液壓系統故障的原因進行了闡述，通過對偏航系統故障產生的原因加以分析，提出了相應的解決措施，為以后更準確地分析、診斷、處理風力發電機組偏航系統故障問題提供解析參考。

關鍵詞：風力發電機組；偏航系統；液壓系統；故障分析；故障處理 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM315 文章編號：1009-2374（2015）21-0086-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.21.043

流動的空氣形成了風，風是由風向和風速確定的。風作為自然界的產物，具有不確定性、間歇性、隨機性等特點，風向總是在不斷的改變。風力發電機組偏航系統的主要作用就是要完成風機葉輪始終正對風向的功能，充分利用風能，提高發電效率。因此，偏航系統是水平軸風力發電機組控制系統的重要組成部分，對風力發電機組安全、穩定、高效地運行有著十分重要的作用。仙人洞風電場設計共安裝風力發電機組33臺，單機容量1.5MW，總裝機容量為49.5MW；電場風機投運一年多來，出現多臺風機頻發偏航液壓系統故障造成風機停機事件，在造成電量損失的同時也給電場安全、穩定、高效運行帶來不利影響。

1 偏航系統的構成及原理

金風1.5MW機組偏航系統主要由3個偏航驅動機構、一個經特殊設計的帶外齒圈的四點接觸球軸承、偏航保護裝置以及一套偏航剎車機構組成。當風機需要偏航時，在機艙外后部的兩個互相獨立的傳感器—風速儀和風向標檢測到風速和風向的變化，PLC根據風速儀和風向標采集的數據計算風機與風向的偏差，然后啟動偏航電機，偏航系統工作，使風機對風。對風后，偏航剎車制動，使風機處于對風位置。

2 液壓系統

液壓系統是為偏航剎車機構提供動力源，由液壓站和液壓油路組成。仙人洞風電場1.5MW風機中使用的是哈威的液壓系統。液壓泵電機額定功率為0.25kW，額定轉速為1320轉/分，三相交流690V/50Hz供電，控制電壓24VDC，工作壓力150～160bar；偏航余壓20～30bar。

液壓系統偏航控制回路主要通過提供和釋放工作壓力控制偏航制動器的制動和釋放。偏航制動器是活塞式，作用在塔頂的剎車盤上，在風機正常運行及機組停機時，制動器處在最大壓力下，阻止機艙的轉動；在機組偏航對風、偏航側風時，液壓系統將偏航制動器壓力釋放，但同時保證偏航制動器內留有較小的制動壓力存在，使偏航驅動系統在較小阻力下工作，保證機組偏航時整機平穩無沖擊，此部分功能通過系統偏航控制回路中換向閥及溢流閥的工作來實現；當需要解纜時，液壓系統將偏航制動器壓力完全卸掉，以防止在較長的一段時間內偏航制動器摩擦片不必要的磨損，此部分功能通過系統偏航控制回路中換向閥的工作來實現。如下圖1液壓系統圖。

壓力繼電器用來監測液壓站系統壓力。當系統壓力降低到設定值150bar時，壓力繼電器發訊給控制器，控制器發出指令液壓泵開始工作建壓，直到系統的壓力達到系統最高壓力設定值160bar時，壓力繼電器發訊給控制器發出指令，液壓泵停止工作。壓力繼電器輸出的為開關信號。最高壓力設定值可通過旋動頭部螺栓調整，順時針旋轉壓力設定值增大，逆時針旋轉壓力設定值減小。

3 故障分析及處理

故障名稱：

error_hydraulic_working_time：建壓超時故障

error_hydraulic_motor_feedback：液壓站電機反饋丟失故障

error_hydraulic_oil_level：液壓液位低故障

壓力繼電器-105S4是一個帶有滯后特性的壓力繼電器。壓力繼電器的線接在常閉觸點上，空氣開關-105Q2始終閉合（除非人為打開或過負載跳開）。當風機的壓力系統無任何故障時，當系統壓力低于140bar時，壓力繼電器-105S4的觸點閉合，模塊-119DI9的8號插線端子由0V變成24V，即輸入信號hydraulic activte pump由低電平變成高電平，模塊-120DO1的4號插線端子的hydraulic yaw system enable信號為高電平信號，輸出直流24V，繼電器-106K4的線圈得電觸點吸合，

-106K3線圈得電觸點吸合，液壓泵工作建壓。

當壓力超過160bar時壓力繼電器-105S4常閉觸點斷開，輸入信號hydraulic activte pump由高電平變成低電平，模塊-120DO1的4號插線端子的hydraulic yaw system enable信號變為低電平信號，輸出直流0V，繼電器-106K4的線圈失電觸點斷開，液壓泵停止工作。

（1）風機液壓系統建壓時間不超過90秒為宜，當建壓時間超過2分鐘壓力繼電器檢測壓力還沒有達到160bar時，風機報error_hydraulic_working_time故障，即建壓超時故障?？梢詤⒄請D2檢查線路及-119DI9、-120DO1相關模塊是否有問題，若沒有問題，則需要參照液壓系統圖紙檢查總供油電磁閥、偏航電磁閥工作是否正常，檢查液壓管路是否有泄漏現象。

（2）當壓力低于140bar時壓力繼電器的觸點閉合，模塊-119DI9D的8號插線端子由0V變成24V，當模塊-119DI5的5號插線端子沒有從0V變成24V超過4秒，風機報error_hydraulic_motor_feedback故障，即液壓站電機反饋丟失故障?？梢詤⒄請D2檢查壓力繼電器線路及-119DI9D、-119DI5相關模塊是否有問題。

特別要注意壓力繼電器因自身銅質動觸頭彈性較差等質量問題，壓力繼電器在使用一段時間后，因動、靜觸頭之間產生間隙慢慢增大，最終導致動、靜觸頭接觸不良形成風機液壓站電機反饋丟失故障，造成風機停運事件，也是本風電場液壓系統故障頻發的主要原因。

當某臺風機頻發出現液壓站電機反饋丟失故障后，一是要更換壓力繼電器，避免頻發停機事件給電場帶來的不穩定、不安全運行；其次是要徹底解決壓力繼電器因自身銅質動觸頭彈性較差質量問題，建議壓力繼電器生產廠家改善動靜觸頭的生產制造工藝提高品質或更換有互換性的、質量較好、可靠的壓力繼電器。

（3）當液壓站的油箱內貯滿油時，液位繼電器的線接在常閉觸點上，油箱中沒有油時液位繼電器的線接在常開觸點上（圖2中顯示的是沒油時的狀態）。當模塊-119DI7的5號插線端子上的電壓由24V變成0V超過6秒時，風機報error_hydraulic_oil_level故障，即液壓液位低故障?？梢允紫葯z查液壓站的液位是否真的低到報警的程度，液壓管路有沒有滲漏油現象；若沒有，那么可以參照圖2檢查液位繼電器線路及-119DI7相關模塊是否有問題。

4 結語

從上述來看，風機液壓系統故障有三種情況：建壓超時故障、液壓站電機反饋丟失故障、液壓液位低故障，但每個故障出現的因數也相對較多，風電場運維人員只有平時對風力發電機組相關理論知識進行深入地研究和學習總結，對各類風機的多發性、重復性故障進行深入細致研究分析，熟悉和了解設備，根據故障名稱及現象，通過全面的分析，才能準確及時地處理故障，加之日常對設備的檢查維護工作，并力求對其做出有效預防，就能避免此類因輔助系統出現故障而影響到風機停運的事件，為風電場減少損失，提高安全、穩定、可靠運行打下堅實基礎。

參考文獻

[1] 姚興佳.風力發電機組安裝圖集[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2] 新疆金風科技股份有限公司.金風1.5風電機組運行維護手冊[R].2008.

作者簡介：白中狀（1980-），男（哈尼族），云南雙柏人，云南滇能楚雄水電開發有限公司助理工程師，研究方向：風電場運維技術及管理。

（責任編輯：秦遜玉）