摘要：MW级风力发电机组液压系统通过对叶片桨距角的控制调节发电机输出的扭矩和功率，使其能够控制发电机转速使其跟踪风速变化。文章针对主流的液压系统进行研究，并指出液压系统在使用过程中出现的故障原因及防范措施。
关键词：液压系统故障措施
O 引言
风能作为一种储量极其丰富的可再生能源，受到世界各国的高度重视。尤其是在倡导低碳经济的今天，风电市场快速发展，大型风力发电机组正朝着多样化和大功率化方向不断前行。近年来，兆瓦级风力发电机组属于大型、重型装备，工作环境恶劣（低温、大风沙、潮湿等），前期投入成本很高，通常风电机组需有20年以上的使用寿命。鉴于以上，风电机组在安全性方面有想防高的要求。液压系统是风力发电机组的重要系统，在风机的正常运行过程中发挥着不可替代的作用。国外进口的兆瓦级风机如维斯塔斯及歌美飒风机在变桨系统方面均采用液压变桨，国产变桨距风力发电机组的液压系统主要功能是驱动风机偏航对风和紧急状态下对高速轴进行刹车，但不参与对桨距角的控制。在实际应用中，大型风力发电机组的主轴制动、偏航制动、变桨系统等功能的实现依赖于小体积、大功率的液压系统。
1 液压系统原理
1．1 齿轮箱高速轴制动盘
齿轮箱高速轴制动盘制动系统是风力发电机组安全链上的重要装置，操纵齿轮箱高速轴上的盘式制动器。本制动系统由液压站加压后通过减压阀减压，经过阀门后，油压已降低，经过止回阀，用氮气向蓄压器预加载至11巴。蓄压器确保制动器即使在蓄压器和泵都不向制动器供压时仍可使用。压力传感器检查制动器的压力是否增加，要求制动器启动。在系统上安装安全阀，它起到保护制动系统避免因减压阀门不正确操作或蓄压器外部温度过高而导致压力过高。
1．2 偏航制动液压回路
偏航制动液压回路是泵通过电磁阀向偏航系统的制动系统加压，在电磁阀启动的情况下，偏航系统的制动器的压力由减压阀决定。油通过止回阀，向蓄电器加载，蓄电器通过氮气预加载至130巴。蓄压器确保制动器即使在蓄压器和泵都不向制动器供压时仍可使用。压力传感器时刻控制着偏航系统的制动压力。在系统上安装安全阀，它起到保护制动系统避免因减压阀门不正确操作或蓄压器外部温度过高而导致压力过高。
1．3变桨系统液压回路
旋转接头为双路类型，一条可控制压力，另一条为回路线路，含有 4 条管道：①PS ¾ 管道：压力管道，由液压组馈电，②TS 1 管道：回路管道，此管道更大，用于油返回到液压组③DS ½ 管道：排放管道 未加压的管道，用于导引液压旋转接头的泄漏，④电缆管道：剖面为 18 mm 的管道，用于穿过旋转接头引导电缆。高压油流到液压接头 PS 管道。从轮毂流到机舱的油自液压接头流出，通过机舱底座右侧的 TS 管道流向液压组。液压接头连接到适配器，同时还连接着一系列管道和电缆，通向这些管道和电缆向轮毂输送液压油和电力。自轮毂流到机舱的油自液压接头流出，经 TS 管道流向液压组。液压连接位于液压接头的周围区域，电缆完全穿过液压接头，从其后侧穿出，并与旋转接头的电力部件连接；是接头唯一真正旋转的部分。每个变桨距控制系统都配备一个与轮毂相连的液压缸，并与活塞杆相连到叶根的插销上。操控液压缸的阀门位于液压组，直接用螺钉固定在液压缸上。每个变桨距系统都可转动其相应的叶片至 –5°至 +90°范围内的任何位置上。在服务模式下，可对系统进行单独操作。在正常操作下（NORMAL OPERATION（正常操作）模式），各个系统作为独立系统工作，试图同时就共同参考角同步给予回应。变桨系统的主要部件显示如下：
1）液压缸总成液压缸总成是由三个液压缸（每个叶片一个）和一个位置传感器组成的。安装在轮毂的前段，与叶片通过连接在叶片轴承上的加强板连接起来。每个变桨距系统都可转动其相应的叶片至 –5°至 +90°范围内的任何位置上。
2）液压缸3）液压缸的连杆4）液压缸风箱5）液压缸阀块6）液压缸的球面滑动轴承7）液压缸的控制叉8）液压缸的定位传感器，桨距控制杆的延长部分决定了叶片角度位置。为了解此参数，需要安装一个位置传感器（线性传感器），它根据桨距控制杆的移动提供相应的输出信号。9）液压缸的支架10）液压缸通过支架固定到轮毂上，使其可沿着与叶片轴承平面垂直的轴摇摆（与叶片偏航轴平行）。11）阀块机械保护装置12）液压缸的机械保护装置13）旋转接头总成14）液压旋转接头15）电动旋转接头变桨距系统的液压回路使用的油，是液压组通过齿轮箱和主轴内的两个管道（高压和回路）提供的。管道随着转子转动。这些（移动的）管道与其他管道直至液压组的连接是通过安装在齿轮箱后面的双路旋转接头完成的。在这个连接处上还装有电动旋转接头，转子的电子设备的馈电方式与此一样：穿过液压接头、齿轮箱和主轴的内部。液压接头连接到适配器，同时还连接着一系列管道和电缆，通向这些管道和电缆向轮毂输送液压油和电力。自轮毂流到机舱的油自液压接头流出，经返回管道流向液压组。液压连接位于液压接头的周围区域，电缆完全穿过液压接头，从其后侧穿出，并与旋转接头的电力部件连接；是接头唯一真正旋转的部分。16）旋转接头的机械保护装置17）配电器组件分配器位于轮毂上。它通过两根位于主轴空位内的软管（压力线路和返回线路）与齿轮箱后方的旋转接头相连。每个液压缸的活动都由相应的分配器进行控制。18）分配器的过滤器，综合分配器配备有一个过滤器、一个旁路阀和一个电动可视污染指示器。19）蓄压器总成。
2、风机液压系统常见故障
目前国内运行的兆瓦级三叶片、变桨距风力发电机组所采用的液压制动系统，原理差别不大。在风力发电机组长时间运行中，无论进口产品还是国产产 品，都存在一定的故障，为了防止对风机造成不利影响，必须及时排除。
2.1液压站电机频繁启动
故障表现：电机启动，系统压力达到压力继电器设定的高点后，液压站电机停转，通过压力表观察到主油路压力下降，下降至压力继电器设定的低点后，电机重新启动。
排查及处理：导致这一问题的主要原因往往是泄漏。液压系统的泄漏可分为内泄和外泄，内泄情况复杂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可能原因是油封性能不佳或损坏，根据大蚶山风电场多年运行经验总结，我们在此类故障排查时需重点检查阀类或者变桨缸，跟踪液压系统各点的压力变化，确定故障点位置，及时调节或更换变桨缸密封圈；外泄除了少数因元件壳体或者管道破损引起外，大部分是密封问题产生的，所以应及时更换密封件方可减少液压站电机频繁启动。
2.2液压站电机接触器吸合声音过大，此项故障风机常报208、液压站反馈错误
故障表现：液压电机接触器打压吸合时接触器动静触头发出吱吱声响。
排查及处理：此时应该检查接触器线圈电压是否正常，出现电压过高或过低都会有此声响，在检查接触器上方的辅助触点是否存在卡涩情况，辅助触点的卡涩将造成接触器主触点无法正常吸合，存在间隙便会发出吱吱声。系统工作时噪声过大。
2.3变桨系统在变桨过程中出现异常声响
故障表现：打压过程中轮毂中发出“呲呲”声或者“框框”响
排查及处理：此时的呲呲声我们应该进入轮毂中对变桨系统的溢流阀、减压阀等压力控制元件进行详细检查，确保泄压阀等阀类均拧到位。针对此类故障，应采取下列措施进行排查：对于机械故障导致的噪声，应检查电机、联轴器与液压泵是否同心、联轴器是否故障或 松动、各部位紧固件是否松动、电动机转向是否正确；对于压力控制元件的异常噪声，应检查各阀的设定值是否符合相关文件的要求；对于气蚀和困油产生的异常噪声，必须及时排气并对液压泵进行处理。
2.4变桨系统常报804两个叶片角度不一致故障
故障表现：三个叶片在根据风速不平稳过程中需要改变叶片桨距的大小来捕获最大的风能，在变桨过程中由于每个变桨阀岛上电磁阀的开合程度不一致，导致叶片角度变化也不一致，造成其中的两个叶片的桨距角度不一致，超过允许范围后就报804故障。
排查及处理：1、检查叶片变桨情况，对A、B、C叶片分别变桨，检查叶片是否能正常变桨，若其中一个叶片不能正常变桨就应该重点排查此叶片变桨阀岛上的电磁阀及比例阀是否能正常工作。2、检查发现变桨过程中能变桨，但变桨的过程中会发生叶片抖动情况，此时的故障点在变桨的比例阀。3、某叶片完全不能变桨时应该还需要检查控制其变桨的输出模块、输出继电器是否正常工作。4、若叶片变桨都正常时，应该检查一下变桨缸位置传感器及输入模块是否正常工作。
2.5液压油温过高
故障表现：液压站油温传感器高温报警。
排查及处理：油温传感器的报警点温度一般设置为68℃，首先应排除是否是传感器故障导致的误报警，方法是用手触摸液压阀、油箱等部位，如果无有灼热感，则说明传感器故障信号错误，否则继续进行排查。导致液压系统温度过高的原因主要包括：液压泵气蚀、液压油内混有空气、液压泵过载、液压油污染导致过滤器及液压元件阻塞、液压油散热系统的堵塞等，因此在维修过程中应及时对 系统进行排气、检查工作负载是否超载、更换滤芯、检测并更换受污染的液压油等。
3、风机液压系统常见故障防范措施
3.1针对液压站电机频繁启动这一故障现象，首先我们需要做好液压系统中的各各连接部件的密封可靠，确保系统中不存在泄漏情况，压力可以保持长久，液压电机方可不用频繁启动。其次我们需要定期检查液压站监测启动液压电机的压力传感器定值是否设置正确，若出现定值设置过高的情况下也会存在频繁启动。
3.2液压站电机接触器吸合声音过大这一现象，首先需要检查液压站电机是否存在频繁启动，若频繁启动将会减低接触器的使用寿命，接触器吸合次数达到一定程度后接触器就会在吸合的过程中发出不正常声响，此时我们应该更换新接触器后方可正常运行。其次检查接触器吸合线圈的电压是否正常，电压不正常也会导致吸合声异常。最后我们还要检查一下接触器辅助接点是否连接可靠到位，若出现卡涩情况也会导致吸合异响。
3.3变桨系统在变桨过程中出现异常声响主要是由于液压系统中存在气蚀和困油情况，此时在针对相关液压系统工作后要及时的对其进行排气，特别是更换液压站滤芯及变桨缸密封圈后，此时的液压系统里存在空气，在复位启动液压泵电机后应该通过泄压阀来将液压系统里空气排出，检查压力开关指示灯的颜色判断系统里是否还存有空气。其次，噪声还来源于各个部件的松动引起，在定期工作中要检查各个设备上的固定螺栓是否存在松动情况，及时紧固方可解决。最后一种噪声来源于电机联轴器是否同心，在对其工作中我们需要检查联轴器的弹性垫是否完好，若损坏时也会引起噪声的产生。
3.4桨系统常报804两个叶片角度不一致故障从分析出来的原因看最主要是由于叶片桨距角不一致才报出，此类故障因在日常定期维护时仔细检查各个电磁阀的接线是否存在接触不良的情况，还应检查变桨系统中的控制策略里的输出电压和接收回来的电压是否存在偏差，叶片的零度角是否跟机械零度角一致，变桨缸位置传感器0°、90°接收回来的电压是否存在偏差，若出现偏差需要及时调整，确保其在正确的范围内。
3.5液压油温过高需要检查冷却回路中的阀门是否打开，打开后方可冷却。冷却回路中的各个电机回路中的元器件是否完好，能否正常工作，电机轴承不存在卡涩、卡死后冷却电机无法正常工作，我们需要定期对冷却电机进行测试预防电机存在损坏情况。
4 结 论
对兆瓦级风力发电机组液压系统的原理进行了介绍，设计了集成化的液压制系统，并结合现场应用对常见故障进行了分析。液压传动控制以其自身优点，越来越多地应用于以风力发电为代表的可再生能源领域，为发展低碳经济保驾护航，所以对此类液压控制系统的深入研究具有重要的工程实际意义。
参考文献：
[1] 姜继海，苏文海，李阳，等．兆瓦级风力机节能型电一液复合变桨距 系 统实验研究[J]．液压与气动，2013，（2）：57-61．
［2］歌美飒风机技术指导手册
［3］维斯塔斯风机技术指导手册
论文作者:王双林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第3期
论文发表时间:2018/6/25
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