摘要：国内风力发电机组设计时大部分采用液压制动系统来控制风力发电机组制动和偏航，液压制动系统的性能直接关系到风力发电机组的可靠运行。目前，各大主机厂对风力发电机组的液压制动系统测试完全依靠液压系统厂家及其二级元件供应商的工厂测试，这些测试没有将风力发电机组液压制动系统作为整体来进行测试，而是部分测试液压系统和元件的性能。而风力发电机组液压制动系统的性能提高、系统改进都需要以大量的整体系统性试验、原理性试验和部件试验为基础。本文以此为出发点，研发了风力发电机组液压制动测试平台，旨在丰富风力发电机组液压制动系统研究及测试的试验手段，提高液压制动系统现代化研发水平，促进产业的技术创新。风力发电机组液压制动测试平台（以下简称“测试平台”）采用模块化设计，结合了NI软件数据采集及界面显示控制功能，能够实现对风力发电机组液压制动系统整体性能的测试。
关键词：变桨距；风力发电机组；液压系统；刹车机构；应用
1液压系统工作原理
液压系统主要由两个压力保持回路组成[1]，分别为高速轴制动器和偏航制动器提供动力，按主控系统的指令实现制动器动作。液压系统原理图见图1。
图1 液压系统原理图
1.1高速轴制动回路
风机正常运行时，电磁阀16.1失电，制动器内无压力，高速轴刹车保持松闸状态，风轮正常转动处于发电状态。风机需要停机时，风轮先变桨进行空气动力制动，风轮转速降到规定转数以下时，电磁阀16.1得电，阀芯切换到开启位置，高速轴刹车制动。制动力矩在正常工作方式下宜采用柔性加载方式[2]，节流阀17控制流量，防止制动器突然抱死，造成刹车冲击。电磁阀16.1配置了一个手动控制旋钮，在检修人员进入轮毂时电磁阀手动锁死，即使电磁阀意外掉电也能保证是刹车状态。在高速轴刹车回路中装有一个压力继电器19，起到状态反馈的作用。
1.2偏航制动回路
偏航油路有两个工作压力，分别提供偏航时的阻尼和偏航结束时的全压制动力。由于机舱的巨大惯性，偏航过程必须确保系统的稳定性，此时偏航制动器用作阻尼器。偏航时，电磁阀16.2得电，回路压力由溢流阀25保持，以提供系统足够的阻尼。偏航结束时，电磁阀16.2失电，制动器全压制动，保证风轮准确对风。解缆时，电磁阀16.2和24得电，释放全部偏航制动力。在初次安装或检修液压管路时，通过电磁阀24得电，启泵，可以进行偏航油路的自清洁和排气。
1.3其他功能
在系统回路中装有一个压力传感器13，以采集回路压力，控制液压泵补油和确定刹车机构的状态。手动截止阀12.2在维修时，可手动操作释放系统压力。液压泵站装有手动泵，电网未供电或检修时，使用手动泵可以给制动回路提供压力。
2测试平台功能及参数
2.1测试平台主要功能
测试平台结合风力发电机组液压制动系统自身特点，通过软、硬件共同作用实现对液压制动系统基础性能测试、中高压测试、系统改进测试、关键件特性测试等试验。具体功能如下：①对现有风力发电机组高速轴制动系统和偏航制动系统进行压力、流量及位移等基础性能测试，便于对系统整体性能进行测试验证；②系统配置中高压两套供压装置，能够为偏航制动系统压力提高及系统性能改进提供依据；③系统可以自行模块组合对关键元件进行测试，包括元件的性能测试、疲劳衰减测试等，为风力发电机组液压制动系统关键元件改进及新元件引进提供试验保障。
2.2测试平台主要技术参
数测试平台主要技术参数如下：①系统压力：中压系统压力为16MPa，高压系统压力为19MPa；偏航半刹车压力机械式溢流阀工作压力为0~4.5MPa，电比例溢流阀工作压力为0~5.5MPa；高速轴刹车压力机械式减压阀工作压力为0~6MPa，电比例减压阀工作压力为0~21MPa；②系统流量：系统小流量为1.6L/min，大流量为4.3L/min；③系统提供的小流量液压泵功率为0.75kW，大流量液压泵功率为2.2kW，蓄能器容积为2.8L，小油箱容积为12L，大油箱容积为30L。
2.3测试平台工作原理
测试平台系统原理如图2所示，由液压动力单元为系统提供所需的压力和流量的液压油，用户根据试验目的和需求选择定制化阀组或通用化阀组连接到制动器执行机构，再通过测控系统对通用化阀组或定制化阀组的压力、流量及方向控制调节后，压力油进入到制动器执行机构完成测试。阀块和执行机构中各类压力、流量及位移传感器通过各数字及模拟量通道与测控系统互通，精准快速的进行数据采集、分析和处理，同时测控系统发出指令，控制执行机构模拟风力发电机组制动系统实际工作时的各种制动模式，进行各种工况下的试验测试。
图2 测试平台原理图
2.4蓄能器预充压力的检测和充气
由于蓄能器总是处于充液与放液交替的变化过程中，加之系统中制动器的压力冲击，不可避免地出现振动，因而充气阀密封螺纹可能产生松动，造成密封能力下降而产生漏气现象，进而影响系统的正常运行。因此，除定期检查蓄能器充气压力外，在运行维护过程中，如在执行机构没有动作的情况下，液压泵动作频繁，且每次启动时间均很短，应立即检查蓄能器的充气压力。1）检测充气压力检查蓄能器充气压力可借助手动泵检测，扳动手动泵刚开始较轻松，当感觉扳动较吃力时，压力表读数即近似为充气压力值。2）蓄能器的充气对于压力不足或为零的蓄能器应补充充气至规定压力，充气过程中温度会下降，充气完成并达到所需压力后，应停10min左右，等温度稳定后，再次测量充气压力，进行必要的修正，然后关闭气阀，卸下充气工具。
3常见故障排除
液压设备是由机械、液压、电气等装置组合而成的，故出现的故障也是多种多样的。某一种故障现象可能由许多因素造成的，因此分析液压故障必须了解液压系统原理图，对各个元件的作用也比较熟悉，然后根据故障现象进行分析、判断，针对许多因素引起的故障原因进行逐一分析，抓住主要矛盾，才能较好地排除故障。
结语
风力发电机组所处气候环境十分恶劣，机组经受各种极端工况的考验。而液压系统对风电机组的安全运行起着重要作用，因此必须确保液压系统可靠工作。在液压系统原理分析的基础上，对液压系统的各个元件的作用有充分的了解，在维护保养和故障处理中才能快速有效地解决问题。保证液压系统性能良好，提高了风机的运行效率。
参考文献
[1]（美）TonyBurton,等著.风能技术[M].武鑫等,译.北京:科学出版社,2007:373-378.
[2]熊礼俭.风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册[M].北京:中国科技文化出版社,2005:257264.
论文作者:魏民
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/7/8
标签：压力论文; 液压论文; 测试论文; 系统论文; 蓄能器论文; 制动系统论文; 制动器论文; 《电力设备》2019年第4期论文;