液壓變槳類風機變槳液壓故障分析

王天川 王智明

摘要：風機的液壓故障將是困擾風電企業的痛點，如何使風電機組液壓類高效健康運行問題，成為一個刻不容緩解決的難題，本文著重對液壓變槳類風機液壓故障進行分析和研究，使風機檢修維護人員可以安全快速處理故障，保障了風電場經濟性。

關鍵詞：液壓變槳;比例閥;發電量

前言：自新能源風力發電機組在國內快速發展以來，已有整整十余年的時間。回顧這十余年液壓變槳型風力發電機組的液壓典型故障情況，不僅增強了工程技術人員在實際故障處理過程中的經驗積累，也提高了工程技術人員的技術水平，加強了工程技術隊伍建設。

正文：一、事件背景

伴隨著風電行業的快速發展，一系列待解決的難題逐漸顯現，液壓類故障雖不頻報，但是一旦發生，將嚴重影響到風電場的運營效果，且維修技術復雜，這使得運維人員意識到風機的液壓故障將是困擾風電企業的痛點，如何使風電機組液壓類高效健康運行問題，成為一個刻不容緩解決的難題。

通過對風電機組液壓變槳故障開展具有針對性的故障判斷方法研究，使其能夠快速準確地發現液壓系統中變槳液壓管路和變槳缸或者變槳閥塊等執行元件存在的故障隱患，并及時制定維護方案，減少因液壓系統故障所造成的的機組停機電量損失，保證機組的安全穩定運行并提升風電場的經濟效益，進而提高風電行業的競爭力。

二、實際沖突

由于V風機故障停機，由于當時風速約為10m/s，設備實際出力約為2000KW.h左右，損失電量較大，面臨的問題有：

1、在保證安全的前提下，如何盡快確認故障點？

2、在冬季搶發電保發電的情況下，如何做到度電必爭，持續為企業創造價值？

三、事件場景

場景一（原理及邏輯分析）

液壓變槳基本原理：液壓變槳系統采用液壓缸作為動力元件，通過一套曲柄滑動結構同步驅動三個槳葉變槳。變槳控制系統根據當前風速計算出槳葉的槳距角調節信號，液壓系統根據指令驅動液壓缸，液壓缸帶動推動桿、同步盤運動，同步盤通過短轉軸、連桿、長轉軸推動偏心盤轉動，偏心盤帶動槳葉進行變槳距。

液壓變槳距執行機構的槳葉通過機械連桿機構與液壓缸相連接，槳距角同液壓缸位移成正比。當槳距角減小時，液壓缸活塞桿向右移動，有桿腔進油;當槳距角增大時，活塞桿向左移動，無桿腔進油。液壓系統的槳距控制是通過電液比例閥控制的，電液比例閥的控制電壓與液壓缸的位移變化量成正比，利用油缸設置的位移傳感器，利用PID調節進行液壓缸位置閉環控制。當系統出現故障斷電緊急關機時，立即斷槳開電源，液壓泵緊急關閉，由蓄能器提供油壓使槳葉順槳。

V風機液壓變槳基本情況介紹：變槳系統將葉片調節至風機控制器軟件內實施的控制策略確定的目標位置。當風機控制器或保護系統請求時，變槳系統還通過將葉片變槳至 90°用作主制動器系統。

V液壓變槳控制邏輯介紹：

液壓變槳閥塊通過控制流向變槳缸腔A與腔B的油流量，從而控制葉片的變槳角度與變槳速度。它直接控制葉片的變槳角度與變槳速度。從機艙內的液壓泵供油至變槳閥塊。

液壓泵1P01、1P02打壓-1V05、1V06單向閥-濾芯-滑環-變槳主閥塊壓力從滑環至變槳閥塊-120.1單向閥-105三位四通電磁換向閥-150閥-變槳缸活塞運動至開槳位置。

場景二（按圖索驥，實地故障排查）

（一）電氣故障排除：

檢查120-02-Q1模塊正常、檢查端子排及插頭接線120-02-Q1-X2 4、5、 615-06-05-K3 2、7、 120-02-Q1-X1 A、B、 630-50-X25 7、27、 630-50-X21 1、2、630-50-X11 1、未松動未虛接未有明顯異常、測量05-120-F1開關上下接口電源未發現異常。

在分析上述問題后，排除電氣故障，判斷該故障為液壓故障。

（二）液壓故障邏輯判斷：

主閥體控制變槳開合（在液壓系統控制開槳經105電磁閥右閥體-150閥-液壓缸控制開槳）105三位四通電磁閥（電液比例閥）未正常動作才導致的無法變槳，控制液壓變槳開槳葉及收槳主要控制元件為105比例閥及150閥。

液壓故障排查：

因150閥無法從外觀及機械部分檢查，嘗試更換后，槳葉仍無法開槳收槳;根據邏輯判斷進一步對105電液比例閥進行檢查，手動變槳仍無動作，因電氣問題已進行排除，對105比例閥進行拆除檢查密封圈未有破損及老化現象，嘗試更換105比例閥，再次進行變槳操作，槳葉正常開槳收槳，啟機測試，復位后恢復運行部分進行查看，首選更換150閥塊，更換完成后設備恢復運行。

四、結果

本次該風機故障涉及電氣和液壓部分，此故障具有典型性，經驗可復制用于雙饋或直驅機組液壓變槳風機，在排除電氣故障后大概率可判斷為液壓故障，熟悉液壓變槳基本控制原理及邏輯后更加有助于故障排除，在排查過程中逐個排除可能性留下確定性，在處理液壓故障時需對照圖紙找準具體閥塊，反復確認故障邏輯和現象，在實踐逐漸探索，最后形成快速解決問題的最優方法。

五、思考方向

在平時的檢修維護過程中如何避免類似故障再次發生？

在液壓變槳類風機中，如何安全快速處理變槳液壓故障？

六、經驗總結

（一）理念層面：預防故障提前發生，秉承“事先評估，防患于未然”的理念。在風機平時的運行中，定期維護時對液壓系統進行模擬測試，進行預防性維護，對可能易于發生故障的部件進行詳細檢查，也可以做技術改造，避免大風天氣出現機組停機，導致較大經濟損失。

（二）方法層面：

（1）了解液壓變槳型風機變槳原理;

（2）熟悉“吃透”液壓變槳圖紙;

（3）根據現場實際情況及故障數據按照排除步驟進行逐項排除檢查;

（4）除了制定定期檢修計劃外，還應積極參與到風機設備全周期維護中，對設備狀態進行全面的掌握和評估。

（5）運維檢修工作重點：

1、風機備件要提前準備充足，有針對性的對重要部件做好投入計劃，防止因部件不足，導致停機待換時間長，損失電量多。

2、組立專業的故障處理小組，經常和設備廠家溝通交流，學習可行經驗，“師夷長技以解故障”，探索故障初期規律及處理最優方法，為風電機組的穩定運行保駕護航。

參考文獻：

[1]竇真蘭、程孟增、蔡旭、凌志斌。大型風機變槳距控制系統的研究[J].電機與控制應用，2010。

[2]方立華。張東.基于振動特征的風電機組傳動系統機械故障診斷研究 [D].東北電力大學，碩士（專業：電氣工程），2018。

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