槽式太陽能集熱器跟蹤系統故障分析

陳 晨，趙 雄，于延興，王 強，陳海平，晁增賢，李志龍，梁鐵鋮

(1.中廣核太陽能德令哈有限公司，青海 海西州 817000；2.中國廣核新能源控股有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

太陽能具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化等特點，因此在槽式太陽能集熱器跟蹤系統的應用中需要配備跟蹤精度高、驅動扭矩大、轉角范圍廣的伺服液壓控制系統，目前主要采用中、高壓雙液壓缸驅動跟蹤，合理分配系統動力，規避單液壓缸機構跟蹤過程中驅動拐點受限的問題。以下通過對太陽能集熱器跟蹤機構工作原理及工作過程的分析，對某試驗平臺4 號太陽能集熱器跟蹤系統故障原因進行排查，并提出此類問題的解決辦法。

1 跟蹤系統工作原理

太陽能集熱器跟蹤機構采用雙液壓缸驅動；液壓驅動控制系統由液壓站、液壓缸(A/B)、傳動板(A/B)、液壓油、閥組、控制系統、測量儀表等主要部件組成，由電機帶動齒輪泵為系統提供驅動力，控制各閥的開關狀態實現液壓缸的伸縮運動。

太陽的運行軌跡是每天從東到西，集熱器由東向西跟蹤太陽，每個集熱器在日間跟蹤太陽光時均會繞其旋轉軸旋轉使太陽光線始終聚焦在集熱管上，從而最大限度地吸收太陽直接輻射熱。

2 故障分析

4 號集熱器液壓跟蹤系統自首次投運以來，共發生了2 起液壓系統基座變形、斷裂故障。一起是在自動跟蹤狀態下導熱油聚焦升溫，發現跟蹤停止，隨后現場以手動方式將集熱器旋轉至“貯存”位置，由西向東旋轉至65°時，液壓油缸支撐基座結構發生異響，檢查發現液壓油缸基座支架橫梁嚴重變形斷裂；另一起是該集熱器在手動方式下置于“貯存”位置，在由西向東旋轉過程中發現法線實際角度在71°時停止不動，現場檢查發現液壓油缸支撐底座有變形跡象。因此，對該集熱器液壓跟蹤系統部件進行詳細排查。

(1) 機械結構排查。對集熱器旋轉軸、各支撐支座及各立柱關節軸承進行詳細檢查，均未發現變形、碰摩跡象，故可排除機械結構卡堵問題。

(2) 液壓驅動邏輯排查。因該集熱器之前已累計運行超過1 個月，控制系統在拐點位置能自動切換油缸的運動方向，順利通過拐點位置，無任何沖擊現象，故可排除液壓驅動裝置控制程序、邏輯、拐點角度設置不合理等問題。

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(3) 電氣元件排查。檢查電氣元件信號正常，接線正確、無松動，故可排除電氣元件損壞、電氣接線松動或接線錯誤等問題。

(4) 電磁閥故障排查。手動操作電磁換向閥，確認能正常卸壓，電磁閥插頭得電指示燈亮，失電指示燈滅，24 V 直流通斷控制有效，故可排除線圈燒損問題。進一步對電磁閥卡澀情況進行分析，發現在2 次液壓油缸支撐座橫梁受外力導致變形的過程中，集熱器角度均在34°～100.4°范圍內，根據液壓系統設定的動作指令，液壓油站啟動南缸、北缸，即南缸活塞桿縮回，北缸活塞桿伸長。二位五通電磁閥動作過程中閥芯堵塞造成液壓缸北缸底部不進油、頂部不泄油，南缸活塞桿一直處于收縮狀態。隨著液壓系統壓力持續增加，南缸將持續增加的液壓力通過2 個凸輪和旋轉中心軸傳遞作用于北缸的底部基座，表現為液壓缸對基座的拉力，最終因拉力超過液壓裝置底部基座機械強度而導致變形拉斷。

3 故障處理

發現液壓油缸底部基座變形后，按照規定采取了4 項故障處理措施。

(1) 對故障集熱器控制系統斷電，采取固定措施，避免因回路自重或大風天氣等原因導致集熱器回路發生無法控制的自動旋轉，造成設備大面積損壞、人身傷害等事故。

(2) 對二位五通電磁閥進行解體檢查，更換液壓油，清理過濾器，用“面粘法”清理油箱及管路，若閥芯損壞，直接更換新電磁閥。

(3) 拆除變形斷裂的支架橫梁及液壓油缸基座，釋放變形過程中產生的應力，重新對基座進行補焊加固后進行集熱器跟蹤調試，并檢查液壓跟蹤系統邏輯動作的合理性。

(4) 重新校準壓力傳感器和壓力表，定期檢查并整定溢流閥動作值或增加檢測點，保證系統不超壓運行，避免液壓系統設備損壞或造成事故擴大。

4 結束語

該槽式太陽能集熱器跟蹤系統，自投用以來共發生了2 起液壓系統故障導致基座變形斷裂的事故，但在采取相關改進措施后，加強定期維護，已連續安全運行了1 年時間，未再發生此類問題。然而，由于我國西北地區常年風沙較大、環境惡劣，運行過程中應定期清理液壓油箱、更換濾網及液壓油，確保液壓系統有較高的清潔度，同時對控制閥、電磁閥、溢流閥、安全監測表計等進行重點檢查與維護，以保障后續液壓跟蹤系統的安全穩定運行。