風力發電機組液壓系統常見問題與維護策略

范貴華 黃文君 趙紅飛

（明陽智慧能源集團股份公司，廣東 中山 528400）

0 引言

隨著人類對環境保護和可持續發展關注的日益增加，清潔能源成為世界各國政府和能源企業的一個重要選擇。風能是一種廣泛存在的可再生能源，利用風能發電已成為發展清潔能源的重要手段。其中，風力發電機組作為一種新興的清潔能源發電裝置，其優勢顯著，具有無污染、能源儲備大、環保、高可靠性等優點。風力發電機組液壓系統的穩定性是決定機組正常運行和發電效率的重要因素。

目前，國內外已有的關于風力發電機組液壓系統的研究主要集中在液壓系統結構優化、控制策略和控制方法、液壓元件故障診斷和維修等方面。多位學者采用試驗、數值模擬等方法來研究風力發電機組液壓系統的動態響應和穩態特性，并提出一些有針對性的優化建議。例如，有學者研究了基于PI控制器和狀態反饋控制器的液壓控制策略，能提高液壓系統的性能和控制精度［1］。此外，還有學者研究了基于神經網絡和遺傳算法的液壓元件故障診斷法，可提高液壓系統的可靠性和安全性［2］。

基于此，本研究對風力發電機組液壓系統中常見的問題及其成因進行深入分析，并提出相應的維護策略和措施，旨在幫助風力發電機組的運營，使維護人員能更好地理解和掌握風力發電機組液壓系統的結構和運行原理，提高其運行的穩定性和可靠性，從而能更好地發揮出清潔能源的優勢。

1 風力發電機組液壓系統的組成結構

1.1 液壓泵

液壓泵是風力發電機組液壓系統的核心部件之一，其將機械能轉化為液壓能，并將液壓油壓送至系統中的各個液壓執行元件中，如液壓缸、液壓馬達等。液壓泵是基于壓力差來工作的，通過液體在管道中流動時產生的壓力差來產生液壓能［3］。

液壓泵由泵體、泵軸、柱塞等組成。泵體是液壓泵的主要承載部件，包括進口、出口、工作腔、柱塞等。泵軸是連接液壓泵和風力發電機組的旋轉軸，負責帶動液壓泵工作。柱塞是液壓泵關鍵部件，通過柱塞的運動來產生壓力差，從而產生液壓能。

1.2 液壓馬達

液壓馬達能將液壓能轉化為機械能，并驅動風力發電機組進行旋轉。液壓馬達的工作原理和液壓泵類似，都是基于壓力差原理。在液壓馬達中，液壓油經馬達的進口進入到工作腔，馬達內部的轉子根據液壓油的壓力差進行轉動，從而將液壓能轉化為機械能，并帶動風力發電機組產生旋轉［4］。

液壓馬達由馬達殼體、轉子、軸承等組成。馬達殼體是液壓馬達的主要承載部件，包括進口、出口、工作腔和轉子等。轉子是液壓馬達的關鍵部件，其結構和液壓泵中的柱塞類似，通過轉子運動來產生壓力差，從而產生液壓能。

1.3 液壓閥

液壓閥是風力發電機組液壓系統中的控制元件，其通過控制液壓系統的壓力、流量、方向和速度等，來確保液壓系統能正常工作。液壓閥種類繁多，根據其功能和工作原理進行分類，可分為調節閥、換向閥、安全閥、節流閥等。

液壓閥由閥體、閥芯、彈簧等組成。閥體是液壓閥的主要承載部件，包括進口、出口和通道等。閥芯是液壓閥最關鍵部件，通過控制閥芯的開關來控制液壓系統的壓力、流量、方向和速度等。彈簧用于保證閥芯的正常工作，并防止閥芯的震動和共振。

1.4 液壓缸

液壓缸是將液體壓力轉化為機械動能的關鍵部件，其由缸體、缸蓋、活塞、活塞桿、密封元件、緩沖裝置等組成。在風力發電機組液壓系統中，液壓缸主要用于控制葉片角度，從而保證風輪在不同風速下均有最佳轉速。通過壓力油的推動，活塞在缸體內做往復運動，驅動活塞桿帶動機械裝置工作。

1.5 液壓油箱

液壓油箱是用來儲存液壓油的部件，也是風力發電機組液壓系統中不可或缺的組成部分，其能保證液壓油在使用過程中始終保持一定的溫度、清潔度和濕度［5］。

在實際應用中，液壓油箱的設計應符合實際工作條件和液壓系統要求，一般要考慮容積大小、材料選擇、進氣口、出油口、排氣口、油位檢測和加油口等因素。應根據液壓系統需求和風力發電機組的功率來選擇液壓油箱容積。一般來說，液壓油箱的容積越大，系統的熱穩定性和運行平穩性就越好。應選用耐腐蝕、耐高溫、耐壓力變化的合適材料來制作液壓油箱，如鋼板、鋁合金或玻璃鋼等。進氣口和排氣口的設計應符合系統要求，從而確保液壓油箱內氣壓平衡，可避免系統產生負壓或正壓。油位檢測和加油口設置應遵循操作和維護方便的原則，以確保系統液位正確，并能及時補充液壓油。

2 風力發電機組液壓系統常見問題及成因

2.1 液壓油溫過高

液壓油溫過高是液壓系統中一個常見的問題，通常表現為液壓油溫度升高，超過規定范圍。液壓油溫度過高可能會導致液壓系統各個組件過度磨損、密封件老化、液壓泵（閥、缸）等部件內部出現泄漏、液壓油使用壽命減少等情況，從而降低液壓系統的效率和性能，甚至導致系統停機［6］。

造成液壓油溫過高的原因主要有以下4 點。①液壓油油量不足或污染嚴重。當液壓油油量不足時，油液在液壓系統中流動不暢，容易造成油溫過高。同時，當液壓油中的雜質、水分等污染物質增多時，也會影響到油液的性能，導致液壓系統的熱量不易散失，從而造成油溫過高。②液壓油黏度過大或過小。當液壓油黏度過大時，流動阻力加大，液壓泵工作時會消耗更多能量，從而產生更多熱量，導致油溫過高。當液壓油黏度過小時，無法保證液壓系統的正常工作，也會造成油溫過高。③液壓系統散熱器會發生故障。散熱器是液壓系統的重要組成部分，主要用于散熱，從而保持油溫穩定。當散熱器出現故障時，無法及時將油液中的熱量散發出去，使得液壓油的溫度升高。④高壓油管、油路阻塞。液壓油在液壓系統中流動時，可能會出現高壓油管、油路堵塞等問題，導致油液流動不暢，會產生大量熱量，使液壓油溫度升高。

2.2 液壓系統泄漏

液壓系統泄漏是風力發電機組液壓系統中最常見的一個問題，主要是由密封件老化、磨損或損壞造成的，這些問題導致液壓系統內部壓力無法維持，從而造成液壓油泄漏。液壓系統泄漏的嚴重性取決于泄漏位置和泄漏速度。若泄漏位置較高或泄漏速度較快，可能會導致液壓系統癱瘓，從而影響風力發電機組的運行和發電效率。

液壓系統泄漏的原因有很多，如密封件老化、磨損或損壞、螺紋連接過緊、管路連接不牢固等。因此，在對風力發電機組液壓系統進行維護時，要定期檢查和更換密封件，并確保螺紋連接和管路連接的緊固度，避免因泄漏導致液壓系統出現故障或發生安全事故。此外，使用高質量密封件和管路連接件能延長液壓系統的使用壽命，從而減少泄漏事故的發生。

2.3 液壓油氧化

液壓油氧化是指液壓油在長期使用過程中，在氧氣和高溫作用下發生的化學反應，導致液壓油中的添加劑分解、酸價升高，從而使液壓油黏度增加、顏色變深、變質，并影響液壓系統的正常運行。

液壓油氧化的原因主要有以下3 個。①在長期使用中，液壓油因接觸空氣中的氧氣而發生氧化反應。特別是在高溫環境下，氧化速度更快。②液壓油的性能和質量對液壓系統運行穩定性有很大影響。液壓油選擇不當，很容易在高溫和高壓下發生氧化反應，加速液壓油的老化和變質。此外，如果液壓油質量不好、加油過程中受到外界污染或系統內的油路沒有定期進行清洗，容易引起液壓油氧化。③液壓油氧化會導致液壓系統中的部件出現腐蝕、沉淀和變硬，降低液壓系統的工作效率和液壓油使用壽命。為防止液壓油氧化，應選擇適合的液壓油，并對液壓油定期進行檢測和更換。在使用液壓油過程中，還應注意液壓油的存放和保養，避免液壓油接觸空氣而受到污染。

3 風力發電機組液壓系統維護策略

3.1 定期檢查液壓系統

定期檢查液壓系統是風力發電機組液壓系統維護的重要措施之一。通過對液壓系統定期進行檢查，可及時發現和解決液壓系統中存在的問題，保證液壓系統正常運行。具體包括以下4個方面。

首先，定期檢查液壓系統的油液質量，包括油液的顏色、氣味、黏度等。如果發現油液呈深色或發黑，或出現異味、凝固等現象，要立即更換油液，避免液壓系統因油液質量問題而出現故障。

其次，定期檢查液壓系統的管路、接頭、密封件等是否存在泄漏現象，若有泄漏現象，要及時更換或維修，以確保液壓系統的密封性和穩定性。

再次，定期檢查液壓系統的壓力表、溫度計、流量計等儀表的工作狀態，以確保液壓系統的各項參數正常，發現異常要及時進行維修或更換。

最后，定期對液壓系統的液壓泵、液壓馬達、液壓閥、液壓缸等重要部件進行檢查，確保其狀態良好，避免這些部件出現故障，從而影響液壓系統的正常運行。

定期檢查液壓系統是風力發電機組液壓系統維護的重要環節，能及時發現液壓系統中存在的問題，并采取相應措施，從而提高液壓系統的可靠性和穩定性。

3.2 更換液壓油

更換液壓油是液壓系統維護中常用的一項措施。液壓油質量直接影響到液壓系統的正常運行和壽命。在使用過程中，液壓油受高溫、高壓、氧化等因素的影響，其質量會逐漸下降，從而導致液壓系統出現故障。

因此，根據液壓系統的使用情況和要求，制定液壓油更換時間和方法的方案。液壓油更換周期一般為1～2 a，具體取決于液壓油的使用頻率和工作環境。在更換液壓油時，先將舊油排出，并清洗液壓油箱和管路，以確保完全清除系統內的污垢和雜質。再按照液壓系統的使用要求，選用相應質量的液壓油進行更換，并注意及時添加。

此外，在更換液壓油時，應避免不同品牌或型號的液壓油混合使用，這是因為不同液壓油的成分和性能不同，混用會影響液壓系統的正常工作。同時，在添加新液壓油時，應遵循液壓系統使用手冊中的建議，以確保液壓油的品質和性能符合系統要求。

3.3 清洗液壓油箱

清洗液壓油箱是液壓系統維護的重要手段之一。使用時間長、環境污染等會導致液壓油箱內部積累一定量的雜質和污垢，對液壓系統的正常運行產生影響。因此，定期清洗液壓油箱并更換液壓油，是保證液壓系統穩定運行的關鍵措施。

清洗液壓油箱的具體步驟如下。首先，將液壓油系統中的液壓油排空，并拆卸油箱內的所有零部件，包括油管、油箱蓋、油標和過濾器等。其次，用清潔溶劑和干凈的棉布對油箱內表面和零部件表面進行擦拭和清洗，從而去除沉積物和雜質。再次，用清潔溶劑清洗所有零部件，清洗干凈后再安裝回油箱。最后，加入新液壓油，并根據要求添加相應的添加劑，使油箱內的液壓油保持清潔和穩定，從而保證液壓系統的正常運行。

清洗液壓油箱的時間間隔通常為1 a 或根據實際情況而定。此外，清洗液壓油箱時要注意安全問題，遠離火源和明火，以免發生火災。

4 結語

風力發電機組液壓系統是風力發電機組的關鍵組成部分，其穩定性和可靠性對風力發電機組的穩定運行和發電效率起到至關重要的作用。通過對風力發電機組液壓系統的組成結構、常見問題及原因、維護策略等進行研究，發現液壓泵、液壓馬達、液壓閥、液壓缸、液壓油箱等部件都有可能出現問題，從而導致風力發電機組液壓系統出現故障。且液壓系統泄漏、液壓油溫過高、液壓油氧化、液壓系統存在氣泡是常見的故障現象。

為解決上述問題，本研究提出一系列的維護策略，如定期檢查液壓系統、更換液壓油、清洗液壓油箱等，這些措施有助于維護和管理風力發電機組液壓系統，保障其運行的穩定性和可靠性。

在實際應用中，可根據實際情況進行維護和管理，定期對風力發電機組液壓系統進行檢查和維護，及時發現和處理故障，從而保障風力發電機組的正常運行和發電效率，為可持續能源的發展做出貢獻。