風電機組偏航剎車系統液壓回路優化

［摘 要］部分風電機組的偏航阻尼器采用偏航液壓卡鉗，北方地區風電場風電機組運行中出現偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴重磨損等問題，嚴重影響風電機組安全穩定運行，且造成風電機組長期停運及產生高昂的維修費用。文章通過研究風電機組偏航系統液壓回路工作原理，進行數據分析查找故障原因，并提出了優化方案，可有效解決現場存在的問題。

［關鍵詞］風電機組；偏航系統；液壓回路；部件損壞

［中圖分類號］TM315 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）05–0100–03

1 概述

風電機組偏航系統與控制系統相互配合，使風輪始終處于迎風狀態，以便最大限度地吸收風能，提高風電機組的發電效率。為了避免湍流及風輪葉片受力不平衡所產生的偏航力矩而引起的機艙左右擺動，偏航系統必須設置偏航阻尼器。偏航阻尼器一般采用偏航液壓卡鉗或偏航阻尼剎車塊，現針對采用偏航液壓卡鉗的風電機組進行分析。

2 偏航系統部件損壞后果

隨著風電機組運行年限增加，風電機組偏航系統大部件出現較多損壞，如偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴重磨損等問題。偏航剎車盤嚴重磨損后需要進行補焊維修，當磨損超過極限值時，必須吊車入場起吊機艙進行偏航剎車盤更換，造成風電機組長期停運及產生高昂的維修費用。

3 原因排查

北方地區風電場普遍存在冬季寒冷天氣風電機組頻繁報出偏航速度故障的情況。而風電機組在下發偏航指令后偏航無法動作，主要原因為冬季偏航卡鉗內液壓油溫度太低，粘度太大，無法泄壓，導致偏航卡鉗內油壓過高，偏航卡鉗制動力矩過大，偏航無法動作報出故障，此問題對偏航系統大部件壽命影響較大。

3.1 偏航系統液壓回路結構

聯合動力1.5 MW 機組偏航系統由10 組偏航卡鉗組成，每組偏航卡鉗分為上、下卡鉗，共20個卡鉗串聯，組成偏航液壓回路。偏航系統液壓回路如圖1 所示。

3.2 偏航系統液壓回路壓力超限

偏航半泄時，溢流閥控制偏航卡鉗出口P10 處為半泄壓力2.5 MPa，正常情況下主系統壓力及偏航卡鉗入口P9 處壓力均降為2.5 MPa，但是冬季天冷液壓油粘度太大造成偏航液壓回路無法泄壓，導致偏航半泄壓力過高。2023 年12 月20 日42 號風機環境溫度低至–26℃，機艙溫度低至–10℃，偏航時半泄壓力可高達8 MPa，42 號風機低溫偏航半泄壓力及偏航位置如圖3 所示。

部分風機主控程序設定半泄壓力低于某一壓力值（約4.5 MPa）時，才會開始偏航，若半泄壓力超過該設定值，風機始終保持半泄狀態，不執行偏航，且風機不報警或不報故障。現場連續數天低溫時，風機連續數天不對風運行，風機發電功率大幅下降，影響風機安全穩定運行。14 號風機連續2 d 偏航半泄壓力超ff35e3a34d537a6c8a4ae957885ebf06e6e598fa4463a2648eaf686f926187414.5 MPa，達6 MPa 以上，未執行偏航，最大機艙對風角度達50°。14 號風機機艙對風角度如圖4 所示。

3.3 偏航系統液壓回路各卡鉗壓力不均

首末偏航卡鉗壓力相差較大，由于各偏航卡鉗內液壓阻力基本相同，機組偏航時偏航系統液壓回路各卡鉗壓力示意如圖5 所示，其中標注顏色深淺表示液壓壓力大小，顏色越深表示壓力越大。

偏航時制動力矩過大易造成偏航電機堵轉繞組損壞、偏航減速器斷齒等嚴重故障。而各卡鉗制動壓力不均，特別是偏航卡鉗入口處制動壓力過大，極易發生偏航剎車片磨損嚴重導致偏航剎車盤損壞的問題。

4 處理方案

目前液壓站安裝有油液自動加熱控制，主控系統實時采集機艙內溫度，依據機艙內溫度控制液壓站油液的加熱，基本保證液壓油溫度正常，同時液壓油加熱器設有高溫保護，防止液壓油溫度超限。但是由于偏航卡鉗處于機艙底部，與塔筒固定連接，冬季時溫度較低，液壓站油液加熱無法及時處理偏航卡鉗內液壓油低溫問題，需要進一步技改。

由于偏航液壓回路串聯20 個偏航卡鉗，低溫情況下泄壓困難，需要對液壓回路進行技改。通過將偏航卡鉗分組并聯連接，增加液壓回路油路，可增加泄壓口，同時每條回路偏航卡鉗數量減少，有利于降低液壓阻力，可有效降低卡鉗內壓力。偏航系統液壓回路3 回路技改示意如圖6 所示，其中虛線為新增的2根液壓管路。

偏航系統液壓回路3 回路技改后各卡鉗壓力如圖7 所示，其中虛線為新增的2 根液壓管路。

由此可見，通過技改后，偏航系統液壓回路3 條回路同時接通偏航卡鉗出口進行泄壓，每條回路只有4 套卡鉗，偏航卡鉗入口壓力在冬季寒冷天氣條件下也可較快降低至略高于半泄壓力。而且每條回路偏航卡鉗數量相同，液壓回路阻力基本相同，有利于液壓站內熱油均勻進入各卡鉗，不會存在油液死區。

對25 號風機技改后，在同樣環境溫度低至–26℃，機艙溫度低至–10℃的情況下，偏航半泄壓力基本處于3.2～4.3 MPa，隨環境溫度變化較小，且各卡鉗制動壓力基本相同，可有效避免個別卡鉗異常磨損造成偏航剎車盤嚴重磨損情況的發生。技改后25 號風機低溫偏航半泄壓力及偏航位置如圖8 所示。

5 進一步優化方案

若冬季極端寒冷地區仍存在壓力不均勻的情況，或者為了進一步降低偏航半泄時間，可對液壓回路進一步技改為5 回路方案，技改后各卡鉗液壓壓力有效降低且基本相同。偏航系統液壓回路5 回路技改后各卡鉗壓力如圖9所示，其中虛線為新增的4根液壓管路。

6 結束語

針對北方地區風電場風電機組運行中出現的偏航減速器卡死、偏航剎車盤嚴重磨損等問題，文章所提的優化方案可有效解決該問題，保障風電機組安全穩定運行，具有較高的實用價值。

參考文獻

[1] 楊校生. 風力發電技術與風電場工程[M]. 北京：化學工業出版社，2021.