淺析兩種1.5MW風力發(fā)電機組機械剎車系統(tǒng)

孫建

摘 要：目前風電場較為常用的GE1.5S和華銳SL1500兩種風電機組的制動系統(tǒng)均為順槳制動聯(lián)合高速軸液壓驅(qū)動機械制動，這兩種機型所采用的高速軸液壓驅(qū)動機械制動裝置作為機組的二級制動在功能上基本相同，但在操作原理上截然相反。文章分析了以上兩種機組典型液壓剎車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，并對不同工況下的作業(yè)過程進行了比較，幫助風電場生產(chǎn)人員在工作中更好地辨識這兩種剎車系統(tǒng)，掌握兆瓦級變槳距風機液壓剎車系統(tǒng)的工作原理，進而對風電機組的選型和日常運行維護起到一定的指導作用。

關(guān)鍵詞：氣動；液壓；主動剎車；被動剎車；彈簧剎車片；剎車盤；電磁閥

引言

現(xiàn)代兆瓦級變槳距風力發(fā)電機的制動廣泛采用氣動制動聯(lián)合高速軸機械制動的制動系統(tǒng)，氣動制動裝置分為葉尖制動裝置和葉片順槳制動裝置，機械制動裝置采用鉗盤式制動裝置，具有力矩調(diào)整、間隙補償、隨位和退距均等功能，其驅(qū)動機構(gòu)分為電磁驅(qū)動機構(gòu)和液壓驅(qū)動機構(gòu)。風機在正常停機、緊急停機時制動系統(tǒng)會按照預定程序分別投入一二級制動裝置，實現(xiàn)對風機的安全制動。目前，風電場較為常用的兩種風力發(fā)電機組機型分別是GE1.5S和華銳SL1500，兩種機型的制動系統(tǒng)均為順槳制動聯(lián)合傳動系統(tǒng)中的高速軸液壓驅(qū)動機械制動。這兩種機型各自采用的高速軸液壓驅(qū)動機械制動（以下簡稱液壓剎車）系統(tǒng)作為機組的二級制動在功能上基本相同，但在動作原理上截然相反，它們分別由德國BSAK和BSFI公司生產(chǎn)。GE1.5S采用的是主動剎車，而華銳SL1500采用的是被動剎車。文章分別結(jié)合其原理圖對這兩種機型的停機過程進行比較分析。

1 液壓剎車的分類定義

從剎車的動作原理上分可以將剎車系統(tǒng)分為主動剎車和被動剎車。主動剎車是指在正常運行時作用在動作缸上的油壓為零，彈簧剎車片與剎車盤釋放打開，當需要剎車時，作用在動作缸上的油壓將達到額定值，彈簧被擠壓，剎車片與剎車盤抱死；被動剎車與其相反，即當正常運行時額定的油壓將彈簧剎車片與剎車盤分離打開，當需要剎車時，油壓泄為零，彈簧剎車片返回與剎車盤抱死。

2 兩種風機各種運行狀態(tài)時，剎車系統(tǒng)的工作情況

2.1 GE1.5S型風機BSAK系統(tǒng)（見圖1）

（1）正常運行：電磁閥20、21、22、23均得電，那么閥20、21、22均關(guān)閉 ，泄壓閥23打開，壓力表P1指示為零?？烧{(diào)限流閥21.1一般情況下都處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當需要手動瀉壓時才打開。油泵啟動受40處壓力開關(guān)的控制，當壓力低于60bar時，油泵啟動，始終讓儲壓灌的壓力保持在60bar，以便下次能夠可靠剎車。

（2）正常停機和一般故障停機：制動裝置采取分時分級投入方式。按照預定程序先投入一級制動，待葉片順槳后，按照預定程序投入二級制動裝置，電磁閥21、23、22同時失電，閥21、22同時打開，泄壓閥23關(guān)閉，高壓油通過限流閥19、閥21、液壓缸擠壓剎車片，但由于限流閥19的作用，管內(nèi)油流有一定延時，從而減慢了彈簧剎車片的移動速度，使得剎車片與剎車盤摩擦但不會抱死，轉(zhuǎn)子速度迅速降低降低。幾秒后，當轉(zhuǎn)速度低于某一設(shè)定值時，電磁閥21、23、22開始得電打開，剎車釋放，風機處于順槳空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（3）緊急停機和安全鏈停機：一二級制動裝置同時按照預定程序投入到制動狀態(tài)，葉片加速順槳，電磁閥20、21、22、23同時失電，閥20、21、22同時打開，泄壓閥23關(guān)閉，油管內(nèi)的高壓油迅速擠壓彈簧剎車片，將剎車盤抱死。在剎車過程前期由于管內(nèi)油壓有50多bar高于剎車的額定壓力50bar，電磁閥22打開，高壓油經(jīng)限壓閥22.1流回油箱，待管內(nèi)油壓低于50bar后，限壓閥22.1截止，同時電磁閥22得電關(guān)閉。在整個剎車過程中，由于儲壓罐壓力低于20bar，油泵會啟動打壓，達到60bar時停止打壓。

（4）剎車釋放：電磁閥20、21、23同時得電，閥20、21關(guān)閉，泄壓閥23打開，推動剎車片的油壓從泄壓閥23，經(jīng)限流閥23.1緩慢流回油箱，油路壓力緩慢下降，剎車片慢慢松開。當在剎車狀態(tài)下需手動釋放剎車時，只需將手動限壓閥打開，高壓油就會緩慢的從21.1流回油箱，剎車片就會隨著管道內(nèi)油壓的降低慢慢松開，過程中儲壓罐壓力低于20bar油泵會啟動打壓，達到60bar時停止打壓。

2.2 華銳SL1500機型BSFI系統(tǒng)（見圖2）

（1）正常運行時：電磁閥20失電導通，手動電磁兩用閥21.1得電截止，高壓油從閥20流過到剎車動作缸，將彈簧剎車片與剎車盤分離，當需要手動泄壓時可手動將21.1打開，彈簧剎車片返回，與剎車盤抱死。油泵是否啟動打壓受壓力開關(guān)40的控制。

（2）正常停機和一般故障停機：風機按照預定程序只投入一級制動，二級剎車不啟動，風機葉片順槳停機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速度迅速降低，風機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（3）緊急停機和安全鏈停機：一二級制動裝置同時按照預定程序投入到制動狀態(tài)，葉片加速順槳，電磁閥20得電截止，油壓被儲存到儲壓罐10內(nèi)，為下一次釋放剎車做好準備；閥21.1失電導通，油管內(nèi)的高壓油又經(jīng)過閥21流回油箱，彈簧剎車片返回將剎車盤抱死。

（4）剎車釋放：當風機需要釋放剎車時，電磁閥20失電導通，手動電磁兩用閥21.1得電截止，高壓油從閥20流過到剎車動作缸，將彈簧剎車片與剎車盤分離。

3 兩種系統(tǒng)的比較

（1）主動剎車系統(tǒng)有獨立的四個電磁閥和兩個限流閥配合使用，既能實現(xiàn)軟剎，又能實現(xiàn)硬剎，可以在正常停機和一般故障停機時，一級剎車順槳槳完成后，二級剎車液壓系統(tǒng)啟動軟剎，既保證了風機可靠停機，又減小了因急剎振動給風機帶來的損壞和危險。機組可以在需要緊急剎車時能夠?qū)崿F(xiàn)立即停機，運行可靠性較好，但是該類系統(tǒng)的設(shè)計和控制過程較為復雜。

（2）被動剎車系統(tǒng)只有兩個電磁閥和一個限流閥，通過電磁閥的截止導通實現(xiàn)剎車的制動釋放，由于該系統(tǒng)不能實現(xiàn)軟剎，一旦剎車啟動就立即抱死。為減少停機時對機組的損害，這種風機在設(shè)計時針對正常停機和一般故障停機，只采用一級順槳制動，二級液壓剎車不予啟動，只有在緊急停機和安全鏈停機的情況下才啟動將主軸抱死。這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點是油路和電路的設(shè)計控制較為簡單。

4 結(jié)束語

（1）主動剎車和被動剎車各有優(yōu)缺，為保證風力發(fā)電機組運行穩(wěn)定，停機安全可靠，建議在北方及沿海Ⅱ類及以上風電場采用主動剎車，在內(nèi)陸Ⅲ類及以下低風速風電場兩種剎車系統(tǒng)均可采用。

（2）無論使用哪種剎車系統(tǒng)，風電場運維人員都必須掌握其基本工作原理，尤其是要掌握極端天氣條件下的操作要領(lǐng)。特別是當臺風或颶風來臨風場時，葉片雖然已完全順槳，但仍會受到不同方向的巨大推力，為防止葉片受力過大折斷或因剎車抱死摩擦打火引起機艙火災，應及時采用手動和SCADA軟件操控的方法將停運風機的剎車釋放，使機組處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

參考文獻

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