液壓變槳類風(fēng)機(jī)變槳液壓故障分析

王天川 王智明

摘要：風(fēng)機(jī)的液壓故障將是困擾風(fēng)電企業(yè)的痛點(diǎn)，如何使風(fēng)電機(jī)組液壓類高效健康運(yùn)行問題，成為一個(gè)刻不容緩解決的難題，本文著重對液壓變槳類風(fēng)機(jī)液壓故障進(jìn)行分析和研究，使風(fēng)機(jī)檢修維護(hù)人員可以安全快速處理故障，保障了風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：液壓變槳;比例閥;發(fā)電量

前言：自新能源風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在國內(nèi)快速發(fā)展以來，已有整整十余年的時(shí)間。回顧這十余年液壓變槳型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的液壓典型故障情況，不僅增強(qiáng)了工程技術(shù)人員在實(shí)際故障處理過程中的經(jīng)驗(yàn)積累，也提高了工程技術(shù)人員的技術(shù)水平，加強(qiáng)了工程技術(shù)隊(duì)伍建設(shè)。

正文：一、事件背景

伴隨著風(fēng)電行業(yè)的快速發(fā)展，一系列待解決的難題逐漸顯現(xiàn)，液壓類故障雖不頻報(bào)，但是一旦發(fā)生，將嚴(yán)重影響到風(fēng)電場的運(yùn)營效果，且維修技術(shù)復(fù)雜，這使得運(yùn)維人員意識(shí)到風(fēng)機(jī)的液壓故障將是困擾風(fēng)電企業(yè)的痛點(diǎn)，如何使風(fēng)電機(jī)組液壓類高效健康運(yùn)行問題，成為一個(gè)刻不容緩解決的難題。

通過對風(fēng)電機(jī)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(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)中變槳液壓管路和變槳缸或者變槳閥塊等執(zhí)行元件存在的故障隱患，并及時(shí)制定維護(hù)方案，減少因液壓系統(tǒng)故障所造成的的機(jī)組停機(jī)電量損失，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行并提升風(fēng)電場的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而提高風(fēng)電行業(yè)的競爭力。

二、實(shí)際沖突

由于V風(fēng)機(jī)故障停機(jī)，由于當(dāng)時(shí)風(fēng)速約為10m/s，設(shè)備實(shí)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(rèn)故障點(diǎn)？

2、在冬季搶發(fā)電保發(fā)電的情況下，如何做到度電必爭，持續(xù)為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)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(tǒng)采用液壓缸作為動(dòng)力元件，通過一套曲柄滑動(dòng)結(jié)構(gòu)同步驅(qū)動(dòng)三個(gè)槳葉變槳。變槳控制系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速計(jì)算出槳葉的槳距角調(diào)節(jié)信號，液壓系統(tǒng)根據(jù)指令驅(qū)動(dòng)液壓缸，液壓缸帶動(dòng)推動(dòng)桿、同步盤運(yùn)動(dòng)，同步盤通過短轉(zhuǎn)軸、連桿、長轉(zhuǎn)軸推動(dòng)偏心盤轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心盤帶動(dòng)槳葉進(jìn)行變槳距。

液壓變槳距執(zhí)行機(jī)構(gòu)的槳葉通過機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)與液壓缸相連接，槳距角同液壓缸位移成正比。當(dāng)槳距角減小時(shí)，液壓缸活塞桿向右移動(dòng)，有桿腔進(jìn)油;當(dāng)槳距角增大時(shí)，活塞桿向左移動(dòng)，無桿腔進(jìn)油。液壓系統(tǒng)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(shè)置的位移傳感器，利用PID調(diào)節(jié)進(jìn)行液壓缸位置閉環(huán)控制。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障斷電緊急關(guān)機(jī)時(shí)，立即斷槳開電源，液壓泵緊急關(guān)閉，由蓄能器提供油壓使槳葉順槳。

V風(fēng)機(jī)液壓變槳基本情況介紹：變槳系統(tǒng)將葉片調(diào)節(jié)至風(fēng)機(jī)控制器軟件內(nèi)實(shí)施的控制策略確定的目標(biāo)位置。當(dāng)風(fēng)機(jī)控制器或保護(hù)系統(tǒng)請求時(shí)，變槳系統(tǒng)還通過將葉片變槳至 90°用作主制動(dòng)器系統(tǒng)。

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(jī)艙內(nèi)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(huán)-變槳主閥塊壓力從滑環(huán)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(yùn)動(dòng)至開槳位置。

場景二（按圖索驥，實(shí)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(dòng)未虛接未有明顯異常、測量05-120-F1開關(guān)上下接口電源未發(fā)現(xiàn)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(tǒng)控制開槳經(jīng)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(dòng)作才導(dǎo)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(jī)械部分檢查，嘗試更換后，槳葉仍無法開槳收槳;根據(jù)邏輯判斷進(jìn)一步對105電液比例閥進(jìn)行檢查，手動(dòng)變槳仍無動(dòng)作，因電氣問題已進(jìn)行排除，對105比例閥進(jìn)行拆除檢查密封圈未有破損及老化現(xiàn)象，嘗試更換105比例閥，再次進(jìn)行變槳操作，槳葉正常開槳收槳，啟機(jī)測試，復(fù)位后恢復(fù)運(yùn)行部分進(jìn)行查看，首選更換150閥塊，更換完成后設(shè)備恢復(fù)運(yùn)行。

四、結(jié)果

本次該風(fēng)機(jī)故障涉及電氣和液壓部分，此故障具有典型性，經(jīng)驗(yàn)可復(fù)制用于雙饋或直驅(qū)機(jī)組液壓變槳風(fēng)機(jī)，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(gè)排除可能性留下確定性，在處理液壓故障時(shí)需對照圖紙找準(zhǔn)具體閥塊，反復(fù)確認(rèn)故障邏輯和現(xiàn)象，在實(shí)踐逐漸探索，最后形成快速解決問題的最優(yōu)方法。

五、思考方向

在平時(shí)的檢修維護(hù)過程中如何避免類似故障再次發(fā)生？

在液壓變槳類風(fēng)機(jī)中，如何安全快速處理變槳液壓故障？

六、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（一）理念層面：預(yù)防故障提前發(fā)生，秉承“事先評估，防患于未然”的理念。在風(fēng)機(jī)平時(shí)的運(yùn)行中，定期維護(hù)時(shí)對液壓系統(tǒng)進(jìn)行模擬測試，進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，對可能易于發(fā)生故障的部件進(jìn)行詳細(xì)檢查，也可以做技術(shù)改造，避免大風(fēng)天氣出現(xiàn)機(jī)組停機(jī)，導(dǎo)致較大經(jīng)濟(jì)損失。

（二）方法層面：

（1）了解液壓變槳型風(fēng)機(jī)變槳原理;

（2）熟悉“吃透”液壓變槳圖紙;

（3）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及故障數(shù)據(jù)按照排除步驟進(jìn)行逐項(xiàng)排除檢查;

（4）除了制定定期檢修計(jì)劃外，還應(yīng)積極參與到風(fēng)機(jī)設(shè)備全周期維護(hù)中，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行全面的掌握和評估。

（5）運(yùn)維檢修工作重點(diǎn)：

1、風(fēng)機(jī)備件要提前準(zhǔn)備充足，有針對性的對重要部件做好投入計(jì)劃，防止因部件不足，導(dǎo)致停機(jī)待換時(shí)間長，損失電量多。

2、組立專業(yè)的故障處理小組，經(jīng)常和設(shè)備廠家溝通交流，學(xué)習(xí)可行經(jīng)驗(yàn)，“師夷長技以解故障”，探索故障初期規(guī)律及處理最優(yōu)方法，為風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)：

[1]竇真蘭、程孟增、蔡旭、凌志斌。大型風(fēng)機(jī)變槳距控制系統(tǒng)的研究[J].電機(jī)與控制應(yīng)用，2010。

[2]方立華。張東.基于振動(dòng)特征的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械故障診斷研究 [D].東北電力大學(xué)，碩士（專業(yè)：電氣工程），2018。

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