基于FTA的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)故障分析

席瑞萍

（太原重工新能源裝備有限公司，山西 太原 030032）

引言

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展，已逐漸成熟，目前已成為國內(nèi)外主要的可再生能源發(fā)電形式[1]。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由多個系統(tǒng)組成，其中對于機(jī)組構(gòu)成起重要作用的機(jī)構(gòu)為偏航系統(tǒng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的運(yùn)行穩(wěn)定性對整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵性的影響[2]。就市場上運(yùn)行的風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計而言，可劃分為多種結(jié)構(gòu)形式，如在傳動方面分液壓偏航和電動偏航；在控制方面分主動偏航和被動偏航；在嚙合布置形式方面分內(nèi)嚙合驅(qū)動和外嚙合驅(qū)動偏航；在偏航軸承形式方面分滾動偏航和滑動偏航[3]。目前常用的偏航系統(tǒng)驅(qū)動機(jī)構(gòu)為水平軸、主動型、電動驅(qū)動的滾動偏航系統(tǒng)，主要是由偏航軸承、偏航驅(qū)動裝置、偏航制動器、偏航制動盤等幾部分組成。為確保偏航系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，保證系統(tǒng)中各主要部件的正常運(yùn)行至關(guān)重要。因此，需及時發(fā)現(xiàn)并采取適當(dāng)措施控制可能影響偏航系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的因素，以此保障機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 偏航系統(tǒng)的故障類型分析

在風(fēng)場風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的長期運(yùn)行過程中，偏航系統(tǒng)會出現(xiàn)一些常見故障，主要有偏航軸承故障（軸承失效）、偏航制動盤故障（噪音、磨損）、偏航驅(qū)動裝置故障（偏航減速器齒輪斷裂、偏航制動器損壞、漏油、摩擦片磨損、異常噪音、制動力矩不足、制動不同步）、偏航風(fēng)向標(biāo)故障（定位不準(zhǔn)）、偏航計數(shù)器故障、液壓管路故障（管路滲透、元器件損壞）等。

2 偏航系統(tǒng)故障樹模型的建立

2.1 故障樹建立

故障樹分析法是對可靠性事件分析的主要方法之一，運(yùn)用該方法結(jié)構(gòu)簡單、思路清晰，有效顯示系統(tǒng)對于事件可靠度規(guī)范的符合程度，并且可通過底層事件發(fā)生的概率，綜合多種因素，得出系統(tǒng)頂層及以上事件發(fā)生概率的影響[4]。利用該分析法進(jìn)行系統(tǒng)分析時，通常將系統(tǒng)會產(chǎn)生的故障狀態(tài)作為頂事件，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)故障與導(dǎo)致該系統(tǒng)故障之間因素的邏輯關(guān)系用邏輯門表示出來，由上到下根據(jù)可能發(fā)生的影響逐級進(jìn)行分解，直至無法再分解。根據(jù)上述故障樹建立方法，建立故障樹流程圖如下圖1所示[5]。

圖1 故障樹建樹流程圖

此故障樹可以直觀反映出各個部件之間故障的相互關(guān)系，同時可一目了然、形象地掌握各個事件之間的關(guān)系并據(jù)此做出正確的分析。

2.2 故障樹分析

通過故障樹分析法建立偏航系統(tǒng)故障樹模型，將偏航軸承故障、偏航制動盤故障、偏航驅(qū)動裝置故障、偏航風(fēng)向標(biāo)故障、偏航計數(shù)器故障、偏航液壓系統(tǒng)故障[6-7]六類原因列為系統(tǒng)故障的中間事件，再依次展開中間事件，列出故障的底層事件，從而構(gòu)建出偏航系統(tǒng)故障樹模型。詳細(xì)模型如下頁圖2所示。

圖2 偏航系統(tǒng)故障樹模型

把故障樹中的事件均用代碼表示，建立了偏航系統(tǒng)故障事件及其相應(yīng)代碼表，如下頁表1所示。

表1 偏航系統(tǒng)故障事件及其相應(yīng)代碼

可能致使故障樹頂上事件發(fā)生的最小基本底層事件的集合被稱為該故障樹的最小割集?？梢缘贸龉收蠘渲写嬖?1個最小割集，即21個基本事件：X1、X2、···、X21。故障樹內(nèi)各個基本事件發(fā)生都會引起系統(tǒng)故障事件發(fā)生。實際各個事件發(fā)生的概率不同，文中僅通過最小割集統(tǒng)計各個基本事件的重要度順序，對偏航驅(qū)動故障（偏航制動器、偏航減速器等）優(yōu)先控制，而后依次為液壓系統(tǒng)故障、計數(shù)器、風(fēng)向標(biāo)、偏航制動盤，最后為偏航軸承。

3 提高偏航系統(tǒng)可靠性的措施

1）對于偏航軸承，在安裝前必須保證安裝面清潔，檢查安裝面的水平度等，同時要嚴(yán)格按照技術(shù)工藝文件要求和規(guī)定的緊固力矩進(jìn)行緊固，調(diào)整齒圈與驅(qū)動齒輪齒側(cè)間隙處于技術(shù)要求范圍內(nèi)。此外，在設(shè)計階段，需結(jié)合風(fēng)機(jī)實際運(yùn)行工況和環(huán)境條件，選擇合適的軸承潤滑脂，按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)手冊要求，定期做好風(fēng)機(jī)維護(hù)工作。

2）對于偏航制動盤，需選用耐磨性更好的制動盤材料，加強(qiáng)日常維護(hù)及巡檢工作，保證制動盤不會因過度使用，造成磨損。

3）對于偏航制動器，需提高制動器摩擦片的質(zhì)量，滿足安裝工藝要求，提高與制動盤的配合精度，合理設(shè)定偏航制動壓力，按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)的維護(hù)手冊要求，定期做好風(fēng)機(jī)維護(hù)工作。

4）對偏航風(fēng)向標(biāo)、偏航計數(shù)器、液壓系統(tǒng)等需根據(jù)維護(hù)手冊進(jìn)行定期巡檢，加強(qiáng)日常維護(hù)工作。