1.5MW风力发电机组传动系统故障与诊断分析

发表时间：2018-10-19T09:41:09.327Z 来源：《电力设备》2018年第17期 作者： 刘洪凯

[导读] 摘要：文章主要对1.5MW风力发电机组偏航系统故障中经常出现的液压系统故障的原因进行了阐述，通过对偏航系统故障产生的原因加以分析，提出了相应的解决措施，为以后更准确地分析、诊断、处理风力发电机组偏航系统故障问题提供解析参考。 (大唐山东清洁能源开发有限公司 山东 250000)

摘要：文章主要对1.5MW风力发电机组偏航系统故障中经常出现的液压系统故障的原因进行了阐述，通过对偏航系统故障产生的原因加以分析，提出了相应的解决措施，为以后更准确地分析、诊断、处理风力发电机组偏航系统故障问题提供解析参考。 关键词：液压系统；故障分析；故障处理

流动的空气形成了风，风是由风向和风速确定的。风作为自然界的产物，具有不确定性、间歇性、随机性等特点，风向总是在不断的改变。风力发电机组偏航系统的主要作用就是要完成风机叶轮始终正对风向的功能，充分利用风能，提高发电效率。因此，偏航系统是水平轴风力发电机组控制系统的重要组成部分，对风力发电机组安全、稳定、高效地运行有着十分重要的作用。邹城风电场设计共安装风力发电机组33台，单机容量1.5MW，总装机容量为49.5MW；电场风机投运一年多来，出现多台风机频发偏航液压系统故障造成风机停机事件，在造成电量损失的同时也给电场安全、稳定、高效运行带来不利影响。 1、大型风力发电机组传动系统的重要性

在大型风力发电机组中，系统结构配置和布局优化不仅承担着与驱动链的连接，并将风轮的扭矩传递给驱动链的责任，而且要承担着风力发电机组容量增大而带来的更大的负荷。一般风力发电机组系统在整个风力发电机组的重量中占有重要作用，由此可看出风电机组设计和制造过程中传动系统结构配置和布局优化的重要。尤其是近年来，风力发电机组的容量不断增大，目前已安装的最大机组容量已达到5MW的大型风力发电机组，最大风轮直径更是达到150米左右，塔架高度高达100米，这种大容量的风力发电机组导致在结构配置上存在很大问题，而且工况更为复杂，因此优化设计的好坏直接关乎整个机组的运行和使用寿命，由此可见风力发电机组中传动系统的重要地位。 在风力发电机组中传动系统具有举足轻重的地位，要保证整个风力发电机组的可靠性和安全性，除了准确确定各部位的应力分布外，还应注重传统系统材料的选择和各单元属性，进而再进行拓扑优化设计，如此才能确保风力发电机的可靠性，进而为整个大型风电机组的安全运行和使用寿命提高保证。 2、偏航系统的构成及原理

华创1.5MW机组偏航系统主要由3个偏航驱动机构、一个经特殊设计的带外齿圈的四点接触球轴承、偏航保护装置以及一套偏航刹车机构组成。当风机需要偏航时，在机舱外后部的两个互相独立的传感器―风速仪和风向标检测到风速和风向的变化，PLC根据风速仪和风向标采集的数据计算风机与风向的偏差，然后启动偏航电机，偏航系统工作，使风机对风。对风后，偏航刹车制动，使风机处于对风位置。

液压系统是为偏航刹车机构提供动力源，由液压站和液压油路组成。邹城风电场1.5MW风机中使用的是哈威的液压系统。液压泵电机额定功率为0.25kW，额定转速为1320转/分，三相交流690V/50Hz供电，控制电压24VDC，工作压力150～160bar；偏航余压20～30bar。 液压系统偏航控制回路主要通过提供和释放工作压力控制偏航制动器的制动和释放。偏航制动器是活塞式，作用在塔顶的刹车盘上，在风机正常运行及机组停机时，制动器处在最大压力下，阻止机舱的转动；在机组偏航对风、偏航侧风时，液压系统将偏航制动器压力释放，但同时保证偏航制动器内留有较小的制动压力存在，使偏航驱动系统在较小阻力下工作，保证机组偏航时整机平稳无冲击，此部分功能通过系统偏航控制回路中换向阀及溢流阀的工作来实现；当需要解缆时，液压系统将偏航制动器压力完全卸掉，以防止在较长的一段时间内偏航制动器摩擦片不必要的磨损，此部分功能通过系统偏航控制回路中换向阀的工作来实现。

压力继电器用来监测液压站系统压力。当系统压力降低到设定值150bar时，压力继电器发讯给控制器，控制器发出指令液压泵开始工作建压，直到系统的压力达到系统最高压力设定值160bar时，压力继电器发讯给控制器发出指令，液压泵停止工作。压力继电器输出的为开关信号。最高压力设定值可通过旋动头部螺栓调整，顺时针旋转压力设定值增大，逆时针旋转压力设定值减小。 3、故障分析及处理

故障名称： error_hydraulic_working_time：建压超时故障error_hydraulic_motor_feedback：液压站电机反馈丢失故障error_hydraulic_oil_level：液压液位低故障。

压力继电器-105S4是一个带有滞后特性的压力继电器。压力继电器的线接在常闭触点上，空气开关-105Q2始终闭合（除非人为打开或过负载跳开）。当风机的压力系统无任何故障时，当系统压力低于140bar时，压力继电器-105S4的触点闭合，模块-119DI9的8号插线端子由0V变成24V，即输入信号hydraulic activte pump由低电平变成高电平，模块-120DO1的4号插线端子的hydraulic yaw system enable信号为高电平信号，输出直流24V，继电器-106K4的线圈得电触点吸合， -106K3线圈得电触点吸合，液压泵工作建压。

当压力超过160bar时压力继电器-105S4常闭触点断开，输入信号hydraulic activte pump由高电平变成低电平，模块-120DO1的4号插线端子的hydraulic yaw system enable信号变为低电平信号，输出直流0V，继电器-106K4的线圈失电触点断开，液压泵停止工作。 （1）风机液压系统建压时间不超过90秒为宜，当建压时间超过2分钟压力继电器检测压力还没有达到160bar时，风机报

error_hydraulic_working_time故障，即建压超时故障。检查线路及-119DI9、-120DO1相关模块是否有问题，若没有问题，则需要参照液压系统图纸检查总供油电磁阀、偏航电磁阀工作是否正常，检查液压管路是否有泄漏现象。

（2）当压力低于140bar时压力继电器的触点闭合，模块-119DI9D的8号插线端子由0V变成24V，当模块-119DI5的5号插线端子没有从0V变成24V超过4秒，风机报error_hydraulic_motor_feedback故障，即液压站电机反馈丢失故障。特别要注意压力继电器因自身铜质动触头弹性较差等质量问题，压力继电器在使用一段时间后，因动、静触头之间产生间隙慢慢增大，最终导致动、静触头接触不良形成风机液压站电机反馈丢失故障，造成风机停运事件，也是本风电场液压系统故障频发的主要原因。当某台风机频发出现液压站电机反馈丢失故障后，一是要更换压力继电器，避免频发停机事件给电场带来的不稳定、不安全运行；其次是要彻底解决压力继电器因自身铜质动触头弹性较差质量问题，建议压力继电器生产厂家改善动静触头的生产制造工艺提高品质或更换有互换性的、质量较好、可靠的压力继电器。 （3）当液压站的油箱内贮满油时，液位继电器的线接在常闭触点上，油箱中没有油时液位继电器的线接在常开触点上。当模

块-119DI7的5号插线端子上的电压由24V变成0V超过6秒时，风机报error_hydraulic_oil_level故障，即液压液位低故障。可以首先检查液压

站的液位是否真的低到报警的程度，液压管路有没有渗漏油现象；若没有，检查液位继电器线路及-119DI7相关模块是否有问题。 4、结语

从上述来看，风机液压系统故障有三种情况：建压超时故障、液压站电机反馈丢失故障、液压液位低故障，但每个故障出现的因数也相对较多，风电场运维人员只有平时对风力发电机组相关理论知识进行深入地研究和学习总结，对各类风机的多发性、重复性故障进行深入细致研究分析，熟悉和了解设备，根据故障名称及现象，通过全面的分析，才能准确及时地处理故障，加之日常对设备的检查维护工作，并力求对其做出有效预防，就能避免此类因辅助系统出现故障而影响到风机停运的事件，为风电场减少损失，提高安全、稳定、可靠运行打下坚实基础。 参考文献:

[1] 姚兴佳.风力发电机组安装图集[J]机械工业出版社，2010.

[2] 沈阳华创风能有限公司 CCWE1500/77、82、87、93.DF风力发电机组运行维护手册