液压变桨类风机变桨液压故障分析

王天川 王智明

摘要：风机的液压故障将是困扰风电企业的痛点，如何使风电机组液压类高效健康运行问题，成为一个刻不容缓解决的难题，本文着重对液压变桨类风机液压故障进行分析和研究，使风机检修维护人员可以安全快速处理故障，保障了风电场经济性。

关键词：液压变桨;比例阀;发电量

前言：自新能源风力发电机组在国内快速发展以来，已有整整十余年的时间。回顾这十余年液压变桨型风力发电机组的液压典型故障情况，不仅增强了工程技术人员在实际故障处理过程中的经验积累，也提高了工程技术人员的技术水平，加强了工程技术队伍建设。

正文：一、事件背景

伴随着风电行业的快速发展，一系列待解决的难题逐渐显现，液压类故障虽不频报，但是一旦发生，将严重影响到风电场的运营效果，且维修技术复杂，这使得运维人员意识到风机的液压故障将是困扰风电企业的痛点，如何使风电机组液压类高效健康运行问题，成为一个刻不容缓解决的难题。

通过对风电机组液压变桨故障开展具有针对性的故障判断方法研究，使其能够快速准确地发现液压系统中变桨液压管路和变桨缸或者变桨阀块等执行元件存在的故障隐患，并及时制定维护方案，减少因液压系统故障所造成的的机组停机电量损失，保证机组的安全稳定运行并提升风电场的经济效益，进而提高风电行业的竞争力。

二、实际冲突

由于V风机故障停机，由于当时风速约为10m/s，设备实际出力约为2000KW.h左右，损失电量较大，面临的问题有：

1、在保证安全的前提下，如何尽快确认故障点？

2、在冬季抢发电保发电的情况下，如何做到度电必争，持续为企业创造价值？

三、事件场景

场景一（原理及逻辑分析）

液压变桨基本原理：液压变桨系统采用液压缸作为动力元件，通过一套曲柄滑动结构同步驱动三个桨叶变桨。变桨控制系统根据当前风速计算出桨叶的桨距角调节信号，液压系统根据指令驱动液压缸，液压缸带动推动杆、同步盘运动，同步盘通过短转轴、连杆、长转轴推动偏心盘转动，偏心盘带动桨叶进行变桨距。

液压变桨距执行机构的桨叶通过机械连杆机构与液压缸相连接，桨距角同液压缸位移成正比。当桨距角减小时，液压缸活塞杆向右移动，有杆腔进油;当桨距角增大时，活塞杆向左移动，无杆腔进油。液压系统的桨距控制是通过电液比例阀控制的，电液比例阀的控制电压与液压缸的位移变化量成正比，利用油缸设置的位移传感器，利用PID调节进行液压缸位置闭环控制。当系统出现故障断电紧急关机时，立即断桨开电源，液压泵紧急关闭，由蓄能器提供油压使桨叶顺桨。

V风机液压变桨基本情况介绍：变桨系统将叶片调节至风机控制器软件内实施的控制策略确定的目标位置。当风机控制器或保护系统请求时，变桨系统还通过将叶片变桨至 90°用作主制动器系统。

V液压变桨控制逻辑介绍：

液压变桨阀块通过控制流向变桨缸腔A与腔B的油流量，从而控制叶片的变桨角度与变桨速度。它直接控制叶片的变桨角度与变桨速度。从机舱内的液压泵供油至变桨阀块。

液压泵1P01、1P02打压-1V05、1V06单向阀-滤芯-滑环-变桨主阀块压力从滑环至变桨阀块-120.1单向阀-105三位四通电磁换向阀-150阀-变桨缸活塞运动至开桨位置。

场景二（按图索骥，实地故障排查）

（一）电气故障排除：

检查120-02-Q1模块正常、检查端子排及插头接线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、未松動未虚接未有明显异常、测量05-120-F1开关上下接口电源未发现异常。

在分析上述问题后，排除电气故障，判断该故障为液压故障。

（二）液压故障逻辑判断：

主阀体控制变桨开合（在液压系统控制开桨经105电磁阀右阀体-150阀-液压缸控制开桨）105三位四通电磁阀（电液比例阀）未正常动作才导致的无法变桨，控制液压变桨开桨叶及收桨主要控制元件为105比例阀及150阀。

液压故障排查：

因150阀无法从外观及机械部分检查，尝试更换后，桨叶仍无法开桨收桨;根据逻辑判断进一步对105电液比例阀进行检查，手动变桨仍无动作，因电气问题已进行排除，对105比例阀进行拆除检查密封圈未有破损及老化现象，尝试更换105比例阀，再次进行变桨操作，桨叶正常开桨收桨，启机测试，复位后恢复运行部分进行查看，首选更换150阀块，更换完成后设备恢复运行。

四、结果

本次该风机故障涉及电气和液压部分，此故障具有典型性，经验可复制用于双馈或直驱机组液压变桨风机，在排除电气故障后大概率可判断为液压故障，熟悉液压变桨基本控制原理及逻辑后更加有助于故障排除，在排查过程中逐个排除可能性留下确定性，在处理液压故障时需对照图纸找准具体阀块，反复确认故障逻辑和现象，在实践逐渐探索，最后形成快速解决问题的最优方法。

五、思考方向

在平时的检修维护过程中如何避免类似故障再次发生？

在液压变桨类风机中，如何安全快速处理变桨液压故障？

六、经验总结

（一）理念层面：预防故障提前发生，秉承“事先评估，防患于未然”的理念。在风机平时的运行中，定期维护时对液压系统进行模拟测试，进行预防性维护，对可能易于发生故障的部件进行详细检查，也可以做技术改造，避免大风天气出现机组停机，导致较大经济损失。

（二）方法层面：

（1）了解液压变桨型风机变桨原理;

（2）熟悉“吃透”液压变桨图纸;

（3）根据现场实际情况及故障数据按照排除步骤进行逐项排除检查;

（4）除了制定定期检修计划外，还应积极参与到风机设备全周期维护中，对设备状态进行全面的掌握和评估。

（5）运维检修工作重点：

1、风机备件要提前准备充足，有针对性的对重要部件做好投入计划，防止因部件不足，导致停机待换时间长，损失电量多。

2、组立专业的故障处理小组，经常和设备厂家沟通交流，学习可行经验，“师夷长技以解故障”，探索故障初期规律及处理最优方法，为风电机组的稳定运行保驾护航。

参考文献：

[1]窦真兰、程孟增、蔡旭、凌志斌。大型风机变桨距控制系统的研究[J].电机与控制应用，2010。

[2]方立华。张东.基于振动特征的风电机组传动系统机械故障诊断研究 [D].东北电力大学，硕士（专业：电气工程），2018。

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