基于FTA的风力发电机组偏航系统故障分析

席瑞萍

（太原重工新能源装备有限公司，山西 太原 030032）

引言

风力发电技术经过多年的发展，已逐渐成熟，目前已成为国内外主要的可再生能源发电形式[1]。风力发电机组由多个系统组成，其中对于机组构成起重要作用的机构为偏航系统机构，该机构的运行稳定性对整个风力发电机组的正常运转起着关键性的影响[2]。就市场上运行的风机偏航系统结构形式设计而言，可划分为多种结构形式，如在传动方面分液压偏航和电动偏航；在控制方面分主动偏航和被动偏航；在啮合布置形式方面分内啮合驱动和外啮合驱动偏航；在偏航轴承形式方面分滚动偏航和滑动偏航[3]。目前常用的偏航系统驱动机构为水平轴、主动型、电动驱动的滚动偏航系统，主要是由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航制动盘等几部分组成。为确保偏航系统的正常稳定运行，保证系统中各主要部件的正常运行至关重要。因此，需及时发现并采取适当措施控制可能影响偏航系统稳定运行的因素，以此保障机组的正常稳定运行。

1 偏航系统的故障类型分析

在风场风力发电机组的长期运行过程中，偏航系统会出现一些常见故障，主要有偏航轴承故障（轴承失效）、偏航制动盘故障（噪音、磨损）、偏航驱动装置故障（偏航减速器齿轮断裂、偏航制动器损坏、漏油、摩擦片磨损、异常噪音、制动力矩不足、制动不同步）、偏航风向标故障（定位不准）、偏航计数器故障、液压管路故障（管路渗透、元器件损坏）等。

2 偏航系统故障树模型的建立

2.1 故障树建立

故障树分析法是对可靠性事件分析的主要方法之一，运用该方法结构简单、思路清晰，有效显示系统对于事件可靠度规范的符合程度，并且可通过底层事件发生的概率，综合多种因素，得出系统顶层及以上事件发生概率的影响[4]。利用该分析法进行系统分析时，通常将系统会产生的故障状态作为顶事件，根据系统内故障与导致该系统故障之间因素的逻辑关系用逻辑门表示出来，由上到下根据可能发生的影响逐级进行分解，直至无法再分解。根据上述故障树建立方法，建立故障树流程图如下图1所示[5]。

图1 故障树建树流程图

此故障树可以直观反映出各个部件之间故障的相互关系，同时可一目了然、形象地掌握各个事件之间的关系并据此做出正确的分析。

2.2 故障树分析

通过故障树分析法建立偏航系统故障树模型，将偏航轴承故障、偏航制动盘故障、偏航驱动装置故障、偏航风向标故障、偏航计数器故障、偏航液压系统故障[6-7]六类原因列为系统故障的中间事件，再依次展开中间事件，列出故障的底层事件，从而构建出偏航系统故障树模型。详细模型如下页图2所示。

图2 偏航系统故障树模型

把故障树中的事件均用代码表示，建立了偏航系统故障事件及其相应代码表，如下页表1所示。

表1 偏航系统故障事件及其相应代码

可能致使故障树顶上事件发生的最小基本底层事件的集合被称为该故障树的最小割集。可以得出故障树中存在21个最小割集，即21个基本事件：X1、X2、···、X21。故障树内各个基本事件发生都会引起系统故障事件发生。实际各个事件发生的概率不同，文中仅通过最小割集统计各个基本事件的重要度顺序，对偏航驱动故障（偏航制动器、偏航减速器等）优先控制，而后依次为液压系统故障、计数器、风向标、偏航制动盘，最后为偏航轴承。

3 提高偏航系统可靠性的措施

1）对于偏航轴承，在安装前必须保证安装面清洁，检查安装面的水平度等，同时要严格按照技术工艺文件要求和规定的紧固力矩进行紧固，调整齿圈与驱动齿轮齿侧间隙处于技术要求范围内。此外，在设计阶段，需结合风机实际运行工况和环境条件，选择合适的轴承润滑脂，按照风力发电机的维护手册要求，定期做好风机维护工作。

2）对于偏航制动盘，需选用耐磨性更好的制动盘材料，加强日常维护及巡检工作，保证制动盘不会因过度使用，造成磨损。

3）对于偏航制动器，需提高制动器摩擦片的质量，满足安装工艺要求，提高与制动盘的配合精度，合理设定偏航制动压力，按照风力发电机的维护手册要求，定期做好风机维护工作。

4）对偏航风向标、偏航计数器、液压系统等需根据维护手册进行定期巡检，加强日常维护工作。