槽式太阳能集热器跟踪系统故障分析

陈 晨，赵 雄，于延兴，王 强，陈海平，晁增贤，李志龙，梁铁铖

(1.中广核太阳能德令哈有限公司，青海 海西州 817000；2.中国广核新能源控股有限公司，广东 深圳 518000)

0 引言

太阳能具有低密度、间歇性、空间分布不断变化等特点，因此在槽式太阳能集热器跟踪系统的应用中需要配备跟踪精度高、驱动扭矩大、转角范围广的伺服液压控制系统，目前主要采用中、高压双液压缸驱动跟踪，合理分配系统动力，规避单液压缸机构跟踪过程中驱动拐点受限的问题。以下通过对太阳能集热器跟踪机构工作原理及工作过程的分析，对某试验平台4 号太阳能集热器跟踪系统故障原因进行排查，并提出此类问题的解决办法。

1 跟踪系统工作原理

太阳能集热器跟踪机构采用双液压缸驱动；液压驱动控制系统由液压站、液压缸(A/B)、传动板(A/B)、液压油、阀组、控制系统、测量仪表等主要部件组成，由电机带动齿轮泵为系统提供驱动力，控制各阀的开关状态实现液压缸的伸缩运动。

太阳的运行轨迹是每天从东到西，集热器由东向西跟踪太阳，每个集热器在日间跟踪太阳光时均会绕其旋转轴旋转使太阳光线始终聚焦在集热管上，从而最大限度地吸收太阳直接辐射热。

2 故障分析

4 号集热器液压跟踪系统自首次投运以来，共发生了2 起液压系统基座变形、断裂故障。一起是在自动跟踪状态下导热油聚焦升温，发现跟踪停止，随后现场以手动方式将集热器旋转至“贮存”位置，由西向东旋转至65°时，液压油缸支撑基座结构发生异响，检查发现液压油缸基座支架横梁严重变形断裂；另一起是该集热器在手动方式下置于“贮存”位置，在由西向东旋转过程中发现法线实际角度在71°时停止不动，现场检查发现液压油缸支撑底座有变形迹象。因此，对该集热器液压跟踪系统部件进行详细排查。

(1) 机械结构排查。对集热器旋转轴、各支撑支座及各立柱关节轴承进行详细检查，均未发现变形、碰摩迹象，故可排除机械结构卡堵问题。

(2) 液压驱动逻辑排查。因该集热器之前已累计运行超过1 个月，控制系统在拐点位置能自动切换油缸的运动方向，顺利通过拐点位置，无任何冲击现象，故可排除液压驱动装置控制程序、逻辑、拐点角度设置不合理等问题。

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(3) 电气元件排查。检查电气元件信号正常，接线正确、无松动，故可排除电气元件损坏、电气接线松动或接线错误等问题。

(4) 电磁阀故障排查。手动操作电磁换向阀，确认能正常卸压，电磁阀插头得电指示灯亮，失电指示灯灭，24 V 直流通断控制有效，故可排除线圈烧损问题。进一步对电磁阀卡涩情况进行分析，发现在2 次液压油缸支撑座横梁受外力导致变形的过程中，集热器角度均在34°～100.4°范围内，根据液压系统设定的动作指令，液压油站启动南缸、北缸，即南缸活塞杆缩回，北缸活塞杆伸长。二位五通电磁阀动作过程中阀芯堵塞造成液压缸北缸底部不进油、顶部不泄油，南缸活塞杆一直处于收缩状态。随着液压系统压力持续增加，南缸将持续增加的液压力通过2 个凸轮和旋转中心轴传递作用于北缸的底部基座，表现为液压缸对基座的拉力，最终因拉力超过液压装置底部基座机械强度而导致变形拉断。

3 故障处理

发现液压油缸底部基座变形后，按照规定采取了4 项故障处理措施。

(1) 对故障集热器控制系统断电，采取固定措施，避免因回路自重或大风天气等原因导致集热器回路发生无法控制的自动旋转，造成设备大面积损坏、人身伤害等事故。

(2) 对二位五通电磁阀进行解体检查，更换液压油，清理过滤器，用“面粘法”清理油箱及管路，若阀芯损坏，直接更换新电磁阀。

(3) 拆除变形断裂的支架横梁及液压油缸基座，释放变形过程中产生的应力，重新对基座进行补焊加固后进行集热器跟踪调试，并检查液压跟踪系统逻辑动作的合理性。

(4) 重新校准压力传感器和压力表，定期检查并整定溢流阀动作值或增加检测点，保证系统不超压运行，避免液压系统设备损坏或造成事故扩大。

4 结束语

该槽式太阳能集热器跟踪系统，自投用以来共发生了2 起液压系统故障导致基座变形断裂的事故，但在采取相关改进措施后，加强定期维护，已连续安全运行了1 年时间，未再发生此类问题。然而，由于我国西北地区常年风沙较大、环境恶劣，运行过程中应定期清理液压油箱、更换滤网及液压油，确保液压系统有较高的清洁度，同时对控制阀、电磁阀、溢流阀、安全监测表计等进行重点检查与维护，以保障后续液压跟踪系统的安全稳定运行。