风力发电机组液压系统常见问题与维护策略

范贵华 黄文君 赵红飞

（明阳智慧能源集团股份公司，广东 中山 528400）

0 引言

随着人类对环境保护和可持续发展关注的日益增加，清洁能源成为世界各国政府和能源企业的一个重要选择。风能是一种广泛存在的可再生能源，利用风能发电已成为发展清洁能源的重要手段。其中，风力发电机组作为一种新兴的清洁能源发电装置，其优势显著，具有无污染、能源储备大、环保、高可靠性等优点。风力发电机组液压系统的稳定性是决定机组正常运行和发电效率的重要因素。

目前，国内外已有的关于风力发电机组液压系统的研究主要集中在液压系统结构优化、控制策略和控制方法、液压元件故障诊断和维修等方面。多位学者采用试验、数值模拟等方法来研究风力发电机组液压系统的动态响应和稳态特性，并提出一些有针对性的优化建议。例如，有学者研究了基于PI控制器和状态反馈控制器的液压控制策略，能提高液压系统的性能和控制精度［1］。此外，还有学者研究了基于神经网络和遗传算法的液压元件故障诊断法，可提高液压系统的可靠性和安全性［2］。

基于此，本研究对风力发电机组液压系统中常见的问题及其成因进行深入分析，并提出相应的维护策略和措施，旨在帮助风力发电机组的运营，使维护人员能更好地理解和掌握风力发电机组液压系统的结构和运行原理，提高其运行的稳定性和可靠性，从而能更好地发挥出清洁能源的优势。

1 风力发电机组液压系统的组成结构

1.1 液压泵

液压泵是风力发电机组液压系统的核心部件之一，其将机械能转化为液压能，并将液压油压送至系统中的各个液压执行元件中，如液压缸、液压马达等。液压泵是基于压力差来工作的，通过液体在管道中流动时产生的压力差来产生液压能［3］。

液压泵由泵体、泵轴、柱塞等组成。泵体是液压泵的主要承载部件，包括进口、出口、工作腔、柱塞等。泵轴是连接液压泵和风力发电机组的旋转轴，负责带动液压泵工作。柱塞是液压泵关键部件，通过柱塞的运动来产生压力差，从而产生液压能。

1.2 液压马达

液压马达能将液压能转化为机械能，并驱动风力发电机组进行旋转。液压马达的工作原理和液压泵类似，都是基于压力差原理。在液压马达中，液压油经马达的进口进入到工作腔，马达内部的转子根据液压油的压力差进行转动，从而将液压能转化为机械能，并带动风力发电机组产生旋转［4］。

液压马达由马达壳体、转子、轴承等组成。马达壳体是液压马达的主要承载部件，包括进口、出口、工作腔和转子等。转子是液压马达的关键部件，其结构和液压泵中的柱塞类似，通过转子运动来产生压力差，从而产生液压能。

1.3 液压阀

液压阀是风力发电机组液压系统中的控制元件，其通过控制液压系统的压力、流量、方向和速度等，来确保液压系统能正常工作。液压阀种类繁多，根据其功能和工作原理进行分类，可分为调节阀、换向阀、安全阀、节流阀等。

液压阀由阀体、阀芯、弹簧等组成。阀体是液压阀的主要承载部件，包括进口、出口和通道等。阀芯是液压阀最关键部件，通过控制阀芯的开关来控制液压系统的压力、流量、方向和速度等。弹簧用于保证阀芯的正常工作，并防止阀芯的震动和共振。

1.4 液压缸

液压缸是将液体压力转化为机械动能的关键部件，其由缸体、缸盖、活塞、活塞杆、密封元件、缓冲装置等组成。在风力发电机组液压系统中，液压缸主要用于控制叶片角度，从而保证风轮在不同风速下均有最佳转速。通过压力油的推动，活塞在缸体内做往复运动，驱动活塞杆带动机械装置工作。

1.5 液压油箱

液压油箱是用来储存液压油的部件，也是风力发电机组液压系统中不可或缺的组成部分，其能保证液压油在使用过程中始终保持一定的温度、清洁度和湿度［5］。

在实际应用中，液压油箱的设计应符合实际工作条件和液压系统要求，一般要考虑容积大小、材料选择、进气口、出油口、排气口、油位检测和加油口等因素。应根据液压系统需求和风力发电机组的功率来选择液压油箱容积。一般来说，液压油箱的容积越大，系统的热稳定性和运行平稳性就越好。应选用耐腐蚀、耐高温、耐压力变化的合适材料来制作液压油箱，如钢板、铝合金或玻璃钢等。进气口和排气口的设计应符合系统要求，从而确保液压油箱内气压平衡，可避免系统产生负压或正压。油位检测和加油口设置应遵循操作和维护方便的原则，以确保系统液位正确，并能及时补充液压油。

2 风力发电机组液压系统常见问题及成因

2.1 液压油温过高

液压油温过高是液压系统中一个常见的问题，通常表现为液压油温度升高，超过规定范围。液压油温度过高可能会导致液压系统各个组件过度磨损、密封件老化、液压泵（阀、缸）等部件内部出现泄漏、液压油使用寿命减少等情况，从而降低液压系统的效率和性能，甚至导致系统停机［6］。

造成液压油温过高的原因主要有以下4 点。①液压油油量不足或污染严重。当液压油油量不足时，油液在液压系统中流动不畅，容易造成油温过高。同时，当液压油中的杂质、水分等污染物质增多时，也会影响到油液的性能，导致液压系统的热量不易散失，从而造成油温过高。②液压油黏度过大或过小。当液压油黏度过大时，流动阻力加大，液压泵工作时会消耗更多能量，从而产生更多热量，导致油温过高。当液压油黏度过小时，无法保证液压系统的正常工作，也会造成油温过高。③液压系统散热器会发生故障。散热器是液压系统的重要组成部分，主要用于散热，从而保持油温稳定。当散热器出现故障时，无法及时将油液中的热量散发出去，使得液压油的温度升高。④高压油管、油路阻塞。液压油在液压系统中流动时，可能会出现高压油管、油路堵塞等问题，导致油液流动不畅，会产生大量热量，使液压油温度升高。

2.2 液压系统泄漏

液压系统泄漏是风力发电机组液压系统中最常见的一个问题，主要是由密封件老化、磨损或损坏造成的，这些问题导致液压系统内部压力无法维持，从而造成液压油泄漏。液压系统泄漏的严重性取决于泄漏位置和泄漏速度。若泄漏位置较高或泄漏速度较快，可能会导致液压系统瘫痪，从而影响风力发电机组的运行和发电效率。

液压系统泄漏的原因有很多，如密封件老化、磨损或损坏、螺纹连接过紧、管路连接不牢固等。因此，在对风力发电机组液压系统进行维护时，要定期检查和更换密封件，并确保螺纹连接和管路连接的紧固度，避免因泄漏导致液压系统出现故障或发生安全事故。此外，使用高质量密封件和管路连接件能延长液压系统的使用寿命，从而减少泄漏事故的发生。

2.3 液压油氧化

液压油氧化是指液压油在长期使用过程中，在氧气和高温作用下发生的化学反应，导致液压油中的添加剂分解、酸价升高，从而使液压油黏度增加、颜色变深、变质，并影响液压系统的正常运行。

液压油氧化的原因主要有以下3 个。①在长期使用中，液压油因接触空气中的氧气而发生氧化反应。特别是在高温环境下，氧化速度更快。②液压油的性能和质量对液压系统运行稳定性有很大影响。液压油选择不当，很容易在高温和高压下发生氧化反应，加速液压油的老化和变质。此外，如果液压油质量不好、加油过程中受到外界污染或系统内的油路没有定期进行清洗，容易引起液压油氧化。③液压油氧化会导致液压系统中的部件出现腐蚀、沉淀和变硬，降低液压系统的工作效率和液压油使用寿命。为防止液压油氧化，应选择适合的液压油，并对液压油定期进行检测和更换。在使用液压油过程中，还应注意液压油的存放和保养，避免液压油接触空气而受到污染。

3 风力发电机组液压系统维护策略

3.1 定期检查液压系统

定期检查液压系统是风力发电机组液压系统维护的重要措施之一。通过对液压系统定期进行检查，可及时发现和解决液压系统中存在的问题，保证液压系统正常运行。具体包括以下4个方面。

首先，定期检查液压系统的油液质量，包括油液的颜色、气味、黏度等。如果发现油液呈深色或发黑，或出现异味、凝固等现象，要立即更换油液，避免液压系统因油液质量问题而出现故障。

其次，定期检查液压系统的管路、接头、密封件等是否存在泄漏现象，若有泄漏现象，要及时更换或维修，以确保液压系统的密封性和稳定性。

再次，定期检查液压系统的压力表、温度计、流量计等仪表的工作状态，以确保液压系统的各项参数正常，发现异常要及时进行维修或更换。

最后，定期对液压系统的液压泵、液压马达、液压阀、液压缸等重要部件进行检查，确保其状态良好，避免这些部件出现故障，从而影响液压系统的正常运行。

定期检查液压系统是风力发电机组液压系统维护的重要环节，能及时发现液压系统中存在的问题，并采取相应措施，从而提高液压系统的可靠性和稳定性。

3.2 更换液压油

更换液压油是液压系统维护中常用的一项措施。液压油质量直接影响到液压系统的正常运行和寿命。在使用过程中，液压油受高温、高压、氧化等因素的影响，其质量会逐渐下降，从而导致液压系统出现故障。

因此，根据液压系统的使用情况和要求，制定液压油更换时间和方法的方案。液压油更换周期一般为1～2 a，具体取决于液压油的使用频率和工作环境。在更换液压油时，先将旧油排出，并清洗液压油箱和管路，以确保完全清除系统内的污垢和杂质。再按照液压系统的使用要求，选用相应质量的液压油进行更换，并注意及时添加。

此外，在更换液压油时，应避免不同品牌或型号的液压油混合使用，这是因为不同液压油的成分和性能不同，混用会影响液压系统的正常工作。同时，在添加新液压油时，应遵循液压系统使用手册中的建议，以确保液压油的品质和性能符合系统要求。

3.3 清洗液压油箱

清洗液压油箱是液压系统维护的重要手段之一。使用时间长、环境污染等会导致液压油箱内部积累一定量的杂质和污垢，对液压系统的正常运行产生影响。因此，定期清洗液压油箱并更换液压油，是保证液压系统稳定运行的关键措施。

清洗液压油箱的具体步骤如下。首先，将液压油系统中的液压油排空，并拆卸油箱内的所有零部件，包括油管、油箱盖、油标和过滤器等。其次，用清洁溶剂和干净的棉布对油箱内表面和零部件表面进行擦拭和清洗，从而去除沉积物和杂质。再次，用清洁溶剂清洗所有零部件，清洗干净后再安装回油箱。最后，加入新液压油，并根据要求添加相应的添加剂，使油箱内的液压油保持清洁和稳定，从而保证液压系统的正常运行。

清洗液压油箱的时间间隔通常为1 a 或根据实际情况而定。此外，清洗液压油箱时要注意安全问题，远离火源和明火，以免发生火灾。

4 结语

风力发电机组液压系统是风力发电机组的关键组成部分，其稳定性和可靠性对风力发电机组的稳定运行和发电效率起到至关重要的作用。通过对风力发电机组液压系统的组成结构、常见问题及原因、维护策略等进行研究，发现液压泵、液压马达、液压阀、液压缸、液压油箱等部件都有可能出现问题，从而导致风力发电机组液压系统出现故障。且液压系统泄漏、液压油温过高、液压油氧化、液压系统存在气泡是常见的故障现象。

为解决上述问题，本研究提出一系列的维护策略，如定期检查液压系统、更换液压油、清洗液压油箱等，这些措施有助于维护和管理风力发电机组液压系统，保障其运行的稳定性和可靠性。

在实际应用中，可根据实际情况进行维护和管理，定期对风力发电机组液压系统进行检查和维护，及时发现和处理故障，从而保障风力发电机组的正常运行和发电效率，为可持续能源的发展做出贡献。