风电机组偏航刹车系统液压回路优化

［摘 要］部分风电机组的偏航阻尼器采用偏航液压卡钳，北方地区风电场风电机组运行中出现偏航减速器卡死、偏航刹车盘严重磨损等问题，严重影响风电机组安全稳定运行，且造成风电机组长期停运及产生高昂的维修费用。文章通过研究风电机组偏航系统液压回路工作原理，进行数据分析查找故障原因，并提出了优化方案，可有效解决现场存在的问题。

［关键词］风电机组；偏航系统；液压回路；部件损坏

［中图分类号］TM315 ［文献标志码］A ［文章编号］2095–6487（2024）05–0100–03

1 概述

风电机组偏航系统与控制系统相互配合，使风轮始终处于迎风状态，以便最大限度地吸收风能，提高风电机组的发电效率。为了避免湍流及风轮叶片受力不平衡所产生的偏航力矩而引起的机舱左右摆动，偏航系统必须设置偏航阻尼器。偏航阻尼器一般采用偏航液压卡钳或偏航阻尼刹车块，现针对采用偏航液压卡钳的风电机组进行分析。

2 偏航系统部件损坏后果

随着风电机组运行年限增加，风电机组偏航系统大部件出现较多损坏，如偏航减速器卡死、偏航刹车盘严重磨损等问题。偏航刹车盘严重磨损后需要进行补焊维修，当磨损超过极限值时，必须吊车入场起吊机舱进行偏航刹车盘更换，造成风电机组长期停运及产生高昂的维修费用。

3 原因排查

北方地区风电场普遍存在冬季寒冷天气风电机组频繁报出偏航速度故障的情况。而风电机组在下发偏航指令后偏航无法动作，主要原因为冬季偏航卡钳内液压油温度太低，粘度太大，无法泄压，导致偏航卡钳内油压过高，偏航卡钳制动力矩过大，偏航无法动作报出故障，此问题对偏航系统大部件寿命影响较大。

3.1 偏航系统液压回路结构

联合动力1.5 MW 机组偏航系统由10 组偏航卡钳组成，每组偏航卡钳分为上、下卡钳，共20个卡钳串联，组成偏航液压回路。偏航系统液压回路如图1 所示。

3.2 偏航系统液压回路压力超限

偏航半泄时，溢流阀控制偏航卡钳出口P10 处为半泄压力2.5 MPa，正常情况下主系统压力及偏航卡钳入口P9 处压力均降为2.5 MPa，但是冬季天冷液压油粘度太大造成偏航液压回路无法泄压，导致偏航半泄压力过高。2023 年12 月20 日42 号风机环境温度低至–26℃，机舱温度低至–10℃，偏航时半泄压力可高达8 MPa，42 号风机低温偏航半泄压力及偏航位置如图3 所示。

部分风机主控程序设定半泄压力低于某一压力值（约4.5 MPa）时，才会开始偏航，若半泄压力超过该设定值，风机始终保持半泄状态，不执行偏航，且风机不报警或不报故障。现场连续数天低温时，风机连续数天不对风运行，风机发电功率大幅下降，影响风机安全稳定运行。14 号风机连续2 d 偏航半泄压力超ff35e3a34d537a6c8a4ae957885ebf06e6e598fa4463a2648eaf686f926187414.5 MPa，达6 MPa 以上，未执行偏航，最大机舱对风角度达50°。14 号风机机舱对风角度如图4 所示。

3.3 偏航系统液压回路各卡钳压力不均

首末偏航卡钳压力相差较大，由于各偏航卡钳内液压阻力基本相同，机组偏航时偏航系统液压回路各卡钳压力示意如图5 所示，其中标注颜色深浅表示液压压力大小，颜色越深表示压力越大。

偏航时制动力矩过大易造成偏航电机堵转绕组损坏、偏航减速器断齿等严重故障。而各卡钳制动压力不均，特别是偏航卡钳入口处制动压力过大，极易发生偏航刹车片磨损严重导致偏航刹车盘损坏的问题。

4 处理方案

目前液压站安装有油液自动加热控制，主控系统实时采集机舱内温度，依据机舱内温度控制液压站油液的加热，基本保证液压油温度正常，同时液压油加热器设有高温保护，防止液压油温度超限。但是由于偏航卡钳处于机舱底部，与塔筒固定连接，冬季时温度较低，液压站油液加热无法及时处理偏航卡钳内液压油低温问题，需要进一步技改。

由于偏航液压回路串联20 个偏航卡钳，低温情况下泄压困难，需要对液压回路进行技改。通过将偏航卡钳分组并联连接，增加液压回路油路，可增加泄压口，同时每条回路偏航卡钳数量减少，有利于降低液压阻力，可有效降低卡钳内压力。偏航系统液压回路3 回路技改示意如图6 所示，其中虚线为新增的2根液压管路。

偏航系统液压回路3 回路技改后各卡钳压力如图7 所示，其中虚线为新增的2 根液压管路。

由此可见，通过技改后，偏航系统液压回路3 条回路同时接通偏航卡钳出口进行泄压，每条回路只有4 套卡钳，偏航卡钳入口压力在冬季寒冷天气条件下也可较快降低至略高于半泄压力。而且每条回路偏航卡钳数量相同，液压回路阻力基本相同，有利于液压站内热油均匀进入各卡钳，不会存在油液死区。

对25 号风机技改后，在同样环境温度低至–26℃，机舱温度低至–10℃的情况下，偏航半泄压力基本处于3.2～4.3 MPa，随环境温度变化较小，且各卡钳制动压力基本相同，可有效避免个别卡钳异常磨损造成偏航刹车盘严重磨损情况的发生。技改后25 号风机低温偏航半泄压力及偏航位置如图8 所示。

5 进一步优化方案

若冬季极端寒冷地区仍存在压力不均匀的情况，或者为了进一步降低偏航半泄时间，可对液压回路进一步技改为5 回路方案，技改后各卡钳液压压力有效降低且基本相同。偏航系统液压回路5 回路技改后各卡钳压力如图9所示，其中虚线为新增的4根液压管路。

6 结束语

针对北方地区风电场风电机组运行中出现的偏航减速器卡死、偏航刹车盘严重磨损等问题，文章所提的优化方案可有效解决该问题，保障风电机组安全稳定运行，具有较高的实用价值。

参考文献

[1] 杨校生. 风力发电技术与风电场工程[M]. 北京：化学工业出版社，2021.