风力发电机组液压系统原理分析

王海涛

摘要：近年来，社会对电力的需求不断增加，电力项目的数量也在逐渐增加。风力发电等新型再生能源设发电产业的发展前景十分广阔。未来几年我国电力风电设备产业发展应该还会继续长期保持快速健康稳定发展的态势，随着我国风电生产技术的逐渐成熟，其企业经营者的盈利性和管理控制能力也肯定会随之不断稳步提升。在目前我国风电高速健康发展的现阶段，其性价比已经形成了相对于火电和水电的绝对综合竞争力和成本控制优势。风电的主要发展效益如下：发电量每增加一倍，发电成本就降低15%左右。随着中国国内风电场的发展和风电技术的不断创新，风电成本将逐渐下降。本文简要介绍了风力发电机组的液压控制系统工作原理。

关键词：风力发电机组;液压系统;偏航系统;刹车系统

随着当前我国现代风电技术的不断发展和进步，低风速利用风电的资源逐渐可以得到有效开发综合利用，对一台风电发电机组塔筒的使用高度和结构要求越来越高。一个塔架需要将发电机舱和外部风轮上的支撑设置到所必需高度上并作为一台风力发电机的主要传动支撑，使一台风力发电机能够更充分地利用吸收外部风能。在风力发电机的整个周期中，塔架要承受由风力发电机、机舱及其自身重力以及各种风况引起的复杂动态载荷。塔架的过度倾斜或异常振动会降低机组的输出并可能导致极端负载，严重时甚至可能发生机组塔架整体倒塌等重大安全事故，造成人身生命伤害或其他经济损失。

一、风电机组运行状态在线监测

从理论上讲，如果风力发电机的某个特定部件在其使用寿命到期之前进行大修或更换，则可以有效降低发电机的故障率。然而，如何确定许多组件的寿命是很困难的。近年来，国内外开始考虑利用远程在线监测实时监测风力发电机组的运行状态。远程在线监测将传感器附加到风力发电机、主轴承、机舱和齿轮箱等部件上，收集产生的信号，并在计算机上进行分析，以确定风力发电机的实际状况，有效保证机组稳定运行。在传感器调试过程中，为了更好地反映风电机组的状况，需要选择合适的地点采集有效的、较具代表性的风电信号。而在收集到这些信号后，必须通过移动计算机对信号数据进行分析处理，建立有效的模式识别信号数据库，并通过对信号数据的对比和分析处理来准确判断各个风电相关机组的日常运行管理情况。通过远程监控、在线监测对数据采集后得到的信号数据需要进行对比分析和诊断，预测风电损坏件，提前准备风电相关的设备件和维护专用工具，在无风的季节需要提前进行更换，可以防止隐患增加。这充分提高了风电机组的功能完整性和资源利用率，提高了风电机组日常维护管理工作的技术质量，节省了各种维护成本，减少了功率损耗，提高了整体效率。但是，远程在线监测必须基于准确的分析和诊断。新技术仍在开发和完善中，数据采集分析和故障診断等新方法还不够成熟。由于技术投资少和成本高，且目前并非所有远程风电机组维护系统都可以使用，远程风电在线故障监测系统只能将其作为现代风电机组系统维护管理策略的一个补充。

二、风力发电机组液压系统工作原理分析

2.1液压系统简介

在风力发电机中，液压制动系统的主要工作功能就是同时执行风力发电机的高速偏航液压制动和高速轴制动。该液压系统主要由液压电源、滤油器、控制油门阀组、蓄能器、压力制动继电器等部分组成。特别注意在进行修理风力液压制动系统（断开连接处或断开控制阀门）之前，应首先释放一下包括风力蓄能器在内的整个风力液压制动系统的全部压力，并及时清理泄漏的液压油。

2.2液压系统的工作原理

（1）启动前状态

高速轴上的制动阀关闭，高速轴上的制动器由弹簧力释放。相应的偏航制动器和卸荷阀自动关闭，偏航制动器完全停止。当油泵压力通过传感器检测所得到的油泵压力等于170bar时，油泵停止。

（2）正常运行状态

当风向发生变化时，风力发电机会自动转向风向。此时，偏航制动阀开启，偏航卸荷阀完全失去了制动力，通过带动背压阀将压力自动降低至5bar，提高风力发电机偏航时的运行稳定性。当风机自动倒转或手动偏航

时，偏航风力制动和卸荷阀同时自动开启，夹钳上的压力值下降至0bar，夹钳完全自动释放。

（3）停机过程时状态

在停止制动过程中，变桨系统使用了螺旋桨顺桨以便于执行气动刹车，在高速轴制动之前将制动器激活到一定程度。

（4）高速轴刹车工况

按下紧急制动按钮立即打开机械液压制动阀，高速轴液压制动器在一定液压力下进行制动，压力指示表上的高速压力显示值为100bar。如果需要手动保持风扇和制动器，可以手动拧紧手工制动机构并同时使用一个手动泵来抑制高速轴的制动，液压溢流阀可以确保高速轴制动夹钳上的压力小于110bar。

（5）系统保护

主溢流阀指的是整个系统的安全阀，可以确保系统压力不超过200bar。由于其功能重要性，一般不允许调整液压主溢流阀的内部压力溢流设置。

2.3基于大数据分析的故障诊断及维护策略

风力发电机机组是一个复杂的集成系统，风力发电机的机组故障在早期不可避免地可能会不时出现一些异常迹象。因此要准确找到机组故障原因分布基本规律，需要对分布规律进行分析研究。对于复杂系统和故障，可以分别通过逐步分析拆解的方法进行数据分析和统计研究，找出故障原因，进一步描绘故障的发生和发展过程，科学地对系统故障做出诊断和维护策略。为改进机组提供重要基础。目前国内普遍采用故障树分析方法和故障模式及后果分析法作为风机故障模式分析的基础，运用这些方法，分析出多个故障子系统的故障模式、机组故障类别及影响分析等，对故障因素进一步分析，同时制定对策。基于这一结论，机组的维修策略得到优化和不断改进。并将维护后的可用性、平均故障间隔时间和维护后风力发电机的平均故障间隔时间与以前的数据进行详细比较，并比较故障频率以评估维护的有效性。

结束语

基于其目前的运行性能，它在可用性、发电量、功率消耗曲线等各个方面都已经表现了突出的性能，系统的运行稳定性和可靠性也在实际使用中可以得到充分确认。由于液压站进气阀门的自动开启关闭时间可以根据实际风速情况可以有所选择地进行调节，以控制整个风速制动系统和风速偏航系统的余压值。这样就让我们完全可以有效地建立控制整个发电机组的风速制动偏航系统，防止"倾倒"等严重事故点的发生，大大提高了风力发电机正常运行的制动安全性和运行稳定性。

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