基于液压变桨原理及故障诊断方法

杨洋

摘要：近年来，世界各国均出台了一系列促进新能源发展的措施。与此同时，科学技术不断进步，风力发电的成本迅速下降，成为新能源大力崛起的重要推动力。桨距的控制方法有液压桨距控制、电动桨距控制和电液桨距控制[。液压变桨具有大功率、大扭矩、动态响应快，以及机组紧急停机后重启迅速等优势，在大功率机型中应用越来越成熟。液压变桨及控制程序比较复杂，液压变桨控制系统一般由国外供应商提供。可见，研究基于液压变桨原理及故障诊断方法是当前需要解决的问题。

关键词：液压变桨;原理;故障诊断方法

1液压变桨系统结构

液压变桨又称电—液伺服变桨系统，变桨系统主要由液压泵站，控制阀块、蓄能器与执行机构组成，其中电动液压泵为工作动力，液压油为传递介质，控制阀块（比例电磁阀）作为控制元件，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。

液压油箱：存储液压传动系统所需足够的液压工作介质;为液压传动系统中的元件提供安装位置;沉淀液压工作介质中的污染物;逸出渗入液压工作介质中的空气;能有效地防止外界污染物的侵入;散发液压传动系统工作过程中产生的热量。

电机泵组：将电能转化为压力能;并把压力油输送到液压系统。

泵站阀组：控制系统最高压力;控制系统供压和泄压。

冷却系统组件：循环冷却液压站中的液压油。

变桨油缸：变桨油缸通常包含油缸和位移传感器;液压系统将压力能供给油缸，驱动油缸伸出和缩回;油缸活塞杆连接叶片端，可以直接驱动叶片进行变桨动作;位移传感器可以直接测量油缸的行程。

2液压变桨系统原理

GW171/6450变桨控制柜由两部分组成，位于机舱的机舱变桨柜，作为变桨电控系统的主站;二是位于轮毂的轮毂变桨柜，作为变桨从站，用来控制液压元器件执行变桨动作，以及向轮毂测控柜供230V电源;黄色线条为ethernet通讯回路，作为外部通讯连接主控;蓝色线条为变桨内部通讯，通过滑环连接机舱与轮毂变桨柜，利用powerlink通讯协议，且行成冗余环网通讯，在一根powerlink线闪断后会自动切换到另外一根;红色线条表示690V/400V、230V电源供给情况，目前690V电源由塔底直接供给机舱变桨柜，后续690V转400V后，电源都是从塔底供给;紫色线条表示通讯线，机舱变桨柜与主控柜间利用DP通讯;绿色线条表示变桨的控制信号线，用来发送命令信号和收集反馈信号。

液压站所有电磁阀得电，叶片锁销油缸缩回，比例阀工作在左位，油缸小腔进油，油缸大腔出油，蓄能器为系统提供变桨动力，充压范围250～260bar，液压变桨油路。

液压站所有电磁阀得电，叶片锁销油缸缩回，比例阀工作在右位，油缸大腔进油，油缸小腔出油，采用差动回路，油缸小腔出油，经由电磁阀316/368后，流向油缸大腔，差动回路，可以节省对蓄能器油液的需求量，减少主泵的启次数，液压变桨油路。

3液压变桨系统主要故障诊断方法

1）故障描述：62号叶片B上位置传感器2的位置跟踪误差超过2°，即变桨角速度跟踪不上主控给定。

2）故障原因：YW_derating导致;油泵出口短路断裂;油泵电机跳闸。

3）排查思路：远程拷贝主控故障文件，查看传感器数据是否跳变，故障文件中是否存在电机断路器跳闸的警告;通过变桨手动模式，使用单泵建压，查看压力变化情况;登机排查更换传感器线缆;检查断路器型号是否技改为MS165-25，整定值是否设置为20A;漏油，可配合油位计排查。

4）风机故障现象描述：2020年12月02日#62机组报出变桨叶片2油缸位置2故障。

5）故障原因分析：通过B文件分析变桨位置数据，发现2号叶片位置传感器反馈的数据与位置给定数据存在偏差。

根据2号叶片位置数据分析，叶片A缸和B缸反馈位置数据一致，说明位置数据未跳变，可以排除位置传感器及线缆和贝加莱模块的问题，因此反馈位置和给定位置出现偏差较大概率是2号叶片液压动力回路出现问题，查看B文件中的变桨系统压力发现故障前变桨系统压力下降严重导致供油压力不够，变桨系统压力变化。海卓变桨系统压力是机舱变桨系统的18.1压力传感器反馈而来，导致压力不足的原因是动力泵出现异常、加载阀25.1、25.2、25.3异常、截止阀28.2位置不到位，海卓变桨机舱液压回路。

4故障处理措施

维护人员到达机组后检查，就地测试液压动力泵后发现2号动力泵声音异常，拆开电机和泵后，发现泵本体漏油，现场人员拆卸泵体，检查电机和泵体连接处发现电机轴有磨损，需要更换新的电机，由于现场作业人员排查此问题到晚上21时，海里又无备件，需要从项目部取备件到海里进行更换，次日项目部出海携带新的油泵电机出海进行更换，更换后现场人员就地测试，2号动力泵声音未发现异常，机组恢复正常运行。

结语

熟练的掌握风电机组的基本运行原理，并能很好的了解各个设备性能，风机SCADA系统灵活应用方便、全面、实时的获得风机的运行数据和状态，从而有效的监控风机的运行情况，为风机的故障诊断提供较为有效的依据和支持。本文通过对风机液压变桨原理的介绍，SCADA系统实时监控及数据分析支撑，及时发现62号风机变桨位置的异常情况的根本故障原因，避免发生风机重大故障。

参考文献

[1]杨红全.风力发电机液压变桨系统的建模与仿真[J].上海电气技术，2020，13（01）：11-17.

[2]陈爽，崔新维，李春兰.风电机组液压变桨系统建模及仿真分析[J].能源研究与管理，2017（01）：50-53.

[3]赵洪山，张健平，王桂兰，連莎莎.基于状态估计的风电机组液压变桨距系统故障检测[J].电力系统自动化，2016，40（22）：100-104+124.

[4]孔屹刚，徐大林，顾浩，王志新，陈建华.大型风力机液压变桨机构建模分析[J].太阳能学报，2010，31（02）：210-215.

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