浅谈风电机组偏航制动器故障原因及案例分析

浅谈风电机组偏航制动器故障原因及案例分析摘要：由于风电机组是批量生产，且大都安装在人迹罕至的偏远地区和条件艰苦的海上，后期完善或整改较为困难。又加之现场人员技术和经验等方面不足，早期风电场的设备性能等指标已开始下滑，机组在运行过程中各类问题也随之出现，发电能力明显不足，经济性问题凸显，如风电机组偏航制动器故障就比较普遍，给风电机组造成了较大隐患。本文针对风电机组实际运行情况，对偏航制动器故障进行了详细的分析并结合案例提出了相关建议，在一定程度上预防了偏航制动器故障的发生，同时阐述了偏航制动器二级部件更换方法，提高了风电场的经济效益。关键词：风电机组；偏航制动器；密封；摩擦片1风电机组偏航制动器故障原因分析1.1风电机组偏航制动器的作用及构成风电机组采用齿轮驱动的偏航系统时，为避免振荡的风向变化，引起偏航轮齿产生交变载荷，采用偏航制动器来吸收微小自由偏转振荡，防止偏航齿轮的交变应力引起轮齿过早损伤。偏航制动器通过卡钳给制动盘一个制动力矩，以达到阻止或减缓制动盘转动的目的。偏航制动器制动力由液压力提供，驱动活塞和摩擦片，压紧制动盘。制动力的反作用力传递到制动盘，制动器的操作由与液压系统压力的连接或断开控制；当与液压系统压力断开时，制动力消失。随之，制动盘的轴向窜动会把摩擦片推开，使得制动盘能自由活动。偏航制动器供油液压站给偏航制动器提供一个压力油口、一个泄油接口和一个回油口，当风电机组需要偏航时，通过回油口的溢流阀控制偏航压力，以达到偏航需要的制动力，当风轮对准风向时，有压力油口提供停车压力，锁死偏航风轮。偏航制动器主要构成：缸体、摩擦片、活塞、密封组件等构成.1.2偏航制动器故障原因分析1.2.1摩擦片磨损太大1)偏航刹车盘表面凹凸不平、存在尖利毛刺，偏航时由于表面不平整，与摩擦片摩擦力增大，导致磨损加剧。2）制动器内部活塞头存在卡涩，活塞头无法正常收缩，偏航时油压存在局部变化情况，导致压力增大。3）摩擦片产品质量不合格，无法满足偏航时摩擦制动力矩的需求。4）摩擦片安装工艺不能满足要求。5)液压站所设置的偏航制动压力过大，导致磨擦力增大。1.2.2制动器漏油1)制动器装配时操作不规范。接头处的漏油多。由于油管装配过程中操作不规范造成，如油管切头、接头制作不合适，随着机组运行过程中的振动出现接头松动后漏油。2）制动器相对液压站处于低位，积存较多杂质，从拆解的油缸内部看普遍都比较脏。目前本风电场所用液压系统只在液压站内安装一个过滤芯，只能过滤较粗杂质，无法过滤细小颗粒杂质，现场实际也无法外接离线滤油装置，无法对液压油进行定期滤油。3）偏航制动器内部密封圈或活塞损坏，造成偏航制动器漏油，故报出液压系统压力低导致机组停机。4）液压油未定期更换或换油工艺不符合要求。主要是新购油品质量把关，未定期更换液压油，换油时工艺不符合要求，未严格落实先彻底排空旧油，再用新油清洗系统，最后才注入新油的方法。1.2.3偏航时噪音过大1）偏航卡钳侧面钳口脏污，卡钳侧面钳口有粉尘、颗粒、油污等杂物。摩擦片与刹车盘间有杂质。2）偏航卡钳壳体与刹车盘间有接触干涉；摩擦制动片耗尽，发生底板与刹车盘接触摩擦；机架或集油盘螺栓存在松动情况等情况产生摩擦噪声。3）偏航动作时第一个卡钳和最后一个卡钳的压力存在卡钳间的压力差过大，超过正常情况下的10bar。4）偏航时压力过大，制动盘表面粗糙，制动摩擦片耗尽。5）偏航减速箱、驱动电机运行不正常、电子刹车不能正常打开、偏航速度不符合定值要求。1.2.4偏航制动力不足1）液压管路里有空气、制动器里有空气或液压油粘度高。2）液压系统的节流阀调节的流量可能太小或阀门处于错误位置;有颗粒渣子堵塞节流阀导致流量减小。3）安装有多个制动器，有个别制动器没有连接到液压油管或活塞密封漏油。4）制动盘或摩擦片上有油污、油脂、油漆导致负载太重。5）液压站偏航电磁铁动作不正常，即不能在偏航时打开泄压,各压力监测点存在不正常情况。3案例分析3.1故障详细经过2016年03月23日，某风电场检修人员登机巡视时发现：偏航平台布满大量黑色粉末，检查偏航刹车钳发现，偏航刹车钳刹车片磨损指示杆露出较短，同时偏航刹车制动盘被磨损，上下表面皆粗糙沟壑状，初步判定为刹车片摩擦材料磨损严重所致。3.2故障原因分析经查23#风电机组于2015年5月份安装，风场检修人员每月开展风电机组巡视工作，直至我方人员2016年03月23日定期巡检时发现刹车片摩擦材料磨损殆尽，根据故障详细经过，最终原因分析为：1)之前所使用刹车片摩擦材料产品强度无法满足偏航时摩擦制动力矩的需求。2)液压站所设置的偏航制动压力偏大，摩擦力增大，故增加了刹车片的磨损。4故障解决4.1更换、安装制动器4.1.1清洁制动盘在制动器安装前，必须使用专用的清洁去污剂清洁制动盘，任何残留的油污和防腐油脂都会显著降低摩擦系数。如下图14所示4.1.2清洁安装面两个半钳制动器之间的安装面以及制动器和底座之间的安装面，都必须清洁。清洁要求和制动盘的清洁要求相同。4.1.3摩擦片储存有机材料摩擦片在运输时已用塑料袋单独密封包装。保护好摩擦片以免碰到油，否则会大大降低摩擦系数。一旦油污污染了摩擦片的摩擦面，就必须报废。因此除非安装需要，否则不要轻易把摩擦片从塑料袋中取出。粉末冶金摩擦片对于油脂不敏感，如果被油污污染，可使用清洁溶剂清洗后再使用。4.1.4安装制动器参见制动器现场调换作业来安装制动器及摩擦片。用手把活塞压入至最低位，再嵌入摩擦片。在装配前需较核安装尺寸，确保安装后两摩擦片和制动盘的两个表面之间都有合适的间隙。两个半钳制动器包括摩擦片的重量大约为160公斤。4.2密封圈、防尘圈、“O”型圈的更换操作时确保制动器油路中没有油压，拆除摩擦片后，手工取出4活塞，小心处置4活塞，4活塞表面不得磕碰。如图164.2.1取下3防尘圈和2同轴密封圈；用螺丝刀把2同轴密封圈和3防尘圈从密封沟槽内挑出，注意不能破坏密封沟槽边缘；4.2.2在安装新的防尘圈与同轴密封圈之前需去除活塞缸内所有污物及灰尘，残留的污物和灰尘都会影响密封效果及会污染液压油；4.2.3检查并清理新的防尘圈和同轴密封圈，按正确的顺序进行装配；4.2.4安装新的3防尘圈和2同轴密封圈时，防尘唇口向外，为了便于安装，可以把防尘圈和同轴密封圈压成腰字形。如图15

图三图15密封圈安装时形状注：装配时必须徒手安装，注意沟槽边缘刮伤手指。4.2.5用清洁的液压油润滑新装入的防尘圈和同轴密封圈；4.2.6把4活塞放入液压缸内，使用橡皮锤轻轻敲入4活塞，需把4活塞完全敲入缸体；4.2.7此密封更换完成。4.2.8安装摩擦片后，安装6弹簧和7螺钉。图165结论与建议5.1程序报警首先测量检查摩擦材料厚度，通常为最薄摩擦材料厚度，然后根据偏航策略，累积偏航角度，按照磨损寿命估算表计算所剩厚度摩擦材料所能达到的最低偏航行程，即理论能使用的圈数或等同行程。最后设定监控程序，当达到预定圈数或等同行程后报警，更换摩擦片。5.2偏航卡钳在两个侧面留专门的磨损状态观察口用于目测摩擦片的磨损状态，工作人员通过窗口看到偏航卡钳在两个侧面留有专门的磨损状态观察口，摩擦材料（摩擦片与刹车盘接触面）任一点的厚度≤2mm时，须即刻更换上下两侧的摩擦片。5.3通过增加磨损指示杆观测磨损状态，安装孔位于制动器背部靠近液压连接处，磨损指示杆安装于此孔内，弹簧调节部分会确保指示杆杆体会一直与摩擦片接触（上下两个钳体各安装一个磨损指示杆）。通过在磨损指示杆圆柱表面喷涂不同颜色，实现摩擦片磨损程度的的方便可视。5.4现场液压站有3个压力检查口(分别为主系统压力检测口、高速轴压力检测口以及偏航背压检测口)，目前只装了两个压力检测表(安装在主系统压力检测口、偏航压检测口)。建议将液压站全部压力信号接入风电机组主控制程序并引入保护系统，实时监控液压站的压力值信号。特别是在风电机组偏航过程中的压力值信号，一旦出现压力过高的情况，信号反馈到主控制程序，则风电机组自动进入故障停机模式，避免故障扩大化。

6结束语本文依据风电机组的实际运行情况，分析了风电机组偏航制动器故障原因的主要原因，并根据风场情况分析现场实际案例，提出了相应的合理化建议，从而降低了风电机组偏航制动器故障率，减少了风电机组运行隐患，对机组安全、稳定运行有重要意义。参考文献:[1]．顾天凌，陈伟球，何凯华．