技术交流 | 风电机组液压系统蓄能器失效分析

某风电场项目容量45MW，安装30台东汽FD70B/1500型机风力发电组，该项目于2008年10月份投产，2009年9月通过240小时试运行，2014年10月份出质保。该机组主轴制动器、偏航制动器及风轮锁定机构采用液压系统控制。

（一）事件现象

自2013年10月，风电场#12机组频繁出现液压系统压力低故障，通过机组监控后台发现液压系统的油泵及电机频繁启动，主轴制动器、偏航制动器电机非工作状态下平均每20秒启动一次。

（二）处理过程

1. 检查液压系统泄漏点

检查液压系统油管、油箱等，未发现泄漏点。

2. 排查油泵电机

更换液压系统油泵电机，并启动油泵电机，观察液压系统压力，并与更换前进行对比,发现液压系统压力达到设定值，电机问题排除。

3. 排查滤芯

为了排除滤芯被堵，将滤芯取下，并用堵头堵住，发现液压系统压力值相差无几，滤芯问题排除。

4. 排查蓄能器

将蓄能器更换为新的蓄能器，启动油泵电机，压力达到设定值且保持稳定，锁定蓄能器失效。

（一）液压系统结构与原理

1. 液压系统

风电机组机舱内空间非常有限，各部件结构紧凑。图1为风电机组典型液压系统原理图，由高速轴制动、偏航制动及风轮锁定机构三种功能组成，各功能独立控制、互不影响，由一台液压泵提供动力源。

1.油箱  2.液压泵  3.电机  4、17.溢流阀  5.过滤器  6、9、12、18、28.单向阀 7、13.两位两通电磁换向阀  8、15、16、33.两位两通电磁换向阀  10、29.节流阀 11.主轴制动器 14.偏航制动器 19.两位三通电磁换向阀 20.风轮锁 21.手动泵 22.减压阀 23.压力表 24、26.压力继电器 25、27、30.蓄能器 31.压力传感器 32.测压点 34.液控单向阀 35.空气滤清器 36.液位液温继电器 37.加热器 38.液位计 39.放油阀

图1：液压系统原理图

2. 隔膜式蓄能器

隔膜式蓄能器有两个半球形壳体，两个半球之间夹着一个橡胶薄膜，将液压油和氮气分开，如图2。

图2：隔膜式蓄能器

（二）测试与分析

1. 测试

液压系统中蓄能器没有信号监测点，蓄能器失效主要体现在液压系统补充压力时间过长、充压时无法达到压力设定值，尤其是执行偏航动作时，系统压力由140bar降至20bar,偏航结束，液压泵工作，再将系统压力补充至140bar。对于失效的蓄能器，多次测试偏航，所得补压时系统压力值1分钟内的数据变化如图3所示。

图3

可见，尽管液压泵一直工作，但系统压力上升缓慢，无法满足在设定时间达到设定值的要求。

更换蓄能器再次进行偏航测试，液压系统1分钟内压力值变化见图4。

图4

图4表明，正常的蓄能器压力建立时间缩短，满足液压系统的设定要求。

对多台机组进行试验，对比失效、正常的蓄能器充压时系统压力上升情况，正常蓄能器系统压力达到设定值大约6-7秒，失效的蓄能器系统压力达到设定值在15秒以上。

2. 分析

理想状态方程p1V1=p2V2

设定值：P1=120bar，V1=0.75L;

如将压力补充至150bar,即p2=150bar，根据理想状态方程则蓄能器内部氮气体积被压缩为V2=0.6L。所以液压泵工作时需要注入0.15L的液压油，注油量速度1.68L/min、每秒注油量0.028L，理论上将系统压力补充至150bar时间为5.3秒。

案例中从液压泵开始工作至风电机组因15秒内系统压力没有补充至设定值而报出故障，注油量已达0.42L，同比理论情况下打压到150bar的压力所需油量已经增加了两倍多，可见蓄能器内部氮气压力已经超过设定值。故判断蓄能器已失效。

（三）失效原因

本案中蓄能器接口处有漏气现象，甚至可以明显听到滋滋滋的漏气声，由此可以判断这些蓄能器的橡胶薄膜有破损情况。

蓄能器隔膜破损的影响因素有很多，如隔膜橡胶材质弹性差，不适应蓄能器的频繁动作，疲劳性损伤；隔膜制造工艺不达标，存在壁厚不均匀情况；长时间运行后，橡胶薄膜出现老化现象；液压油在长期运行中可能出现杂质油污，会对橡胶薄膜产生严重影响；液压油温未在控制范围内，造成橡胶隔膜的损坏。由于蓄能器频繁处于补压力和释压力的过程，产生冲击振动；蓄能器内部密封件出现问题导致轻微漏气，伴随使用时间及使用频次情况，其内部压力越来越低，以致蓄能器处于欠压状态，无法起到保压作用，此种状态下运行时间过长，也将导致橡胶隔膜损坏。

根据蓄能器失效可能原因，结合风电机组实际运行工况，制定如下措施：

（一）检查蓄能器充氮压力是否正常。利用蓄能器上的截止阀，以及截止阀前的压力表，或在油路中利用各测压接头外接截止阀和压力表，组成图5所示回路，关闭截止阀，利用手动泵手动打压，同时观察压力表示数，打压初期比较轻松，当感觉压不下手动泵扳手时，压力表读数即近似为充氮压力值，用此方法定期对蓄能器充氮压力进行检测。

图5

（二）适当调整参数，减少蓄能器补充压力和释放压力的工作频率；减少偏航对风动作次数，低于切入风速时，不进行偏航动作。

（三）维护工作中对蓄能器接口及充气口处螺栓进行紧固。

（四）每年对液压站油品进行取样检测，清洁度等指标符合要求；定期更换空气滤清器，高压滤器，回油滤器，保证整个油液清洁度。

（五）监测液压油的温度状态。定期测试液压油加热器工作是否正常，将油温控制在20℃-70℃之间，防止油液高温氧化，。

液压系统在风电机组运行过程中起着重要的作用，通过对蓄能器失效现象的分析，找出蓄能器失效主要原因。目前对液压系统蓄能器的维护比较薄弱，建议加强对蓄能器的维护和保养，保证充氮压力符合设定值，避免隔膜疲劳损坏，延长蓄能器使用寿命。

作者：中国华电香港有限公司 韩利坤

参考文献

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