風(fēng)電機(jī)組液壓系統(tǒng)蓄能器失效分析

摘要：液壓系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組安全運行中具有重要作用，蓄能器是液壓系統(tǒng)的重要部件，在液壓系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行中發(fā)揮關(guān)鍵作用。本文通過對液壓系統(tǒng)的蓄能器失效原因進(jìn)行分析，旨在通過對機(jī)組定期維護(hù)、運行控制與實際工況結(jié)合，減少失效，延長器件壽命提供解決方案。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；蓄能器；失效一、引言某風(fēng)電場項目容量45MW，安裝30臺東汽FD70B/1500型機(jī)風(fēng)力發(fā)電組，該項目于2008年10月份投產(chǎn)，2009年9月通過240小時試運行，2014年10月份出質(zhì)保。該機(jī)組主軸制動器、偏航制動器及風(fēng)輪鎖定機(jī)構(gòu)采用液壓系統(tǒng)控制。二、事件經(jīng)過（一）事件現(xiàn)象自2013年10月，風(fēng)電場#12機(jī)組頻繁出現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力低故障，通過機(jī)組監(jiān)控后臺發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的油泵及電機(jī)頻繁啟動，主軸制動器、偏航制動器電機(jī)非工作狀態(tài)下平均每20秒啟動一次。（二）處理過程1.檢查液壓系統(tǒng)泄漏點檢查液壓系統(tǒng)油管、油箱等，未發(fā)現(xiàn)泄漏點。2.排查油泵電機(jī)更換液壓系統(tǒng)油泵電機(jī)，并啟動油泵電機(jī)，觀察液壓系統(tǒng)壓力，并與更換前進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值，電機(jī)問題排除。3.排查濾芯為了排除濾芯被堵，將濾芯取下，并用堵頭堵住，發(fā)現(xiàn)液壓系統(tǒng)壓力值相差無幾，濾芯問題排除。4.排查蓄能器將蓄能器更換為新的蓄能器，啟動油泵電機(jī)，壓力達(dá)到設(shè)定值且保持穩(wěn)定，鎖定蓄能器失效。三、原因分析（一）液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與原理1.液壓系統(tǒng)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)空間非常有限，各部件結(jié)構(gòu)緊湊。圖1為風(fēng)電機(jī)組典型液壓系統(tǒng)原理圖，由高速軸制動、偏航制動及風(fēng)輪鎖定機(jī)構(gòu)三種功能組成，各功能獨立控制、互不影響，由一臺液壓泵提供動力源。1.油箱

2.液壓泵

3.電機(jī)

4、17.溢流閥

5.過濾器

6、9、12、18、28.單向閥

7、13.兩位兩通電磁換向閥

8、15、16、33.兩位兩通電磁換向閥

10、29.節(jié)流閥

11.主軸制動器

14.偏航制動器

19.兩位三通電磁換向閥

20.風(fēng)輪鎖

21.手動泵

22.減壓閥

23.壓力表

24、26.壓力繼電器

25、27、30.蓄能器

31.壓力傳感器

32.測壓點

34.液控單向閥

35.空氣濾清器

36.液位液溫繼電器

37.加熱器

38.液位計

39.放油閥圖1：液壓系統(tǒng)原理圖2.隔膜式蓄能器隔膜式蓄能器有兩個半球形殼體，兩個半球之間夾著一個橡膠薄膜，將液壓油和氮氣分開，如圖2。圖2：隔膜式蓄能器（二）測試與分析1.測試液壓系統(tǒng)中蓄能器沒有信號監(jiān)測點，蓄能器失效主要體現(xiàn)在液壓系統(tǒng)補充壓力時間過長、充壓時無法達(dá)到壓力設(shè)定值，尤其是執(zhí)行偏航動作時，系統(tǒng)壓力由140bar降至20bar,偏航結(jié)束，液壓泵工作，再將系統(tǒng)壓力補充至140bar。對于失效的蓄能器，多次測試偏航，所得補壓時系統(tǒng)壓力值1分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)變化如圖3所示。圖3可見，盡管液壓泵一直工作，但系統(tǒng)壓力上升緩慢，無法滿足在設(shè)定時間達(dá)到設(shè)定值的要求。更換蓄能器再次進(jìn)行偏航測試，液壓系統(tǒng)1分鐘內(nèi)壓力值變化見圖4。圖4圖4表明，正常的蓄能器壓力建立時間縮短，滿足液壓系統(tǒng)的設(shè)定要求。對多臺機(jī)組進(jìn)行試驗，對比失效、正常的蓄能器充壓時系統(tǒng)壓力上升情況，正常蓄能器系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值大約6-7秒，失效的蓄能器系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值在15秒以上。2.分析理想狀態(tài)方程p1V1=p2V2設(shè)定值：P1=120bar，V1=0.75L;如將壓力補充至150bar,即p2=150bar，根據(jù)理想狀態(tài)方程則蓄能器內(nèi)部氮氣體積被壓縮為V2=0.6L。所以液壓泵工作時需要注入0.15L的液壓油，注油量速度1.68L/min、每秒注油量0.028L，理論上將系統(tǒng)壓力補充至150bar時間為5.3秒。案例中從液壓泵開始工作至風(fēng)電機(jī)組因15秒內(nèi)系統(tǒng)壓力沒有補充至設(shè)定值而報出故障，注油量已達(dá)0.42L，同比理論情況下打壓到150bar的壓力所需油量已經(jīng)增加了兩倍多，可見蓄能器內(nèi)部氮氣壓力已經(jīng)超過設(shè)定值。故判斷蓄能器已失效。（三）失效原因本案中蓄能器接口處有漏氣現(xiàn)象，甚至可以明顯聽到滋滋滋的漏氣聲，由此可以判斷這些蓄能器的橡膠薄膜有破損情況。蓄能器隔膜破損的影響因素有很多，如隔膜橡膠材質(zhì)彈性差，不適應(yīng)蓄能器的頻繁動作，疲勞性損傷；隔膜制造工藝不達(dá)標(biāo)，存在壁厚不均勻情況；長時間運行后，橡膠薄膜出現(xiàn)老化現(xiàn)象；液壓油在長期運行中可能出現(xiàn)雜質(zhì)油污，會對橡膠薄膜產(chǎn)生嚴(yán)重影響；液壓油溫未在控制范圍內(nèi)，造成橡膠隔膜的損壞。由于蓄能器頻繁處于補壓力和釋壓力的過程，產(chǎn)生沖擊振動；蓄能器內(nèi)部密封件出現(xiàn)問題導(dǎo)致輕微漏氣，伴隨使用時間及使用頻次情況，其內(nèi)部壓力越來越低，以致蓄能器處于欠壓狀態(tài)，無法起到保壓作用，此種狀態(tài)下運行時間過長，也將導(dǎo)致橡膠隔膜損壞。四、措施及效果根據(jù)蓄能器失效可能原因，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組實際運行工況，制定如下措施：（一）檢查蓄能器充氮壓力是否正常。利用蓄能器上的截止閥，以及截止閥前的壓力表，或在油路中利用各測壓接頭外接截止閥和壓力表，組成圖5所示回路，關(guān)閉截止閥，利用手動泵手動打壓，同時觀察壓力表示數(shù)，打壓初期比較輕松，當(dāng)感覺壓不下手動泵扳手時，壓力表讀數(shù)即近似為充氮壓力值，用此方法定期對蓄能器充氮壓力進(jìn)行檢測。圖5（二）適當(dāng)調(diào)整參數(shù)，減少蓄能器補充壓力和釋放壓力的工作頻率；減少偏航對風(fēng)動作次數(shù)，低于切入風(fēng)速時，不進(jìn)行偏航動作。（三）維護(hù)工作中對蓄能器接口及充氣口處螺栓進(jìn)行緊固。（四）每年對液壓站油品進(jìn)行取樣檢測，清潔度等指標(biāo)符合要求；定期更換空氣濾清器，高壓濾器，回油濾器，保證整個油液清潔度。（五）監(jiān)測液壓油的溫度狀態(tài)。定期測試液壓油加熱器工作是否正常，將油溫控制在20℃-70℃之間，防止油