偏航系统浅谈.docx

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偏航系统浅谈

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摘要

风作为自然的产物，风能具有能量密度低、随机性和不稳定性等特点。

因此，控制技术是机组安全高效运行的关键，偏航控制系统成为水平轴风力发电机组的重要组成部分。

本文简述了风机偏航系统，其中包括偏航系统的功能、组成和工作原理等。

其次还介绍了偏航系统常见故障点的分析。

关键词：

偏航系统组成工作原理常见故障点

偏航系统浅谈

一、引言

随着不可再生资源的消耗，可再生利用的新能源在全球得到广泛关注。

风能以其巨大的储量、广泛的分布、便捷地采集得到发达国家和部分发展中国家的青睐。

偏航系统在作为风电控制系统的重要组成部分，主要应用于水平轴的风力发电机组。

其作用在于当风向变化时，能够快速平稳地对准风向，以便获得最大的风能。

二、偏航系统的功能

风力发电机组的偏航系统也可以成为对风系统，由于风向经常改变，如果叶轮扫风面和风向不垂直，不但功率输出减少，而且载荷情况也更加恶劣。

偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫风掠面与风向保持垂直。

偏航系统的功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫风掠面与风向保持垂直。

机舱在反复调整方向的过程中，有可能发生沿着同一方向累计转了很多圈，造成机舱与塔底之间的电缆扭绞，因此偏航系统具备解缆功能。

而且保证机组在小风状态下自行解缆，避免了在高风速段偏航解缆造成的发电量损失。

并且减少风机在偏航过程中的冲击载荷。

下图为扭缆过度的电缆：

三、偏航系统的组成

风向标：

机械式风向标由尾翼、指向杆、平衡锤、和旋转主轴4部分组成的首尾不对称的平衡装置；其重心在支撑轴的轴心上，整个风向标可以绕垂直轴自由摆动，在风的动压力作用下取得指向风来的一个平衡位置，即风向。

偏航电机:

一般型式:

三相，星形接线,690V50Hz，带电磁刹车（失电保护工作原理。

给电磁刹车通电时刹车励磁线圈得电，电磁力克服弹簧力拉开刹车，电机可自由旋转，电机失电刹车通过弹簧力抱紧传动轴刹车），采用安全失效保护。

偏航减速器：

多级减速器，减速器传动比一般在1:

1000左右，将电机输出转速降低后传递给偏航小齿轮。

偏航小齿轮:

与固联在塔架顶端的大齿轮的啮合，驱使机舱转动。

凸轮计数器:

通过码盘将机舱偏移角传递给凸轮开关，当偏航角度大于±800°时，凸轮撞上常闭触点触发安全链，起到扭缆保护作用。

偏航旋转方向感应器：

检测机舱的偏航旋转方向。

偏航轴承:

采用四点接触轴承，使用阻尼让风机平稳偏航，增加抗冲击负载。

偏航刹车:

偏航刹车有多个液压刹车卡钳，作用在塔架顶的刹车盘上，在正常风机运行时刹车卡钳处在最大压力下，防止机舱的转动。

在偏航调整时，刹车卡钳上的压力降低，偏航电机动作，刹车盘上残余的压力产生一个统一的转矩可抵消交替的外部偏航转矩，以防止驱动装置反转。

四、偏航系统工作原理

（一）测量

风机对风的测量由风向标完成，风向一般为为每10分钟的平均风向。

（二）偏航识别

当风向的信号被采集后，数据传输到PLC，PLC根据当前风向偏差按照最短路径将机舱转过相应角度。

（三）偏航执行过程

主控发出命令，液压、电气刹车打开后，继电器驱使接触器吸合，偏航电机启动，电机转速通过同轴联接的减速器减速后，将偏航力矩作用在回转体大齿圈上，带动机舱偏航对风，当对风完成后，偏航电机停止动作，液压制动器抱死刹车盘，偏航完成。

五、偏航系统的维护

（一）偏航减速器的运行检查：

在初次运转前，检查通气塞孔是否畅通，运转过程中应确保通气塞孔没有没有被脏物和油漆堵塞。

如果通气孔被堵塞，运转时减速器内部会产生压力，而且有可能破坏密封环。

在运转过程中，注意检查减速器运转是否平稳并且没有产生过度的噪音。

检查是否有油渗漏现象。

如有异常情况，立即与制造商/供应商进行联系。

（二）润滑油加注

定期维护时检查油位，应保证油位不低于下限；加油时，卸下通气帽，加油使油位超过油位记下限但不超过上限。

（三）偏航小齿轮与外齿圈的啮合间隙

为保证偏航小齿轮与外齿圈的啮合良好，其啮合间隙t应为0.4≤t≤0.8mm。

这个间隙在组装时已经调整好，在试运转或更换偏航零部件后，应对偏航齿轮啮合间隙进行检查，如果不合适，可通过偏心盘进行调整。

偏航小齿轮与外齿圈的啮合间隙一般用塞尺或压铅法检测。

1．偏航轴承：

（1）偏航轴承齿面润滑:

定期对偏航轴承齿面进行润滑，齿面应均匀地覆盖一层润滑脂。

偏航轴承滚道润滑:

（2）手动偏航

使滚道上的加油嘴露出底板;用手动黄油枪加注润滑脂，直到有旧油脂被挤出;

2．偏航刹车：

（1）偏航刹车盘：

风机在运行过程中，有可能使油脂滴落到刹车盘上。

油脂的存在会使刹车片失去功效，同时由于刹车盘上有油脂的存在,在偏航过程当中会形成噪音。

对风机有很大的影响，所以要和时将其擦拭干净。

3．紧固螺栓：

根据检修计划，紧固偏航系统螺栓：

六、偏航系统常见故障点分析

（一）机械方面原因：

1．检查偏航电机

检查是否由轴承或端盖的损坏引起电机卡死。

2．检查偏航齿轮箱

在偏航齿轮箱运行时听声音，若损坏则阻力声音非常大,或拆下偏航减速器打开检查是否有内部齿轮损坏；检查偏航减速器油窗，如发现变黑，有铁屑，则需要修理或更换。

3．检查偏航驱动小齿轮

可采用压铅法测量偏航齿轮箱的齿侧间隙：

将铅丝用油脂粘附于齿侧（非啮合面），齿轮啮合后取下并测量铅丝的厚度（正常应为0.70mm），其次再检查小齿轮是否有松动或者断齿现象。

4．检查偏航轴承

查看轴承是否有物理损伤或者润滑缺失现象，造成轴承故障的原因有以下几点：

①表面由于电流（主要是内圈与外圈的电流差）、化学（水、润滑脂、防腐漆等）和机械作用（微振等）产生损伤，丧失精度而不能继续工作；②冲击载荷作用，在偏航轴承工作运转中，风速大小和风的方向很不稳定，并且变化的幅度很大，偏航轴承随时要受到冲击载荷的作用，使局部受载超过材料的屈服极限而产生压痕；③润滑不足。

润滑不到位是轴承失效的一个重要原因，润滑油就相当于旋转部件的血液，血液不足或不良都会造成旋转部件的病变。

轴承滚珠内润滑不到位致使轴承滚珠与保持架与轴承滚道间干磨，摩擦力增加最终导致轴承失效。

④滚道表面金属剥落。

轴承滚动体和内、外圈滚道面上均承受周期性脉动载荷的作用，从而产生周期变化的接触应力。

当应力循环次数达到一定数值后，在滚动体或内、外圈滚道工作面上就产生疲劳剥落。

如果轴承的负荷过大，会使这种疲劳加剧。

另外，轴承安装不正、轴弯曲，也会产生滚道剥落现象。

主要表现为轴承安装或轴承上螺栓维护时，未按工艺要求对角紧固，轴承受力不均造成金属剥落。

5．检查刹车器安装对中性

按要求刹车器的对中偏心不得超过1MM，否则会造成偏航时扭矩过大，所以如果有误差，则适当增减调整垫片，保证对中性。

（二）电控方面原因

1.检查偏航主回路中各个空开是否在跳闸状态或损坏；检查偏航电机绝缘，用兆欧表来测量电机相间或相对地间的绝缘电阻，小于0.5兆欧为正常；用万用表检查电机线圈的通断；用单臂电桥测量三相线圈的直流电阻是否平衡；检查偏航电机接线是否错位。

2.检查电磁刹车是否损坏或者接线松动。

3.检查24V继电器是否有损坏或接线松动，

4.检查偏航保护反馈回路：

各个反馈辅助触点是否完好,正常开关闭合的情况下，辅助触点为常闭状态，如果开关为闭合但是辅助触点没有24V电，则为辅助触点损坏。

（三）液压方面原因

偏航过程中，如果偏航余压过高使风机在偏航时受到较大的磨擦力,当电流超过热继的整定值时热继电器动作，报出故障。

一般偏航余压应为15±1bar范围内。

七、结束语

风力发电机组工作环境比较恶劣，因此在维护上不是很方便，切维护成本较高。

由于风速、风向的不稳定性就使得风力发电机不能工作在平稳状态。

为了最大效率的发挥风力发电机的性能，必须使风力发电机时时对准风向，这就要求风力发电机的偏航系统根据风向与风机位置不同而调向。

本文通过简单介绍风力发电机偏航系统的基本结构、工作原理、偏航控制过程和常见故障点解析，让大家对风力发电机的偏航系统有一个系统的了解。

参考文献

《故障处理手册》

《操作者手册最终版》

《FD77A型风力发电机组产品说明书》