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风力发电中的液压系统的应用【摘要】近年来，我国的风电规模逐渐扩大，而大部分风力发电机组所处环境十分恶劣，机组经受各种极端工况的考验不断发生各类事故，目前各风力发电企业对于风电机组安全运行的要求也越来越高，而液压系统对风机平稳运行起着至关重要的作用，因此需要保证液压系统的稳定性，保证液压系统的良好运行，有效提高风机的可利用率。
本文对风力发电中的液压系统的应用进行了分析，对液压系统的稳定运行具有重要意义，同时也为液压系统的维护保养与维修提供了理论指导。
【关键词】风力发电；液压系统；液压泵引言液压技术由于可以达到大功率输出、可靠的控制精度、所占空间少等要求，在风电行业中得到广泛的应用。
在变桨距风力发电机组中，液压站的主要任务是执行机组的高速轴刹车和偏航刹车以及锁风轮锁。
1液压系统概述液压系统设计原理由于其优良的性能被广泛应用，这其中有前文提到的偏航控制系统和刹车制动功能，除此以外在风机齿轮箱传动系统也应用到了液压原理。
由于液压系统自身的稳定性、及时性能够有效提升风力发电整体系统的可靠性和智能化，因此国外知名的风力发电研究公司维斯塔斯公司针对变桨设计当中引用了液压控制原理，此种设计能够达到使得高速轴的制动性更加平稳及可靠，使得液压系统的优良特性达到最大程度的利用，有效提升风力发电系统的智能性。
风力发电系统中应当添加相关更为先进的传感设备，达到更好的采集和分析相关风能数据，使得风力发电系统整体运作更为合理科学，提升系统本身对风能的转化率，进而提升其经济价值和战略目的。
2风力发电中的液压系统的应用2.1风电机组的功率控制液压系统定浆距风电机组功率控制液压系统结构在不同环境下的工作流程是不同的，当风电机组所处区域风力较小时，叶轮转速经过齿轮箱增速后低于发电机额定转速时，液压系统会通过控制叶片末端的液压单元来驱动叶片旋转，达到增加叶轮旋转速度目的；当风速过大导致发电机转速超过其额定转速时，液压系统进行泄压，此操作将使得叶片末端发生位置改变，改变成与叶片主体呈直角的状态，使得叶片风阻加大，降低叶轮旋转速度。
金风S48750风力发电机三种刹车方式及相应液压系统动作过程风力机组的刹车系统包括机械刹车（两副高速闸）和空气刹车（叶尖）。
风力机组停机有三种刹车方式：正常刹车、安全刹车和紧急刹车。
下面分别描述三种刹车方式的过程及每一个步骤对应的液压系统动作过程：1、正常刹车流程：叶尖甩开气动刹车—脱网后电机转速到500转一个高速闸抱死刹车—转速为零时另一个高速闸抱死刹车（下次正常刹车时两幅高速闸动作顺序交换，确保两幅刹车片均匀磨损）—刹车完成后收叶尖（1）切除叶尖电磁阀的供电电源；320、350电磁阀失电，叶尖回油，叶尖压力消失。
（2）如果发电机与电网连接，当发电机转速低于同步转速（500rpm）时发电机脱网；当叶轮转速在限定时间内降低到设定转速时，一副高速闸实施制动；当转速为500rpm时电磁阀190.1（或者190.2）失电，高速闸1回油刹车。
（3）如果在设定时间内叶轮转速降到零，第二副高速闸在设定时间后制动；当转速为0rpm时190.2（或者190.1）失电，高速闸2回油刹车。
（4）刹车完成后叶尖收回。
310、320、350得电，液压泵工作，叶尖建压收回。
下一次再执行正常刹车时两副高速闸的动作顺序相反，确保两闸刹车片均匀磨损。
2、安全刹车流程：叶尖甩开气动刹车，同时一个高速闸抱死刹车—转速为零时另一个高速闸抱死刹车（下次正常刹车时两幅高速闸动作顺序交换，确保两幅刹车片均匀磨损）—刹车完成后收叶尖（1）叶尖和一副高速闸同时制动，发电机脱网；320、350、190.1（或者190.2）同时失电，叶尖、高速闸1回油刹车。
（2）叶轮转速为零时，第2部闸抱死；190.2（或者190.1）失电，高速闸2回油刹车。
（3）刹车完成后叶尖收回。
310、320、350得电，液压泵工作，叶尖建压收回。
下一次再执行安全刹车时两副高速闸的动作顺序相反，确保两闸刹车片均匀磨损。
3、紧急刹车流程：叶尖甩开气动刹车，同时两个高速闸抱死刹车，电机同时脱网。
国电联合动力技术有限公司3MW风机液压系统使用说明书Engineering Document Doc No.: PHBJ-IM-10052-A0-0-SH1. 范围本操作说明书适用于国电联合动力技术有限公司3MW风机液压系统使用说明书(以下简称系统); 本操作说明书规定了系统的使用方法，常规保养和常见故障的处理方法。
2. 系统简介本系统主要用于3MW风机的转子刹车，偏航刹车和主轴插销控制。
2.1 系统组成本系统由液压动力站总成和管道组成。
2.2 主要工作参数：2.2.1 主齿轮泵： PGP502A0012CH1H1NE3E2B1B1 (1.2ml/r)最大工作压力： 25 MPa数量： 1台辅应急手动泵: HP10-21A-O-N-B(10.6ml/stroke)2.2.2 电动机电机型号： MS802-4-B14-400/50-IP55输出功率： 0.75 KW转速： 1500 rpm数量： 1台2.2.3 电加热器型号： SK7787-220-170功率： 170W 220VAC 50Hz数量： 1 台2.2.5 供电要求电动机为：三相 AC400V, 50Hz电加热器: 单相 AC220V, 50Hz控制电源和电磁铁电源为： DC24V2.2.6 油箱容积有效容积为12L，最大容积为15L。
2.2.7 液压工作液Mobil SHC 524油液清洁度应保持在NAS 8级（ISO 17/14）,最低不能超过NAS9级( ISO 18/15),油液含水量不超过0.1%。
2.3 外形及安装说明外形, 外接管路及地脚螺钉尺寸见所附外形图3. 工况说明：系统液压回路及相关的技术参数见液压系统原理图和附件样本。
系统由电机泵组(6,7，8)提供动力, 系统压力由溢流阀(13.1)调整至170bar,蓄能器(22,23)提供应急动力源, 压力传感器(19.3)监控主系统压力, 压力传感器(19.2)监控偏航刹车压力, 压力传感器(19.1)监控主轴刹车压力,节流阀(24)平时处于关断状态, 在泵卸荷时才需要开启.3.1 转子制动回路转子制动器系统用来停止转子。
技术推广液压站在风力发电机组中的应用分析欧新新(大唐河南清洁能源有限责任公司，河南郑州450000)摘要:随着煤炭资源的越加匮乏，世界各国都在寻找其他的可替代話，而风能作为一种清洁的可再生能源，逐渐被各国重视起来,近年风力发电在中国得到了高速的发展。
液压技术由于可以达到大功率输出、可靠的控制精度、所占空间少等要求，在风电行业中得到广泛的应用。
在变桨距风力发电机组中，液压站的主要任务是执行机组的高速轴刹车和偏航刹车以及锁风轮锁。
据此，从风电机组液压系统工作原理、日常维护保养2个方面去介绍液压站的应用。
通过对液压系统原理分析和功能介绍，可有效帮助检修人员对液压系统的日常维护，迅速排查故障，从而保障风电机组的安全可靠运行。
关键词:风力发电机组；液压系统；刹车机构应用风力发电机组通常有2套独立的制动系统，一套是气动刹车，主要是靠叶片的收桨,降低受风面积来完成减速,作者简介:欧新新(1994-),男，河南开封人，本科，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。
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EN15系列风机液压系统与风机制动目录1.风机制动系统 (3)1.1概述 (3)1.2初级制动 (3)1.3二级制动 (3)1.4安全链 (4)1.5制动测试 (4)2.风机制动流程 (5)3.液压基础知识 (6)3.1压力传递 (6)3.2位移比 (7)3.3压力比 (8)3.4流量 (9)3.5液压驱动的优缺点 (9)4.液压制动的分类 (10)4.1被动式刹车 (10)4.2主动式刹车 (10)4.3BSAK300制动器 (10)5.EN15风机液压系统介绍 (11)5.1液压站的组成 (13)5.2液压图纸 (15)5.3功能及控制 (16)6.系统维护 (16)6.1维护内容 (16)6.2更换摩擦片 (17)6.3常见故障排除 (18)以下培训课程将介绍EN15风机的初级和二级制动系统。
并主要介绍二级制动系统的结构，用途和功能。
1. 风机制动系统1.1 概述风机的制动系统一般由初级和二级制动两部分组成。
当风速过高时，必须限制风机的能量输入以保护风机组件的安全。
通常有三种初级制动方式来限制能量输入：z失速控制z主动失速控制z变桨控制EN15风机采用变桨控制方式实现初级制动，而二级制动则采用液压刹车。
当风机出现一般的故障停机或手动停机时，风机将只执行变桨制动。
而如果风机遇到严重问题必须迅速停机时，将采用一级和二级制动组合的方式。
1.2 初级制动通过将桨叶转到从迎风位置转到顺桨位置来实现风机制动。
实际上，EN15风机有三个初级制动，每个叶片都可被看成一个单独的刹车。
实践证明空气动力制动是极为安全的，它们可在几圈内停止风轮。
而且，刹车过程比较柔和，不会传导大负载或磨损到塔筒和动力设备。
因此，风机系统的制动过程大部分由空气动力制动完成。
1.3 二级制动二级制动通过液压刹车盘来完成。
刹车盘安装在齿轮箱和发电机联轴器之间的高速输出轴上。
液压制动作为空气动力制动的应急系统，一般设计为失效-安全模式，例如，当系统失电时，它会自动刹住。
在变桨控制系统里，机械刹车很少使用（例如，在执行风机检修时），因为当风轮转到91度时，风轮将很难转动。
EN15风机还设计了一个风轮锁装置，通过一个机械销轴插入轮毂的法兰盘上，可以锁住风轮锁。
在需要进入轮毂执行检修任务时必须启用该装置。
1.4 安全链当以下几种情况出现时，风机会断开安全链：z风轮转速超过设定值（20rpm）z PCH振动开关动作z任何一个急停按钮被按下。
z PLC故障z变桨系统安全链断开此时，两种制动系统均会投入（风机顺桨并刹住刹车盘）。
此时，即使没有刹住刹车盘，保护系统也会使风机处于安全状态，作为冗余保护，风机叶片会通过电池驱动快速变桨至91度。
即使只有两个变桨驱动运行，它们也能以最大的变桨速度使风轮转速降低到安全范围内，风机将一直处在停机状态。
1.5 制动测试为保证风机的安全保护和制动系统始终处于正常有效的状态，在下列情况下，系统将对液压系统储能器、风轮制动、变桨电池、PCH做自检测试：z每次风机断电后，z每次出现198#，199#，200#，210#刹车过程后，z设定时间内检测，z自动模式启动时风轮制动测试：刹车盘以50bar压力刹住，发电机转速应在设定时间内降至10rpm，否则认为自检失败。
变桨电池测试：三个叶片同时通过电池从45 º变桨至89 º。
如果在设定时间内无法完成变桨过程，则认为自检失败。
液压站测试：叶片转到89 º，当发电机转速降到500rpm以下时，液压站储能罐泻压10s，停止液压泵，储能罐打压10s。
在此过程中，如果储能罐压力小于25bar或大于99bar时，则认为储能罐异常。
PCH 自检：执行系统设定的PCH ramp test 和自检程序。
自检未通过时，风机将报警并停机。
2. 风机制动流程EN15风机有以下7种制动流程：制动故障制动过程50# 制动低速变桨至45 º51# 制动低速变桨至89 º100# 制动高速变桨至89 º198# 制动电网故障电池驱动变桨至91º（可自动复位）199# 制动 1. 严重变桨系统故障2. 频繁电网故障电池驱动变桨至91º（须手动复位）200# 制动 1. MSC2. 发电机过速3. 风轮过速4. 变频器故障断开安全链电池驱动变桨至91º（须手动复位）。
延时触发液压制动210# 制动HSC 电池变桨至91º（须手动复位）。
立即触发液压制动3. 液压基础知识‘液压系统’是指借助于受压的液体来产生压力和移动的装置。
一个完整的液压系统由5部分组成：动力元件（电机，油泵，储能罐），执行元件（油缸），控制元件（液压阀），辅助元件（油箱、过滤器、压力表等）和液压油组成。
液压学科作为流体力学的一部分，可分为流体静力学和流体动力学两类。
流体力学(液压)流体静力学流体动力学F=PXS F=MXa图一：液压学科3.1 压力传递帕斯卡定律：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。
图2：密闭液体的压力p = 压强 [Pa], 1 Pa = 1 N/m² 1 bar = 100.000 N/m² F = 压力 [N] A = 表面积 [m²]压强在密闭系统各点处处相同，无关容器的形状。
下图中，作用于A1表面的压强与A2表面相同。
因此，不同表面会承受不同压力。
111A F p =而 222A F p =图3：起重平台的压力传递由于P 1=P 2，故2211A F A F = 通过增大活塞面积，可使较小的压力得到成倍增加。
3.2 位移比下图中，如果需要负载2被升高S2,则受压活塞K1必须推动足够的液体。
图4：提升平台的位移比需要移动的液体体积V 为：s A V ⋅=由于移动的体积相等：2211s A s A V ⋅=⋅=因此，受压活塞(K1)的移动距离必然比工作活塞(K2)的移动距离大： 1212A A s s ⋅= 3.3 压力比液体压强P1在活塞表面A1上施加压力F1，压力通过活塞杆传递到小的活塞面上，在那里压力F2产生压强P2。
K 1K 2图5：压力比由于压力相同（F1=F2），故 2211A p A p ⋅=⋅ 由此可计算出传递的压强。
3.4 流量流量Q 是指单位时间内通过管路的液体体积：t V Q =由于 s A V ⋅= 及 vs t =因此： v A svs A Q ⋅=⋅⋅= Q = 流量 [m³/s] V = 体积 [m³]t = 时间 [s] A = 管路截面积[m²]v= 流速[m/s]这表明，在相同的流量下，液体通过较小截面积的流速会比通过大截面积时快。
3.5 液压驱动的优缺点相比其它能量传递方式（机械、电气、气动等），液压驱动有以下优点：z容易实现直线移动z可在小元件上产生很大的作用力 z平滑的独立载荷移动，可在满载下启动 z控制和调速性能好，反应速度快 z有利于耗散热能但是，也必须说明液压驱动的缺点：z液压油的泄漏可能造成污染及火灾z高压的危险z温度变化会造成粘度改变z实际上，液压油还是有极小的压缩，不易于精确传导4. 液压制动的分类风机的二级制动一般可分为主动式和被动式两类，它们有着不同的刹车控制方法。
一般来说，被动式刹车的最大刹车力受限于弹簧，而主动式刹车能产生更大刹车力。
4.1 被动式刹车压力降低时投入液压制动。
风机启动时，液压站建立压力，刹车释放，刹车片通过刹车夹上的弹簧脱离刹车盘。
刹车夹在风机正常运行时保持打开。
系统工作在失效安全模式，也就是当电网掉电时，液压回路的电磁阀失电，保持刹车打开的回路压力降到0，刹车夹上的弹簧将刹车片压紧在刹车盘上。
4.2 主动式刹车压力建立时投入液压制动。
夹紧力由液压压力产生，作用于活塞和刹车片上压紧刹车盘。
夹紧力的反作用力传递到壳体上。
合成的刹车力通过衬板作用于安装支座上。
刹车压力直接决定刹车效果。
EN15风机选用的是BSAK300型主动式刹车夹。
系统也使用失效安全模式，电网失电时，电磁阀同时断电，刹车夹依靠储能罐以50bar压力保持刹住。
4.3 BSAK300制动器BSAK300单缸制动器是一种液压加载盘式制动器。
它依靠制动器上的摩擦片夹紧制动盘，从而对制动盘产生制动力矩。
制动力矩为11.8kNm（50bar时）。
图6制动机构分为主动钳和被动钳两部分，分别安装一个摩擦片。
油缸和复位弹簧位于主动钳一侧，而滑动轴在被动钳一侧。
液压站建立压力时，压力油进入液压缸，推动主动钳内的活塞向制动盘方向移动，当主动摩擦片接触到制动盘一侧表面时，反作用力使制动组件在滑动轴上反方向移动，从而使被动摩擦片压紧在制动盘的另一侧，从而在制动盘两侧产生夹紧力。
液压油泻压时，装在摩擦片上的复位弹簧把摩擦片和活塞拉回，活塞缩回液压缸内，制动力随之下降，制动盘松开。
制动器上还安装有两个微动开关，它可以检测摩擦片磨损时的行程变化，并有两组触点输出，当摩擦片磨损到一定程度以及摩擦片严重磨损时，分别输出报警。
5. EN15风机液压系统介绍EN15风机选用Svenborg液压站，设计为主动式、失效安全模式制动钳，液压泵连接2个制动钳。
设定回路压力65bar。
图7图85.1 液压站的组成图9EN15风机液压站主要元件有：图纸代号元件名称规格功用1 集成阀块2 油泵3 电机-泵联轴器4 油泵电机690V/0.75kW/1500rpm5 油箱15 过滤器16 溢流阀80bar17 单向阀\测压点19 节流阀1/8-1.2/0.820/21/22 电磁阀常开23 电磁阀常闭20.1 二通阀常开可变节流21.1 可变节流阀22.1 溢流阀50bar 24 压力传感器储能罐压力40 压力开关65bar 控制液压泵启泵42 压力开关20bar 刹车夹开闸控制A1 储能罐P0=35barP1 压力表HP 手动泵70bar 5a 油位计5b 呼吸器5f 放油口5.2 液压图纸图105.3 功能及控制以下为液压站的常用状态及功能：入口出口输出测试状态阀20(0 sudden in) 阀21(0dimmedin)阀23(1 highpressout)阀22(0 lowpres.out)刹车夹压力(Bar)压力开关 42（刹车压力>20bar 时激活）断电000050 42->on 正常运行 1 1110 Off延时制动(延时0.5s) 1_0000延时投入50bar42 ->on制动000050 42->on 自检1 000150 42->on0 0100 储能罐泻压自检3000150 储能罐打压测试泵0 1 1 1 0 储能罐压力65bar.刹车释放11110 Loadshutdown00110 手动打泵00006. 系统维护正确的维护对保证任何时候液压单元都能有效控制制动器十分重要。
