風力發電機組偏航噪聲分析及控制措施

劉占峰

摘要：偏航系統是風力發電機組重要的組成部分，它是一個隨動系統，使機組跟蹤風向的變化，保證機組始終正對風向，獲得最大的風能，提高發電效率。因此，偏航系統的安全、穩定運行，對風力發電機組有著重要的意義。

關鍵詞：偏航系統;故障;解決方案

1風力發電機發電能力評估

風力發電機的等效風能利用小時數是衡量項目發電性能的重要指標，它就是風力發電機年發電量與容量的比值。對于單臺機組，它是單臺風機年發電量與機組容量的比值。所以可以從分析單臺風機的等效風能利用小時數入手。統計單臺機組的發電量，將單臺機組發電量加上限電、故障、檢修等損失電量折算為等效利用小時數，對風電場同型號機組的等效利用小時數進行排序，并將實際風速與等效利用小時數進行對照分析，可以篩選出相同風速條件下等效利用小時數低于平均值的機組。風機功率曲線是風力發電機組發電能力的最直接體現。所以用功率曲線可以有效地分析風機的健康水平和發電能力。由于受到機組尾流、空氣密度、湍流強度等環境因素的影響，風力發電機組在運行過程中的實際運行功率曲線與設計功率曲線可能并不完全匹配，通過綜合判斷單臺風機實際功率曲線與標準功率曲線之間的差異，能有直觀地反映出風機發電能力的優劣。我們可以取單臺風力發電機一年10分鐘風速和有功功率，結合機組實際功率曲線，推算單臺機組的年理論發電量;利用10分鐘平均風速和合同保證的功率曲線，推算單臺機組的實測風速年保證發電量，并繪制分布圖。分析風電機組實際運行功率曲線計算發電量與合同保證功率曲線計算發電量之間的比值為功率曲線符合度。對機組功率曲線符合度進行排序分析，可以篩選出功率曲線符合度異常機組。

2風力發電機組偏航噪聲分析

2.1摩擦對偶件表面粗糙度不合理

表面粗糙度和磨損情況對摩擦噪聲的產生及演變有重要影響，在摩擦過程中，光滑表面極易形成明顯的磨屑堆積和黏著剝落等磨損特征，其黏著撕裂作用更易引起摩擦力高頻波動并產生高強度的尖叫噪聲，所以摩擦片廠家單方面要求提高剎車盤表面粗糙度是不妥的，特別是有的廠家要求表面粗糙度達到Ra0.8，這樣除加工成本大幅提升外，后期實踐證明噪聲會在產品使用的初期立即發生。對此，有的摩擦片廠家提出噴砂處理剎車盤表面，目的是形成接觸表面主要以犁溝為磨損特征，而由犁削效應引起摩擦力波動的能量較弱，抑制了摩擦力高頻成分的產生，并達到降低噪聲強度的效果。

2.2偏航振動超限或噪音過大問題

偏航振動和噪音過大是風力發電機組常見問題，一般會同時發生，從而嚴重影響風機安全穩定運行，因此徹底解決偏航振動以及噪音問題至關重要。針對某種兆瓦級風力發電機組分析原因如下幾種情況：偏航過程中偏航制動器摩擦片與制動盤之間的摩擦異常產生振動及噪音。因偏航系統采用齒輪驅動，為避免驅動齒輪承受震蕩變化的風向引起的交變載荷，保證機組偏航過程中運行穩定，通常設計偏航系統在偏航過程中必須具有一定的阻尼力矩，即整個偏航過程偏航制動器靠一定的壓力夾緊偏航制動盤，有些機組在偏航過程中會出現振動和噪音。

2.3摩擦片表面清潔度差

多數摩擦片是不耐油污的有機復合材料（少數廠家聲稱其摩擦片耐油污，如JHS德爾納），經常發生表面附著油污，進而粘附磨屑，在壓力作用下牢固的粘附在摩擦片上，形成一層固化硬質層（凹凸不平的光亮摩擦面），接觸面積大幅減少，滑動過程中產生刺耳的噪聲。

3風力發電機組偏航噪聲控制措施

3.1捕風能力優化

測風裝置通過自適應控制，持續并自動校準偏航上風向，為每臺風機自動更新傳遞函數。利用風向的自然變化根據發電量來感知最佳偏航位置，適當調整偏航對風偏差設定值，提高對風準確度。根據IEC標準，多數風機的切出風速都設定在了20～25m/s，如果根據風力發電機的運行工況與結構特征，將風機的切出風速適當提高，則可以捕獲更多的風能，明顯提升機組發電量，但是，需要對風電機組進行嚴格的疲勞和極限載荷計算，結合葉片變槳角度的變化來控制機組載荷能力的均衡，保證機組的安全運行。

3.2偏航振動超限或噪音過大問題的處理對策

偏航驅動小齒輪與偏航軸承齒盤之間嚙合異常時產生振動和噪音，原因分析如下。一是由于偏航驅動小齒輪與偏航軸承齒盤之間齒側間隙設計不合理或者安裝超差，偏航驅動小齒輪有一定的偏心量，如果齒側間隙不合理，輕則發生振動和噪音，重則斷齒。整改措施是重新調整齒側間隙;二是驅動小齒輪和偏航軸承齒盤齒面沒有潤滑油脂，由于偏航處承擔較大載荷導致在偏航過程中齒間產生較大摩擦力，加速齒面磨損，也導致偏航振動和噪音。整改措施是按照維護周期和運行狀態進行齒面潤滑或者改造成自動潤滑系統。

3.3硬件優化

葉片是風力發電機組的關鍵組成部分。每個葉片都配置一套獨立的變槳系統，機組運行期間，通過風機變槳驅動裝置，調整葉片角度，實現葉片變槳，安全保護和功率控制。利用空氣動力學原理，對風機葉片的氣動優化設計，可以有效降低風力發電機組的載荷，提升風機發電能力。風機在運行過程中，風并非斷橫切風流“推”動風機葉片，而是吹過葉片表面形成葉片正反面的壓差，從而產生升力令風輪旋轉，這與飛機的機翼有相似之處，我們是否可以在飛機機翼設計上獲得靈感來改善風機葉片的氣動性能呢？

結語

綜上分析所述，偏航噪聲的產生是一個復雜的過程，其產生產的原因也是多種多樣，不僅僅是摩擦片與摩擦盤間摩擦問題，這涉及到偏航系統設計、摩擦片材料、摩擦盤加工水平、整機裝配等等一系列配套措施，需要深入分析，綜合治理，只從某一方面來解決現場噪聲問題無法起到根治作用，必須有針對性的結合現場機組特性及運營環境，參考本文中提到的相關因素，采用適合的措施才能徹底解決噪聲問題，確保風力發電機組安全、穩定、高效的運行。

參考文獻

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