基于FTA的風力發電機組偏航系統故障分析

席瑞萍

（太原重工新能源裝備有限公司，山西 太原 030032）

引言

風力發電技術經過多年的發展，已逐漸成熟，目前已成為國內外主要的可再生能源發電形式[1]。風力發電機組由多個系統組成，其中對于機組構成起重要作用的機構為偏航系統機構，該機構的運行穩定性對整個風力發電機組的正常運轉起著關鍵性的影響[2]。就市場上運行的風機偏航系統結構形式設計而言，可劃分為多種結構形式，如在傳動方面分液壓偏航和電動偏航；在控制方面分主動偏航和被動偏航；在嚙合布置形式方面分內嚙合驅動和外嚙合驅動偏航；在偏航軸承形式方面分滾動偏航和滑動偏航[3]。目前常用的偏航系統驅動機構為水平軸、主動型、電動驅動的滾動偏航系統，主要是由偏航軸承、偏航驅動裝置、偏航制動器、偏航制動盤等幾部分組成。為確保偏航系統的正常穩定運行，保證系統中各主要部件的正常運行至關重要。因此，需及時發現并采取適當措施控制可能影響偏航系統穩定運行的因素，以此保障機組的正常穩定運行。

1 偏航系統的故障類型分析

在風場風力發電機組的長期運行過程中，偏航系統會出現一些常見故障，主要有偏航軸承故障（軸承失效）、偏航制動盤故障（噪音、磨損）、偏航驅動裝置故障（偏航減速器齒輪斷裂、偏航制動器損壞、漏油、摩擦片磨損、異常噪音、制動力矩不足、制動不同步）、偏航風向標故障（定位不準）、偏航計數器故障、液壓管路故障（管路滲透、元器件損壞）等。

2 偏航系統故障樹模型的建立

2.1 故障樹建立

故障樹分析法是對可靠性事件分析的主要方法之一，運用該方法結構簡單、思路清晰，有效顯示系統對于事件可靠度規范的符合程度，并且可通過底層事件發生的概率，綜合多種因素，得出系統頂層及以上事件發生概率的影響[4]。利用該分析法進行系統分析時，通常將系統會產生的故障狀態作為頂事件，根據系統內故障與導致該系統故障之間因素的邏輯關系用邏輯門表示出來，由上到下根據可能發生的影響逐級進行分解，直至無法再分解。根據上述故障樹建立方法，建立故障樹流程圖如下圖1所示[5]。

圖1 故障樹建樹流程圖

此故障樹可以直觀反映出各個部件之間故障的相互關系，同時可一目了然、形象地掌握各個事件之間的關系并據此做出正確的分析。

2.2 故障樹分析

通過故障樹分析法建立偏航系統故障樹模型，將偏航軸承故障、偏航制動盤故障、偏航驅動裝置故障、偏航風向標故障、偏航計數器故障、偏航液壓系統故障[6-7]六類原因列為系統故障的中間事件，再依次展開中間事件，列出故障的底層事件，從而構建出偏航系統故障樹模型。詳細模型如下頁圖2所示。

圖2 偏航系統故障樹模型

把故障樹中的事件均用代碼表示，建立了偏航系統故障事件及其相應代碼表，如下頁表1所示。

表1 偏航系統故障事件及其相應代碼

可能致使故障樹頂上事件發生的最小基本底層事件的集合被稱為該故障樹的最小割集。可以得出故障樹中存在21個最小割集，即21個基本事件：X1、X2、···、X21。故障樹內各個基本事件發生都會引起系統故障事件發生。實際各個事件發生的概率不同，文中僅通過最小割集統計各個基本事件的重要度順序，對偏航驅動故障（偏航制動器、偏航減速器等）優先控制，而后依次為液壓系統故障、計數器、風向標、偏航制動盤，最后為偏航軸承。

3 提高偏航系統可靠性的措施

1）對于偏航軸承，在安裝前必須保證安裝面清潔，檢查安裝面的水平度等，同時要嚴格按照技術工藝文件要求和規定的緊固力矩進行緊固，調整齒圈與驅動齒輪齒側間隙處于技術要求范圍內。此外，在設計階段，需結合風機實際運行工況和環境條件，選擇合適的軸承潤滑脂，按照風力發電機的維護手冊要求，定期做好風機維護工作。

2）對于偏航制動盤，需選用耐磨性更好的制動盤材料，加強日常維護及巡檢工作，保證制動盤不會因過度使用，造成磨損。

3）對于偏航制動器，需提高制動器摩擦片的質量，滿足安裝工藝要求，提高與制動盤的配合精度，合理設定偏航制動壓力，按照風力發電機的維護手冊要求，定期做好風機維護工作。

4）對偏航風向標、偏航計數器、液壓系統等需根據維護手冊進行定期巡檢，加強日常維護工作。