槽式太陽能集熱器跟蹤系統(tǒng)故障分析

陳 晨，趙 雄，于延興，王 強(qiáng)，陳海平，晁增賢，李志龍，梁鐵鋮

(1.中廣核太陽能德令哈有限公司，青海 海西州 817000；2.中國廣核新能源控股有限公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

太陽能具有低密度、間歇性、空間分布不斷變化等特點，因此在槽式太陽能集熱器跟蹤系統(tǒng)的應(yīng)用中需要配備跟蹤精度高、驅(qū)動扭矩大、轉(zhuǎn)角范圍廣的伺服液壓控制系統(tǒng)，目前主要采用中、高壓雙液壓缸驅(qū)動跟蹤，合理分配系統(tǒng)動力，規(guī)避單液壓缸機(jī)構(gòu)跟蹤過程中驅(qū)動拐點受限的問題。以下通過對太陽能集熱器跟蹤機(jī)構(gòu)工作原理及工作過程的分析，對某試驗平臺4 號太陽能集熱器跟蹤系統(tǒng)故障原因進(jìn)行排查，并提出此類問題的解決辦法。

1 跟蹤系統(tǒng)工作原理

太陽能集熱器跟蹤機(jī)構(gòu)采用雙液壓缸驅(qū)動；液壓驅(qū)動控制系統(tǒng)由液壓站、液壓缸(A/B)、傳動板(A/B)、液壓油、閥組、控制系統(tǒng)、測量儀表等主要部件組成，由電機(jī)帶動齒輪泵為系統(tǒng)提供驅(qū)動力，控制各閥的開關(guān)狀態(tài)實現(xiàn)液壓缸的伸縮運動。

太陽的運行軌跡是每天從東到西，集熱器由東向西跟蹤太陽，每個集熱器在日間跟蹤太陽光時均會繞其旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)使太陽光線始終聚焦在集熱管上，從而最大限度地吸收太陽直接輻射熱。

2 故障分析

4 號集熱器液壓跟蹤系統(tǒng)自首次投運以來，共發(fā)生了2 起液壓系統(tǒng)基座變形、斷裂故障。一起是在自動跟蹤狀態(tài)下導(dǎo)熱油聚焦升溫，發(fā)現(xiàn)跟蹤停止，隨后現(xiàn)場以手動方式將集熱器旋轉(zhuǎn)至“貯存”位置，由西向東旋轉(zhuǎn)至65°時，液壓油缸支撐基座結(jié)構(gòu)發(fā)生異響，檢查發(fā)現(xiàn)液壓油缸基座支架橫梁嚴(yán)重變形斷裂；另一起是該集熱器在手動方式下置于“貯存”位置，在由西向東旋轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)法線實際角度在71°時停止不動，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)液壓油缸支撐底座有變形跡象。因此，對該集熱器液壓跟蹤系統(tǒng)部件進(jìn)行詳細(xì)排查。

(1) 機(jī)械結(jié)構(gòu)排查。對集熱器旋轉(zhuǎn)軸、各支撐支座及各立柱關(guān)節(jié)軸承進(jìn)行詳細(xì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)變形、碰摩跡象，故可排除機(jī)械結(jié)構(gòu)卡堵問題。

(2) 液壓驅(qū)動邏輯排查。因該集熱器之前已累計運行超過1 個月，控制系統(tǒng)在拐點位置能自動切換油缸的運動方向，順利通過拐點位置，無任何沖擊現(xiàn)象，故可排除液壓驅(qū)動裝置控制程序、邏輯、拐點角度設(shè)置不合理等問題。

定義1 復(fù)雜情境 協(xié)同過濾推薦系統(tǒng)中用戶情感、社交圈、用戶位置、基礎(chǔ)設(shè)施和物理條件等信息的集合，用向量表示為

(3) 電氣元件排查。檢查電氣元件信號正常，接線正確、無松動，故可排除電氣元件損壞、電氣接線松動或接線錯誤等問題。

(4) 電磁閥故障排查。手動操作電磁換向閥，確認(rèn)能正常卸壓，電磁閥插頭得電指示燈亮，失電指示燈滅，24 V 直流通斷控制有效，故可排除線圈燒損問題。進(jìn)一步對電磁閥卡澀情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)在2 次液壓油缸支撐座橫梁受外力導(dǎo)致變形的過程中，集熱器角度均在34°～100.4°范圍內(nèi)，根據(jù)液壓系統(tǒng)設(shè)定的動作指令，液壓油站啟動南缸、北缸，即南缸活塞桿縮回，北缸活塞桿伸長。二位五通電磁閥動作過程中閥芯堵塞造成液壓缸北缸底部不進(jìn)油、頂部不泄油，南缸活塞桿一直處于收縮狀態(tài)。隨著液壓系統(tǒng)壓力持續(xù)增加，南缸將持續(xù)增加的液壓力通過2 個凸輪和旋轉(zhuǎn)中心軸傳遞作用于北缸的底部基座，表現(xiàn)為液壓缸對基座的拉力，最終因拉力超過液壓裝置底部基座機(jī)械強(qiáng)度而導(dǎo)致變形拉斷。

3 故障處理

發(fā)現(xiàn)液壓油缸底部基座變形后，按照規(guī)定采取了4 項故障處理措施。

(1) 對故障集熱器控制系統(tǒng)斷電，采取固定措施，避免因回路自重或大風(fēng)天氣等原因?qū)е录療崞骰芈钒l(fā)生無法控制的自動旋轉(zhuǎn)，造成設(shè)備大面積損壞、人身傷害等事故。

(2) 對二位五通電磁閥進(jìn)行解體檢查，更換液壓油，清理過濾器，用“面粘法”清理油箱及管路，若閥芯損壞，直接更換新電磁閥。

(3) 拆除變形斷裂的支架橫梁及液壓油缸基座，釋放變形過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，重新對基座進(jìn)行補(bǔ)焊加固后進(jìn)行集熱器跟蹤調(diào)試，并檢查液壓跟蹤系統(tǒng)邏輯動作的合理性。

(4) 重新校準(zhǔn)壓力傳感器和壓力表，定期檢查并整定溢流閥動作值或增加檢測點，保證系統(tǒng)不超壓運行，避免液壓系統(tǒng)設(shè)備損壞或造成事故擴(kuò)大。

4 結(jié)束語

該槽式太陽能集熱器跟蹤系統(tǒng)，自投用以來共發(fā)生了2 起液壓系統(tǒng)故障導(dǎo)致基座變形斷裂的事故，但在采取相關(guān)改進(jìn)措施后，加強(qiáng)定期維護(hù)，已連續(xù)安全運行了1 年時間，未再發(fā)生此類問題。然而，由于我國西北地區(qū)常年風(fēng)沙較大、環(huán)境惡劣，運行過程中應(yīng)定期清理液壓油箱、更換濾網(wǎng)及液壓油，確保液壓系統(tǒng)有較高的清潔度，同時對控制閥、電磁閥、溢流閥、安全監(jiān)測表計等進(jìn)行重點檢查與維護(hù)，以保障后續(xù)液壓跟蹤系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。