（甘肃龙源风力发电有限公司 甘肃兰州 735211）
摘要：我国风电并网装机容量占全部发电设备装机容量的比例由2011年的4.4%上升至2017年的9.2%。根据国家统计局数据显示，2017年，风电发电量约为3057亿千瓦时，约占全社会用电量的4.8%，风力发电已成为我国清洁能源发电方式中不可缺少的一部分。2020年风电年发电量确保达到4200亿千瓦时，约占全国总发电量的6%，到2050年满足17%的电力需求。其中在2019年全球风机制造商排名中，西门子歌美飒厂家市场份额占比15.7%，排名第二。具可靠数据显示，国内风电装机容量最大的某家公司，截止2019年底，共安装Gamesa厂家机组1794台，占据龙源总装机台数的14.42%，其中G5X机组安装台数为1586台，占Gamesa机组在集团总装机台数的88.41%。歌美飒G5X机组采用液压变浆系统，由于其液压站对油液清洁度要求比较高，但其在设计初期未充分考虑液压系统自身产生的污染物，导致其系统阀块卡涩严重引起便将功能失效从而造成严重的设备事故。同时，轮毂内进行维护工作时因无法切断变桨动力源，存在较大的人身伤害风险。本文针对G5X机组存的以上问题提出了一套切实可行的解决方案，经实施后可极大的降低G5X机组变桨系统失效风险、降低机组维护时人员伤害风险。
关键字：歌美飒；G5X风电机组；液压变浆；变桨失效
一、概述
截止2019年底，龙源电力共安装Gamesa厂家机组1794台，占据龙源总装机台数的14.42%，其装机规模仅次于联合动力及金风占据第三位，其中G5X机组安装台数为1586台，占Gamesa机组在集团总装机台数的88.41%。同时，G5X机组由于其使用的变桨动力来源主要是其液压系统，且其使用的液压元器件对液压油清洁度有很高的要求。现场经过长时间运行，发现液压系统自身产生的污染物长时间不能清除会引起各类阀块阀芯卡涩动作失常，引起机组变桨系统控制失效，从而有可能引发机组飞车倒塔等恶性事故。经过现场对产生的液压系统内部污染物分析，发现引起阀芯卡涩的为变桨缸内长时间正常或异常运行产生的尼龙材料碎屑（直径在1-3mm）。同时，G5X机组变桨系统维护时在叶片处于0°左右需要人员进入轮毂内部进行维护，安全措施只采用三颗锁定螺栓进行三脚架锁定，无法切断变桨系统动力源，极易引起由于外部人员误操作，导致变桨系统误动造成维护人员在锁定三脚架（需要维护人员半身探入轮毂进行锁定）或正常维护时机械夹伤。为提高变桨系统运行的稳定性及维护工作的安全性，需对G5X变桨液压系统在原有基础上加装一套过滤装置及液压缸能源闭锁手阀。
二、国内外研究现状和发展趋势
首先，从安全性来考虑，现在所有主机厂家在其检修规程内都明确规定在机械部件上作业必须切断其动力能源以保证安全，同时， Vestas机组使用的也是液压变桨系统，其机组变桨原理与G5X机组基本相似，Vestas厂家在机组设计时就在变桨缸进出油路上加装了手阀，用以切断机组维护时变桨动力来源。其次，针对其运行可靠性来说，液压系统在运行过程中不可避免的会产生污染物，结合G5X机组液压系统原理，其主要产生的污染物来源于齿轮泵及液压缸，齿轮泵产生的污染物会被液压系统原主系统过滤器过滤掉，保证系统油液清洁。但液压缸产生的污染物无法被原主系统过滤器过滤掉，而且由于液压缸油管进出油路随时变换，会造成变桨缸产生的污染物一直在主系统中随油液流动，极易引起控制阀卡涩导致控制失效。而且现在市场上的离线精滤装置只能过滤液压油箱中的杂质，不是很好的可选方案，如果采用市面上普通的过滤装置又不能起到双向过滤的作用，还会引起污染物聚集在变桨缸内引起变桨缸磨损进一步加剧。所以需要重新设计一套过滤方案，不但能起到双向过滤的作用，还能尽量少的改动原变桨液压系统结构的方案。
三、解决方案
1 技术路线
前期从技术性、可行性上提出油路设计方案，方案论证通过后机组挂机试验，采集正常变桨数据、紧急顺桨等数据参数。拿到数据后进行数据分析，无异常后进行大面积推广。
2 研究工作
设计一款油路内置的集成阀块，其余物资采用原G5X机组上相同型号备件，以求降低成本及现场备件维护量，同时可极大降低油路接头，减少油液渗漏风险。
3 项目实施方案
该方案将从提高变桨系统安全性及可靠性两个方面进行设计。
安全方面设计是在变桨主油路中加装球阀（具体效果图详见图一），其中加装球阀的目的有以下两个原因，第一，安装球阀可提高机组轮毂内作业时安全可靠性，如需要进入轮毂内作业时，在锁定三脚架机械锁后可将手阀关闭，截断进出油口，断开变桨动力源，从而起到锁定变桨机构的作用。第二，增加球阀可为后期过滤系统维护提供方便，在需要更换过滤系统滤芯时，在系统泄压后可关闭手阀，从而保证在更换过程中不会造成液压油的渗漏及污染。
可靠性方面设计是在变桨缸A、B两个进出油口加装过滤装置，防止变桨缸损坏产生的杂质流出变桨缸进入液压各阀块引起阀芯卡涩。过滤装置采用单向阀桥式过滤系统（原理图详见图二），所有油路及单向阀集成在一个阀块中，可极大的降低由于外接管路而引起的接口增多渗漏概率增大的风险。同时实现油液的双向过滤，保证在油路方向改变后过滤器仍可以实现液压缸产生的污染物的收纳，不会因为油液方向的改变污染物流回变桨缸造成变桨缸磨损加重。同时，在集成阀块上各加装一套堵塞传感器，堵塞传感器信号与液压站堵塞传感器信号串联接入控制模块，在发生堵塞报警信号后，人员登塔根据目视检查结果对发生堵塞的滤芯进行更换。如无堵塞信号，则按照规定周期对滤芯进行更换。
图三 安装实物图
四、效益预测
1 经济效益。通过此方案对G5X机组变桨液压回路进行技改后，1）可极大提高G5X机组液压系统的清洁度，同时提高变桨系统运行安全性及可靠性，降低由于变桨系统液压元器件堵塞引起的控制失效，从而极大降低机组发生重大设备事故的风险。通过在风电场按照该方案技改，变桨系统故障降低50-70%；2）降低液压元器件损坏率，通过在风电场按照该方案技改，以安装有58台G5X的风电场为例，每年将节约采购液压元件费用约35-40万元；3）同时提高机组变桨系统维护时安全措施的安全性及可执行性。
2 社会效益。通过对G5X机组变桨系统安全性提升，可以极大的提高机组可靠性，降低安全分险，从而节省社会成本，降低人员劳动强度，增加发电量。
五、结束语
本方案已在G5X风电机组上试装，通过测试后效果良好，能极大的降低G5X机组液压系统故障频次，节省机组维护费用，且技改成本可控，以装机58台G5X机组的风电场来评估，技改费用2年后可收回成本。同时，通过该方案技改，可极大的降低G5X机组变桨失效及维护人员人身伤害的风险，提高机组可靠性及安全性。