孫建

摘 要：目前風(fēng)電場較為常用的GE1.5S和華銳SL1500兩種風(fēng)電機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)均為順槳制動(dòng)聯(lián)合高速軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械制動(dòng)，這兩種機(jī)型所采用的高速軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械制動(dòng)裝置作為機(jī)組的二級制動(dòng)在功能上基本相同，但在操作原理上截然相反。文章分析了以上兩種機(jī)組典型液壓剎車系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，并對不同工況下的作業(yè)過程進(jìn)行了比較，幫助風(fēng)電場生產(chǎn)人員在工作中更好地辨識這兩種剎車系統(tǒng)，掌握兆瓦級變槳距風(fēng)機(jī)液壓剎車系統(tǒng)的工作原理，進(jìn)而對風(fēng)電機(jī)組的選型和日常運(yùn)行維護(hù)起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：氣動(dòng)；液壓；主動(dòng)剎車；被動(dòng)剎車；彈簧剎車片；剎車盤；電磁閥

引言

現(xiàn)代兆瓦級變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)的制動(dòng)廣泛采用氣動(dòng)制動(dòng)聯(lián)合高速軸機(jī)械制動(dòng)的制動(dòng)系統(tǒng)，氣動(dòng)制動(dòng)裝置分為葉尖制動(dòng)裝置和葉片順槳制動(dòng)裝置，機(jī)械制動(dòng)裝置采用鉗盤式制動(dòng)裝置，具有力矩調(diào)整、間隙補(bǔ)償、隨位和退距均等功能，其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分為電磁驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。風(fēng)機(jī)在正常停機(jī)、緊急停機(jī)時(shí)制動(dòng)系統(tǒng)會按照預(yù)定程序分別投入一二級制動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的安全制動(dòng)。目前，風(fēng)電場較為常用的兩種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)型分別是GE1.5S和華銳SL1500，兩種機(jī)型的制動(dòng)系統(tǒng)均為順槳制動(dòng)聯(lián)合傳動(dòng)系統(tǒng)中的高速軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械制動(dòng)。這兩種機(jī)型各自采用的高速軸液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械制動(dòng)（以下簡稱液壓剎車）系統(tǒng)作為機(jī)組的二級制動(dòng)在功能上基本相同，但在動(dòng)作原理上截然相反，它們分別由德國BSAK和BSFI公司生產(chǎn)。GE1.5S采用的是主動(dòng)剎車，而華銳SL1500采用的是被動(dòng)剎車。文章分別結(jié)合其原理圖對這兩種機(jī)型的停機(jī)過程進(jìn)行比較分析。

1 液壓剎車的分類定義

從剎車的動(dòng)作原理上分可以將剎車系統(tǒng)分為主動(dòng)剎車和被動(dòng)剎車。主動(dòng)剎車是指在正常運(yùn)行時(shí)作用在動(dòng)作缸上的油壓為零，彈簧剎車片與剎車盤釋放打開，當(dāng)需要?jiǎng)x車時(shí)，作用在動(dòng)作缸上的油壓將達(dá)到額定值，彈簧被擠壓，剎車片與剎車盤抱死；被動(dòng)剎車與其相反，即當(dāng)正常運(yùn)行時(shí)額定的油壓將彈簧剎車片與剎車盤分離打開，當(dāng)需要?jiǎng)x車時(shí)，油壓泄為零，彈簧剎車片返回與剎車盤抱死。

2 兩種風(fēng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，剎車系統(tǒng)的工作情況

2.1 GE1.5S型風(fēng)機(jī)BSAK系統(tǒng)（見圖1）

（1）正常運(yùn)行：電磁閥20、21、22、23均得電，那么閥20、21、22均關(guān)閉 ，泄壓閥23打開，壓力表P1指示為零?？烧{(diào)限流閥21.1一般情況下都處于關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)需要手動(dòng)瀉壓時(shí)才打開。油泵啟動(dòng)受40處壓力開關(guān)的控制，當(dāng)壓力低于60bar時(shí)，油泵啟動(dòng)，始終讓儲壓灌的壓力保持在60bar，以便下次能夠可靠剎車。

（2）正常停機(jī)和一般故障停機(jī)：制動(dòng)裝置采取分時(shí)分級投入方式。按照預(yù)定程序先投入一級制動(dòng)，待葉片順槳后，按照預(yù)定程序投入二級制動(dòng)裝置，電磁閥21、23、22同時(shí)失電，閥21、22同時(shí)打開，泄壓閥23關(guān)閉，高壓油通過限流閥19、閥21、液壓缸擠壓剎車片，但由于限流閥19的作用，管內(nèi)油流有一定延時(shí)，從而減慢了彈簧剎車片的移動(dòng)速度，使得剎車片與剎車盤摩擦但不會抱死，轉(zhuǎn)子速度迅速降低降低。幾秒后，當(dāng)轉(zhuǎn)速度低于某一設(shè)定值時(shí)，電磁閥21、23、22開始得電打開，剎車釋放，風(fēng)機(jī)處于順槳空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（3）緊急停機(jī)和安全鏈停機(jī)：一二級制動(dòng)裝置同時(shí)按照預(yù)定程序投入到制動(dòng)狀態(tài)，葉片加速順槳，電磁閥20、21、22、23同時(shí)失電，閥20、21、22同時(shí)打開，泄壓閥23關(guān)閉，油管內(nèi)的高壓油迅速擠壓彈簧剎車片，將剎車盤抱死。在剎車過程前期由于管內(nèi)油壓有50多bar高于剎車的額定壓力50bar，電磁閥22打開，高壓油經(jīng)限壓閥22.1流回油箱，待管內(nèi)油壓低于50bar后，限壓閥22.1截止，同時(shí)電磁閥22得電關(guān)閉。在整個(gè)剎車過程中，由于儲壓罐壓力低于20bar，油泵會啟動(dòng)打壓，達(dá)到60bar時(shí)停止打壓。

（4）剎車釋放：電磁閥20、21、23同時(shí)得電，閥20、21關(guān)閉，泄壓閥23打開，推動(dòng)剎車片的油壓從泄壓閥23，經(jīng)限流閥23.1緩慢流回油箱，油路壓力緩慢下降，剎車片慢慢松開。當(dāng)在剎車狀態(tài)下需手動(dòng)釋放剎車時(shí)，只需將手動(dòng)限壓閥打開，高壓油就會緩慢的從21.1流回油箱，剎車片就會隨著管道內(nèi)油壓的降低慢慢松開，過程中儲壓罐壓力低于20bar油泵會啟動(dòng)打壓，達(dá)到60bar時(shí)停止打壓。

2.2 華銳SL1500機(jī)型BSFI系統(tǒng)（見圖2）

（1）正常運(yùn)行時(shí)：電磁閥20失電導(dǎo)通，手動(dòng)電磁兩用閥21.1得電截止，高壓油從閥20流過到剎車動(dòng)作缸，將彈簧剎車片與剎車盤分離，當(dāng)需要手動(dòng)泄壓時(shí)可手動(dòng)將21.1打開，彈簧剎車片返回，與剎車盤抱死。油泵是否啟動(dòng)打壓受壓力開關(guān)40的控制。

（2）正常停機(jī)和一般故障停機(jī)：風(fēng)機(jī)按照預(yù)定程序只投入一級制動(dòng)，二級剎車不啟動(dòng)，風(fēng)機(jī)葉片順槳停機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速度迅速降低，風(fēng)機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

（3）緊急停機(jī)和安全鏈停機(jī)：一二級制動(dòng)裝置同時(shí)按照預(yù)定程序投入到制動(dòng)狀態(tài)，葉片加速順槳，電磁閥20得電截止，油壓被儲存到儲壓罐10內(nèi)，為下一次釋放剎車做好準(zhǔn)備；閥21.1失電導(dǎo)通，油管內(nèi)的高壓油又經(jīng)過閥21流回油箱，彈簧剎車片返回將剎車盤抱死。

（4）剎車釋放：當(dāng)風(fēng)機(jī)需要釋放剎車時(shí)，電磁閥20失電導(dǎo)通，手動(dòng)電磁兩用閥21.1得電截止，高壓油從閥20流過到剎車動(dòng)作缸，將彈簧剎車片與剎車盤分離。

3 兩種系統(tǒng)的比較

（1）主動(dòng)剎車系統(tǒng)有獨(dú)立的四個(gè)電磁閥和兩個(gè)限流閥配合使用，既能實(shí)現(xiàn)軟剎，又能實(shí)現(xiàn)硬剎，可以在正常停機(jī)和一般故障停機(jī)時(shí)，一級剎車順槳槳完成后，二級剎車液壓系統(tǒng)啟動(dòng)軟剎，既保證了風(fēng)機(jī)可靠停機(jī)，又減小了因急剎振動(dòng)給風(fēng)機(jī)帶來的損壞和危險(xiǎn)。機(jī)組可以在需要緊急剎車時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)立即停機(jī)，運(yùn)行可靠性較好，但是該類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和控制過程較為復(fù)雜。

（2）被動(dòng)剎車系統(tǒng)只有兩個(gè)電磁閥和一個(gè)限流閥，通過電磁閥的截止導(dǎo)通實(shí)現(xiàn)剎車的制動(dòng)釋放，由于該系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)軟剎，一旦剎車啟動(dòng)就立即抱死。為減少停機(jī)時(shí)對機(jī)組的損害，這種風(fēng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)針對正常停機(jī)和一般故障停機(jī)，只采用一級順槳制動(dòng)，二級液壓剎車不予啟動(dòng)，只有在緊急停機(jī)和安全鏈停機(jī)的情況下才啟動(dòng)將主軸抱死。這種系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)是油路和電路的設(shè)計(jì)控制較為簡單。

4 結(jié)束語

（1）主動(dòng)剎車和被動(dòng)剎車各有優(yōu)缺，為保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，停機(jī)安全可靠，建議在北方及沿海Ⅱ類及以上風(fēng)電場采用主動(dòng)剎車，在內(nèi)陸Ⅲ類及以下低風(fēng)速風(fēng)電場兩種剎車系統(tǒng)均可采用。

（2）無論使用哪種剎車系統(tǒng)，風(fēng)電場運(yùn)維人員都必須掌握其基本工作原理，尤其是要掌握極端天氣條件下的操作要領(lǐng)。特別是當(dāng)臺風(fēng)或颶風(fēng)來臨風(fēng)場時(shí)，葉片雖然已完全順槳，但仍會受到不同方向的巨大推力，為防止葉片受力過大折斷或因剎車抱死摩擦打火引起機(jī)艙火災(zāi)，應(yīng)及時(shí)采用手動(dòng)和SCADA軟件操控的方法將停運(yùn)風(fēng)機(jī)的剎車釋放，使機(jī)組處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T2900.53-2001.電工術(shù)語·風(fēng)力發(fā)電機(jī)[S].

[2]DL796-2001.風(fēng)力電場安全規(guī)程[S].

[3]杜廣平，肖哲民.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 制動(dòng)系統(tǒng) 第一部分：技術(shù)條件[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，JB/T 10462.1-2004.

[4]盧為平.風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011，2.