引言风能属于新型的清洁能源，利用其进行发电有助于实现“双碳”目标。液压系统作为风力发电机组的关键系统，其性能直接影响机组的可靠运行[1-3]。目前，风电机组液压系统的主要作用是为偏航和高速轴刹车系统提供所需压力，产生对应的制动力矩，以满足风机运行时制动的要求。液压系统主要由电机泵组、控制阀组、蓄能器及相关测量元件组成。风机运行过程中，需要明确液压系统中各器件故障类型及原因，才能保证系统稳定运行，从而提高整个机组的运行效率。文中建立风电机组液压系统故障树模型，提出液压系统中存在的多种失效模式，并对这些失效模式进行分析，确定影响较大的主要风险问题并针对性地给出解决措施，从而提高液压系统的可靠性，有助于液压系统的稳定运行。1液压系统故障树模型建立故障树分析法(FTA)是直观、高效的故障诊断方法，正在被越来越多地应用到大型复杂的系统中[4-8]。以风电机组液压系统故障为顶事件，以主系统故障、偏航刹车系统故障、高速轴刹车系统故障为中间事件，以各种元器件的故障原因为基本底事件，建立某风电机组液压系统失效故障树模型，如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.031.F001图1某风电机组液压系统失效故障树模型由图1可知，与高速轴刹车系统故障和主系统故障相比，偏航刹车系统故障的原因更多，故障发生的可能性更大。在系统运行及故障排查时，应多关注偏航刹车系统故障。对系统故障原因进行对比分析，去除发生概率及影响较小的底事件，列出重要的底事件。重要底事件汇总如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.031.T001表1重要底事件汇总序号事件名称1电机故障2传感器故障3齿轮泵故障4蓄能器故障5泄漏6电磁阀故障7溢流阀故障2液压系统故障模式影响分析通过对系统中重要的底事件的故障模式及因素进行分类，结合数据和经验估算故障模式的严重度、发生频率及不可探测度，最终确定失效模式风险优先度，为进一步做好针对性解决措施提供依据。液压系统重要底事件故障模式及影响分析如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.031.T002表2液压系统重要底事件故障模式及影响分析序号故障结果故障模式严重度发生度不可探测度风险优先系数1电机故障电机未断开83496电机缺相725702传感器故障传感器量程不合适73484传感器损坏744112有干扰信号6551503齿轮泵故障齿轮泵扫膛83496密封件损坏844128联轴器松动723424蓄能器故障蓄能器亏气866288蓄能器接口损坏536905泄漏管路泄漏745140液压元件泄漏765210油箱泄漏825806电磁阀故障电磁铁无法吸合84396弹簧失效844128阀芯卡滞7562107溢流阀故障弹簧失效844128阀芯卡滞756210由表2可知，风电机组液压系统中最易发生故障的元件是蓄能器，其次是泄漏、电磁阀及溢流阀，这4种故障的发生频率远高于其他故障，分析结果与机组现场实际故障统计情况一致。4类故障中，根据发生频率及严重程度确定风险优先系数较高的故障模式主要为蓄能器亏气、液压元件泄漏、电磁阀及溢流阀阀芯卡滞，未来需要采取系列改进和预防措施防止和减少故障的发生。3故障解决措施为了预防风电机组液压系统中概率较高、后果较严重的故障发生，将已出现的故障影响降到最低，需要针对这些故障专门制定排查方案及预防解决措施。3.1蓄能器亏气的排查方案及解决措施排查方案：当液压系统主系统压力低报警时，采用肥皂水喷洒在蓄能器各个接口位置，观察四周是否有气泡产生。如果有气泡产生说明蓄能器密封及接口存在问题，需要整体更换蓄能器；如果密封及接口处无气泡产生，则需要采用蓄能器专用测试设备接通蓄能器顶部充气口，进行预充氮气压力测试，测试压力值如果低于规定值需进行充气补气操作。预防措施：液压系统中蓄能器内部结构如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.031.F002图2液压系统中蓄能器内部结构在工作过程中，随着蓄能器充放液体，隔膜内的氮气体积不断变化，长期运行后，氮气压力值会降低，需要及时对预充氮气压力值进行检测。据统计，现场80%的蓄能器亏气故障与检测预充氮气压力不及时有关。因此，解决该问题的根本措施是及时对预充氮气压力进行检测，检测周期不能大于3个月。蓄能器充气过程中需注意充气速度及温度升高情况，初次达到要求值后，需要静置30 min后再检测及补充压力。3.2液压元件泄漏的排查方案及解决措施排查方案：液压系统各液压元件的接触位置有很多密封件，如果这些密封件失效或密封不严，特别容易出现油液渗漏的现象[9-10]。渗漏油量比较大时变成泄漏。该问题的直观表象为油液集中渗漏在接触位置表面、油箱液位低及系统压力低等，排查时需重点目视检查液压泵本身密封、油箱盖板密封、液位计密封、阀块上安装的各类阀组密封等接触面的泄漏情况，如有渗漏需要先将渗漏的油液擦干净，再通过长时间观察判断是否为真正的渗油现象。解决措施：解决液压元件泄漏问题重点在于解决密封问题，需要从3个方面加强：选择合适的密封件规格及正规品牌；保证密封件安装槽的加工精度和尺寸；在密封安装面处，保证被安装件拧紧力矩。3.3电磁阀及溢流阀阀芯卡滞排查方案及解决措施排查方案：液压系统中电磁阀及溢流阀都为插装阀结构，如图3所示。发现插装阀存在异常现象时，首先检查插装阀连接处是否有渗漏，阀本身是否松动；电磁阀还需要同步排查电磁铁是否工作正常。其次，将存在问题的阀拆下，详细检查阀体本身是否有磨损、异物卡滞现象。最后，更换新的备件阀，确认更换后故障是否消失。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.12.031.F003图3插装阀结构预防措施：插装阀由于本身的结构特点，极容易被异物堵塞。根据现场统计，85%的电磁阀及溢流阀等插装阀故障原因为阀芯异物卡滞，15%为其他因素。保证液压系统油液的清洁度是预防电磁阀及溢流阀阀芯卡滞故障的根本解决措施，主要包括对液压系统的油液每年进行不少于1次的取样检测，以保证油液清洁度不超标。液压系统中过滤器的滤芯也需要及时更换，间隔12个月以上或滤芯堵塞检测器报警时，都需要及时更换滤芯。4结语采用FTA法建立风力发电机组液压系统故障树模型，找出液压系统中存在的多种失效模式，通过分析确定影响较大的风险问题并针对性地给出了解决措施。主要结论如下：通过建立风力发电机组液压系统故障树模型，列举了液压系统中多种失效模式，对失效模式进行分析，找出了风险优先系数较高的故障原因，主要为蓄能器亏气、液压元件泄漏、电磁阀及溢流阀阀芯卡滞等故障。针对找出的概率较高、后果较严重的故障，给出了专门的排查方案及预防解决措施，给出了一种基于FTA分析风力发电机组液压系统的方法，可以快速找出液压系统中最易引发故障的环节，同时又能减少需要分析的故障部件，对于提高风电机组液压系统重要部件的可靠性具有重要意义。