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摘要：由于风力发电机组长期运行，偏航刹车片过量磨损，造成偏航无法正常运行。为解决上述问题，必须设计应用偏航刹车片检测系统，以达到机组安全运行的目的。文章介绍了风电机组偏航系统故障原因分析，偏航刹车片检测系统工作原理、方案实施和优点介绍。
引言
风力发电技术作为一项新的能源技术开始受到更多国家的重视。经过近二十年的发展，风力发电机组的单机容量已从最初的几十千瓦发展为今天的兆瓦级。近些年来，随着风电机组单机容量的不断增大，以及风电机组的投运时间逐渐累积，由于偏航系统故障或损坏引起的机组停运时有发生，由此带来的直接和间接损失也越来越大，风场维护人员投入相关的工作量也有上升趋势，这就促使越来越多的风电场需要加强对偏向系统的检测工作。
1.偏航系统故障原因分析：
偏航系统的主要作用有两个：一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，以便最大限度地吸收风能，获取最大功率输出；二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组在完成对风动作后能够安全定位运行。
由于偏航系统启动的条件根据风速不同而不同，并且为保证风电机组的稳定运行，偏航刹车压力并没有完全释放，而是出于一种半释放状态。另外由于偏航的作用就决定了风电机组可能会在同一个方向上来回偏航，这样就会造成偏航刹车片局部磨损。偏航刹车片属于易磨损消耗部件，当偏航刹车片出现严重的过量磨损后，偏航刹车卡钳将直接与偏航刹车盘接触摩擦。为了保证偏航刹车片的工作寿命达到设计要求，刹车盘的摩擦表面需经过精加工，粗糙度要求很高[2]。如果刹车卡钳与刹车盘表面直接摩擦，會快速损伤刹车盘的表面，造成偏航刹车盘破坏性的磨损，导致偏航无法正常运行，同时也给风力发电机组的安全运行带来隐患[1]。而现有大部分风力发电机组没有关于自动检测偏航刹车片并报警和采取保护措施的系统。
2.偏航刹车片检测系统工作原理：
偏航刹车片检测系统主要包括金属导线、信号电源和PLC输入点和PLC中央控制模块。在刹车片上增加检测用的信号采集点，通过PLC的输入点来采集检测信号，从而实现对刹车片的磨损检测。PLC将检测到的状态进行处理，随着刹车片的磨损，刹车片的厚度将不断减小。当PLC输入点探测到刹车片磨损到极限时，PLC中央控制模块给出刹车片磨损故障，风机故障停机（正常停机），并提示维护人员刹车片需要进行维护或者更换
3.偏航刹车片检测系统实施方式
偏航刹车片检测系统信号分为常开信号和常闭信号两类，这两类信号具体区别如下：
3.1.常开触点方案[1]
此方案中金属导线有两根，相互不导通，不能形成回路。正常情况下PLC输入点检测不到电位。当偏航刹车片磨损至最大磨损量时，两根金属导线接触到偏航刹车盘，偏航刹车盘有导电性，使两根金属导线导通，PLC输入点检测到高电位，发出故障报警信号并使风力发电机组从任意状态进入到故障停机模式，从而实现偏航刹车片过量磨损状态报警，提示维护人员及时检修更换偏航刹车片，保护风力发电机组偏航系统。通常情况下，风电机组的偏航系统中偏航刹车片不止一个，可以将每个偏航刹车片都连接一个PLC输入点，形成各个偏航刹车片检测装置。当某一偏航刹车片达到磨损上限时候，可对此偏航刹车片进行精确定位。为节省PLC输入点，也可以将同一机组中的所有刹车片的检测信号并联起来，变成一路信号输入到PLC输入点。如此当任何一个刹车片达到磨损上限时，该输入点检测到高电电位，则PLC输出一个故障信号，风机故障停机（正常停机），提示现场维护人员需要对刹车片进行维护或者检修。
3.2.常闭触点方案：
此方案中只有一根金属导线，正常情况下此导线为导通状态。当偏航刹车片磨损至磨损上限或线路松动时，PLC输入点检测到低电位，发出故障报警信号并使风力发电机组执行故障停机模式，从而实现偏航刹车片过量磨损状态报警。针对多个偏航刹车片可以将每个偏航刹车片都连接一个PLC输入点，形成各个偏航刹车片过量磨损检测装置。当某一偏航刹车片达到磨损上限时候，可对此偏航刹车片进行精确定位。为节省PLC输入点，也可以将同一机组中的所有刹车片的检测信号串联起来，变成一路信号输入到PLC输入点。如此当任何一个刹车片达到磨损上限时，该磨损检测输入点检测到低电位，则PLC输出一个故障信号，风机故障停机（正常停机），提示现场维护人员需要对刹车片进行维护或者检修。
4.结语：
查阅各大风电公司的风机资料和相关标准，偏航刹车片检测系统并没有得到充分应用。随着各风电公司风电机组运行时间积累，偏航系统故障会不断上升，维护成本也会不断提高。所以偏航刹车片检测系统就显得尤为重要。
偏航刹车片检测系统具有结构简单、安装方便、易于操作，检测结果可靠等优点，不仅免去人工定期检查的方式，省时省力，而且能够及时发现刹车片的过量磨损，避免偏航刹车盘损坏造成的停机和更换，具有非常实用的价值。
参考文献：
[1]张启应，蔡安民，何杰.一种偏航刹车片过量磨损状态的检测装置[P].中国201320098771.X.2013 09 04.
[2]康涛，李英昌.偏航制动器摩擦片工作寿命预估方法探讨[J].风能，2013，41：66 69
[3]熊礼俭.风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册[M].北京：中国科技文化出版社，2005.
作者简介：
李巍伟（1984），男，学士，中级工程师，主要从事风电机组结构设计与研究。
引言
风力发电技术作为一项新的能源技术开始受到更多国家的重视。经过近二十年的发展，风力发电机组的单机容量已从最初的几十千瓦发展为今天的兆瓦级。近些年来，随着风电机组单机容量的不断增大，以及风电机组的投运时间逐渐累积，由于偏航系统故障或损坏引起的机组停运时有发生，由此带来的直接和间接损失也越来越大，风场维护人员投入相关的工作量也有上升趋势，这就促使越来越多的风电场需要加强对偏向系统的检测工作。
1.偏航系统故障原因分析：
偏航系统的主要作用有两个：一是与风力发电机组的控制系统相互配合，使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，以便最大限度地吸收风能，获取最大功率输出；二是提供必要的锁紧力矩，以保障风力发电机组在完成对风动作后能够安全定位运行。
由于偏航系统启动的条件根据风速不同而不同，并且为保证风电机组的稳定运行，偏航刹车压力并没有完全释放，而是出于一种半释放状态。另外由于偏航的作用就决定了风电机组可能会在同一个方向上来回偏航，这样就会造成偏航刹车片局部磨损。偏航刹车片属于易磨损消耗部件，当偏航刹车片出现严重的过量磨损后，偏航刹车卡钳将直接与偏航刹车盘接触摩擦。为了保证偏航刹车片的工作寿命达到设计要求，刹车盘的摩擦表面需经过精加工，粗糙度要求很高[2]。如果刹车卡钳与刹车盘表面直接摩擦，會快速损伤刹车盘的表面，造成偏航刹车盘破坏性的磨损，导致偏航无法正常运行，同时也给风力发电机组的安全运行带来隐患[1]。而现有大部分风力发电机组没有关于自动检测偏航刹车片并报警和采取保护措施的系统。
2.偏航刹车片检测系统工作原理：
偏航刹车片检测系统主要包括金属导线、信号电源和PLC输入点和PLC中央控制模块。在刹车片上增加检测用的信号采集点，通过PLC的输入点来采集检测信号，从而实现对刹车片的磨损检测。PLC将检测到的状态进行处理，随着刹车片的磨损，刹车片的厚度将不断减小。当PLC输入点探测到刹车片磨损到极限时，PLC中央控制模块给出刹车片磨损故障，风机故障停机（正常停机），并提示维护人员刹车片需要进行维护或者更换
3.偏航刹车片检测系统实施方式
偏航刹车片检测系统信号分为常开信号和常闭信号两类，这两类信号具体区别如下：
3.1.常开触点方案[1]
此方案中金属导线有两根，相互不导通，不能形成回路。正常情况下PLC输入点检测不到电位。当偏航刹车片磨损至最大磨损量时，两根金属导线接触到偏航刹车盘，偏航刹车盘有导电性，使两根金属导线导通，PLC输入点检测到高电位，发出故障报警信号并使风力发电机组从任意状态进入到故障停机模式，从而实现偏航刹车片过量磨损状态报警，提示维护人员及时检修更换偏航刹车片，保护风力发电机组偏航系统。通常情况下，风电机组的偏航系统中偏航刹车片不止一个，可以将每个偏航刹车片都连接一个PLC输入点，形成各个偏航刹车片检测装置。当某一偏航刹车片达到磨损上限时候，可对此偏航刹车片进行精确定位。为节省PLC输入点，也可以将同一机组中的所有刹车片的检测信号并联起来，变成一路信号输入到PLC输入点。如此当任何一个刹车片达到磨损上限时，该输入点检测到高电电位，则PLC输出一个故障信号，风机故障停机（正常停机），提示现场维护人员需要对刹车片进行维护或者检修。
3.2.常闭触点方案：
此方案中只有一根金属导线，正常情况下此导线为导通状态。当偏航刹车片磨损至磨损上限或线路松动时，PLC输入点检测到低电位，发出故障报警信号并使风力发电机组执行故障停机模式，从而实现偏航刹车片过量磨损状态报警。针对多个偏航刹车片可以将每个偏航刹车片都连接一个PLC输入点，形成各个偏航刹车片过量磨损检测装置。当某一偏航刹车片达到磨损上限时候，可对此偏航刹车片进行精确定位。为节省PLC输入点，也可以将同一机组中的所有刹车片的检测信号串联起来，变成一路信号输入到PLC输入点。如此当任何一个刹车片达到磨损上限时，该磨损检测输入点检测到低电位，则PLC输出一个故障信号，风机故障停机（正常停机），提示现场维护人员需要对刹车片进行维护或者检修。
4.结语：
查阅各大风电公司的风机资料和相关标准，偏航刹车片检测系统并没有得到充分应用。随着各风电公司风电机组运行时间积累，偏航系统故障会不断上升，维护成本也会不断提高。所以偏航刹车片检测系统就显得尤为重要。
偏航刹车片检测系统具有结构简单、安装方便、易于操作，检测结果可靠等优点，不仅免去人工定期检查的方式，省时省力，而且能够及时发现刹车片的过量磨损，避免偏航刹车盘损坏造成的停机和更换，具有非常实用的价值。
参考文献：
[1]张启应，蔡安民，何杰.一种偏航刹车片过量磨损状态的检测装置[P].中国201320098771.X.2013 09 04.
[2]康涛，李英昌.偏航制动器摩擦片工作寿命预估方法探讨[J].风能，2013，41：66 69
[3]熊礼俭.风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册[M].北京：中国科技文化出版社，2005.
作者简介：
李巍伟（1984），男，学士，中级工程师，主要从事风电机组结构设计与研究。