风机高速制动器测温及磨损传感器改造项目

风机高速制动器测温及磨损传感器改造项目

温仕祥

公司名称：华电（连城）能源有限公司

摘要：风电作为可再生能源的重要组成部分，在全球能源结构中扮演着日益重要的角色。高效且可靠的风机运营离不开先进的监测和维护系统，尤其是对关键部件如高速制动器的实时监测。本文提出风机高速制动器测温及磨损传感器改造项目，旨在通过升级传感器系统来提升风机的运行安全性与维护效率。项目通过实施先进的测温传感器和磨损检测技术，确保了风机在极端工况下的制动性能和制动器的持久耐用性，预期结果将显著降低风机的故障率，延长制动器的使用寿命，为风电场的稳定运行提供支持。

关键词：风电；高速制动器；测温传感器；磨损监测；改造项目

在可再生能源领域，风力发电因其清洁和高效的特性而成为全球能源结构转型的关键技术之一。风机作为风力发电系统的核心，其性能的可靠性直接影响着整个风电场的稳定运行和发电效率。在风机的诸多组成部件中，高速制动器扮演着至关重要的角色，不仅保证风机在超速或紧急情况下安全停机，也在风机日常运行中维护机械平衡，防止设备损坏。因此，对其进行精确的测温和磨损监测，对于确保风机长期稳定运行至关重要。然而，现有的监测技术往往面临着精确度不足、响应延迟以及维护困难等挑战，这些问题可能导致制动器磨损或损坏的早期迹象被忽视，增加了系统故障和意外停机的风险。

1 项目总体概况

华电（连城）能源有限公司石壁山长峰风电场位于福建省龙岩市连城县罗坊乡坪上村与长汀县交界区域，110KV升压站距罗坊乡14公里、距连城县城36公路。风机场地的自然高程为1235m～1455m。风场安装有20台远景能源生产的单机容量2.3MW风力发电机组，总装机容量46MW，发电机组出口经现地箱式升压变压器升压至35kV后，分3回直埋电缆集电线路，汇集至110kV升压站，以1回110kV出线接至电网220kV莲冠变的110kV北团Ⅱ回间隔。送出线路全长22.33公里。

在如此复杂的风电系统中，风机的高速制动器作为确保安全发电的关键设备，其性能的优劣直接关系到风电场的稳定运行。高速制动器在紧急情况下需要迅速响应，以保护风机免受损坏，而其温度和磨损状况是判断其健康状态的重要指标。然而，长期以来，由于技术和设备的局限性，对这些关键参数的监测并不充分，无法实时精确地进行监控，从而无法及时预防潜在的风险和故障。因此，本项目提出风机高速制动器测温及磨损传感器改造的技术方案和实施方案。

2 项目技术方案

2.1 刹车盘测温改造技术方案

风力发电机组的高速制动器与高速轴刹车盘配合，用于紧急刹车或者临时维护刹车。高速制动器可采用液压方式抱闸或松闸。在松闸时，高速制动器的制动闸片不与高速轴刹车盘接触[1]。然而，当出现故障时，高速制动器的制动闸片不能在松闸时回到正常松闸位置，导致制动闸片与高速轴刹车盘接触，并摩擦生热，产生高温，甚至引起电路故障甚至火灾。

在风力发电机组的高速轴刹车盘的温度监测系统中执行的温度监测方法。温度监测系统可包括：采集模块、温度传感器和控制器，温度监测方法可包括：通过温度传感器感测与风力发电机组的高速轴刹车盘对应的制动刹车片的温度；将感测到的温度传输给设置在风力发电机组的机舱柜内的采集模块；通过采集模块将温度传感器感测到的温度传输给主控制器。

温度传感器包括测温端和信号输出端，测温端固定在制动器刹车片衬托上，信号输出端与采集模块连接，其中，感测温度的步骤包括：通过测温端感测制动器刹车片的温度；通过信号输出端将测温端感测到的温度传输给采集模块。

温度监测方法还包括：根据控制器接收到的温度计算异常检验值；异常检验值包括第一时间内温度传感器感测到的所有温度中的瞬时最高温度值，根据异常检验值判断是否发生异常，触发报警。

触发报警的具体步骤：确定瞬时最高温度值超过瞬时过温阈值，且瞬时最高温度值超过瞬时过温阈值的时间达到瞬时过温延时时间，触发瞬时过温事件故障停机。

2.2 刹车盘磨损监测改造技术方案

风机刹车盘的制动力主要依赖于摩擦片和刹车盘的夹紧力，当摩擦片因为磨损导致厚度减少时，会影响与刹车盘之间的夹紧力。按照目前的维护工艺要求，当每片摩擦片磨损超过一定数值后就要进行更换，目前的更换主要依赖现场人员手动测量判断，存在一定滞后性，为了更好的实现风机刹车片磨损状态的实时监测，可以通过加装磨损监测传感器并通过主控程序的升级优化增加磨损监测功能。

传感器加装后，可对刹车片的磨损情况进行实时监测，当检测到磨损量超出阈值后，会触发相应告警及故障提醒现场人员及时检修。

3 项目实施方案

此次刹车盘改造方案主要由刹车盘测温改造和刹车盘磨损监测改造两部分方案组成。

3.1 刹车盘测温改造实施方案

现场整体改造主要工序为：停机---物料转运---安全断电---扩孔攻丝/打孔攻丝（根据预留孔确认是否需要）---安装PT100---布线---更换格兰头---接入模块---收尾---恢复启机---运转测试。具体工序内容及要点为：（1）扩孔及攻丝测温拟采用PT100进行，PT100的安装利用前期刹车钳的预留孔位，安装前需要先拆除刹车背板，安装完成后再重新安装背板。PT100安装时通过转接头固定。（2）线缆布线电缆从传感器出线，电缆沿着卡钳本体走线，，随后顺着液压站侧走线，顺下到齿轮箱底部，沿着底部其他电缆路径往CN柜侧布线，电缆沿着齿轮箱本体电缆一起走线，跨入底部动力电缆梯架上，沿着梯架走线，跨入到网格线槽上，沿着线槽走线至CN柜下方的桥架上，最后接到CN柜内，多余电缆在CN柜下方桥架上盘圈。（备注：电缆走线时需注意每隔300mm需要用扎带绑扎固定。另外，盘圈时电缆不可违背最小折弯半径，同时避开周围的机械磨损点。（3）线缆接入线缆到达CN柜柜底后，经格兰头进入CN柜内部，并接入预留的测温模块通道，接入前需注意将模块供电断开。（4）软件升级安装完成后，部署相对应的软件版本进行调试。全场风机执行完以后在升压站监控界面增加该测点。

3.2 刹车盘磨损监测改造实施方案

刹车片磨损监测的主要改造工序如下：（1）传感器安装磨损传感器安装利用预留的孔位，将刹车磨损传感器拧入刹车制动钳中后用手拧紧并按要求施加力矩并用记号笔进行标记。（2）传感器布线磨损传感器线缆经液压站后到齿轮箱下部，在液压站支撑处进行狮子绑扎，然后经齿轮箱腹部进入控揽槽在网格线槽内布线至CN柜下方后，线缆穿入CN柜底封板对应的格兰头，并锁紧格兰头画红色贯穿标记。另外，需要注意电缆每隔30cm需使用扎带绑扎牢靠，弯头处电缆留有弧度，不紧绷，线缆敷设避开金属锋利面，若无法避免，需加橡胶皮以保护。（3）线缆接入线缆进入CN柜后，预留一定长度然后接入模块预留通道。传感器线缆注意塞入线槽内部。（4）软件升级及调试线缆接入模块后，对主控软件进行功能升级增加磨损监测功能，随后通过测试检查功能是否正常，全场改造完成后对站端软件进行评估。

4 结语

通过对石壁山长峰风电场现有高速制动器的测温和磨损监测系统进行全面的改造，成功地将先进的传感技术和智能化控制方案应用于风电场的运营之中。改造实施过程中，从传感器的选型和安装，到线缆的布线和接入，再到软件的升级和调试，每个步骤都旨在确保改造工作的高效性和改造后系统的稳定性。通过实时监测制动器刹车片的温度和磨损状况，系统能够及时响应任何异常状态，从而大幅降低了因故障延迟响应而引发的风险。

参考文献

[1]刘宏伟.国产某机型风电机组实现高速刹车温度监测功能研究[J].能源科技,2020,18(04):64-68.