淺議風(fēng)電機(jī)組的振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用方案

摘要：文章結(jié)合了國華能源投資有限公司的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)介紹了振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng)用方案，包括傳感器在兩種不同齒輪箱結(jié)構(gòu)的風(fēng)電機(jī)組上的布置、傳感器的選型及安裝、振動(dòng)數(shù)據(jù)的有線及無線通訊方式、離線振動(dòng)檢測設(shè)備的應(yīng)用等，對風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)有一定的借鑒作用。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)；風(fēng)電機(jī)組；應(yīng)用方案；傳感器；振動(dòng)數(shù)據(jù)

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0042-03

近兩年來，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)受到越來越多的重視，并逐步得到大規(guī)模的推廣，在提前預(yù)知設(shè)備故障、提高設(shè)備的可靠性和利用率方面發(fā)揮了較好的作用。

國華能源投資有限公司從2010年開始大規(guī)模推廣振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，是國內(nèi)振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)引進(jìn)最早、裝機(jī)規(guī)模最大的風(fēng)電運(yùn)營商之一，通過不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，國華能源投資有限公司制定了較完善的振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用方案，有效地對風(fēng)電機(jī)組的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為風(fēng)場制定設(shè)備的維護(hù)維修計(jì)劃提供了指導(dǎo)性的依據(jù)，極大地提高了風(fēng)場計(jì)劃性維修的比例，節(jié)約了發(fā)電量及運(yùn)營成本，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。本文結(jié)合了國華能源投資有限公司的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)對振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在風(fēng)電機(jī)組中的應(yīng)用做了簡要分析及介紹，可為同行參考。

1 傳感器的布置

風(fēng)電機(jī)組的傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)包括主軸承、齒輪箱、聯(lián)軸器及發(fā)電機(jī)。齒輪箱的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，常規(guī)的風(fēng)電機(jī)組齒輪箱結(jié)構(gòu)有兩種：一級行星、兩級平行軸結(jié)構(gòu)及兩級行星、一級平行軸結(jié)構(gòu)。對于無齒輪箱的直驅(qū)型風(fēng)電機(jī)組，在此不做討論。

風(fēng)電機(jī)組的齒輪箱故障診斷為業(yè)內(nèi)公認(rèn)的技術(shù)難題，國際上將機(jī)械設(shè)備的故障診斷難度等級分為10級，風(fēng)電機(jī)組齒輪箱故障診斷的難度等級約為5～6級，介于燃?xì)廨啓C(jī)及直升機(jī)傳動(dòng)鏈故障診斷的難度等級之間，因此，齒輪箱應(yīng)作為重點(diǎn)的監(jiān)控對象，但由于受到安裝條件和監(jiān)測系統(tǒng)成本的制約，一般建議在齒輪箱上安裝4～5只振動(dòng)傳感器，德國船級社2013年發(fā)布的風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)推薦齒輪箱安裝振動(dòng)傳感器的數(shù)量為4+1，即4個(gè)徑向傳感器加1個(gè)軸向傳感器。

相對于德國船級社的推薦方案，國華能源投資有限公司的方案里減少了一個(gè)主軸承軸向傳感器，增加了一個(gè)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向傳感器。

常規(guī)風(fēng)電機(jī)組為單主軸承結(jié)構(gòu)，主軸承為輥?zhàn)诱{(diào)心軸承，承載少量的軸向推力，主要的軸向推力由齒輪箱承擔(dān)，因此在軸向方向安裝振動(dòng)傳感器對故障診斷的效果不是很明顯，主軸承發(fā)生故障時(shí)的特征主要體現(xiàn)在徑向上；另外主軸承部位為低速重載部位，所需傳感器為低頻傳感器，價(jià)格較貴。因此，綜合考慮以上因素，國華公司采用在主軸承上安裝一個(gè)振動(dòng)傳感器的方案，能滿足故障診斷的要求。

齒輪箱高速軸齒輪為斜齒齒輪，運(yùn)行時(shí)在軸向方向上有連續(xù)的推力，因此，僅在高速軸軸向部位安裝振動(dòng)傳感器用來診斷風(fēng)電機(jī)組的不對中故障效果不明顯，在發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸向部位加裝一個(gè)傳感器后，可以準(zhǔn)確地診斷不對中故障，除此之外，當(dāng)發(fā)電機(jī)兩端徑向傳感器監(jiān)測到明顯的1倍、2倍轉(zhuǎn)頻后，驅(qū)動(dòng)端軸向傳感器監(jiān)測的頻譜圖可以有效地幫助區(qū)分該故障是否為轉(zhuǎn)子不平衡或轉(zhuǎn)子彎曲。

綜上，國華公司的布置方案共需安裝9個(gè)振動(dòng)傳感器，具體的布置位置如下：

一級行星、兩級平行軸結(jié)構(gòu)：主軸承1個(gè)（徑向）、齒輪箱輸入軸軸承1個(gè)（徑向）、行星輪大齒圈1個(gè)（徑向）、齒輪箱低速軸輸出端1個(gè)（徑向）、齒輪箱高速軸輸出端2個(gè)（軸向和徑向）、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端2個(gè)（軸向和徑向）、發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端1個(gè)（徑向）。

二級行星、一級平行軸結(jié)構(gòu)：主軸前軸承1個(gè)（徑向）、一級行星輪大齒圈1個(gè)（徑向）、二級行星輪大齒圈1個(gè)（徑向），齒輪箱低速軸輸出端1個(gè)（徑向）、齒輪箱高速軸輸出端2個(gè)（軸向和徑向）、發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端2個(gè)（軸向和徑向）、發(fā)電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端1個(gè)（徑向）。

確定傳感器具體安裝位置的原則為：盡可能保證直接的振動(dòng)信號傳播。傳感器應(yīng)靠近部件的承載區(qū)，一般為軸承位置，行星部位的傳感器安裝在大齒圈上，應(yīng)盡量保證所有傳感器的安裝方向?yàn)樽畲筝d荷方向。

2 傳感器的選型及安裝

2.1 傳感器的選型

振動(dòng)傳感器的選型是否準(zhǔn)確對獲得數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性有重要的影響，風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與功率隨風(fēng)況實(shí)時(shí)變化，所以一般采用加速度振動(dòng)傳感器，頻率范圍寬，受干擾較小。

傳感器的選型主要考慮三個(gè)方面的因素：靈敏度、頻響范圍、工作溫度范圍。

風(fēng)電機(jī)組不同部位的轉(zhuǎn)速差別較大，需采用兩種類型的傳感器：低頻型加速度傳感器及普通型加速度傳感器。主軸部位的轉(zhuǎn)速最低，一般不高于每分鐘21轉(zhuǎn)，應(yīng)選擇最低頻響范圍低于0.3Hz的傳感器，且要求傳感器的靈敏度較高；高轉(zhuǎn)速部位選用頻響范圍為0.5Hz的普通型傳感器即可。而且由于齒輪箱的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障頻率的范圍較寬，對傳感器的頻響范圍要求也較高。另外還需要考慮北方地區(qū)的寒冷天氣，保證低溫時(shí)傳感器能夠正常的工作。沒有明確地規(guī)定要求在多少轉(zhuǎn)速以下的部位需安裝低頻傳感器，國華公司根據(jù)經(jīng)驗(yàn)制定了相應(yīng)的方案：齒輪箱為一級行星、兩級平行軸結(jié)構(gòu)的風(fēng)電機(jī)組，主軸承、齒輪箱輸入軸、行星輪大齒圈部位應(yīng)使用低頻加速度傳感器；齒輪箱為兩級行星、一級平行軸結(jié)構(gòu)的風(fēng)電機(jī)組，主軸前軸承、一級行星輪大齒圈部位應(yīng)使用低頻加速度傳感器；其他部位使用普通型加速度傳感器。

2.2 傳感器的安裝

傳感器的安裝方式主要有兩種：螺紋安裝及粘接安裝。螺紋安裝方式主要用于OEM項(xiàng)目即新建設(shè)的風(fēng)電項(xiàng)目上，風(fēng)機(jī)在出廠前，按照振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備的安裝工藝在傳動(dòng)鏈相應(yīng)部位打好螺紋孔，并將數(shù)據(jù)線纜及數(shù)據(jù)采集器布置規(guī)范。傳感器一般在風(fēng)機(jī)吊裝完成后再進(jìn)行安裝，避免在風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)輸過程中的碰撞損壞。螺紋安裝方式是最好的一種傳感器安裝方式，結(jié)構(gòu)牢靠，不易松脫，且傳感器采集的振動(dòng)信號準(zhǔn)確、真實(shí)。因此，在條件許可的情況下，都建議采用螺紋安裝方式安裝振動(dòng)傳感器。在風(fēng)電機(jī)組吊裝完成投入運(yùn)行后，加裝振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備時(shí)推薦采用粘接的方式安裝傳感器。機(jī)艙內(nèi)的空間較小，打螺紋孔所需的工裝不易安放及操作，影響打孔的精度。相對于螺紋安裝，粘接安裝的傳感器的有效采樣頻率范圍稍小，采集的信號強(qiáng)度也有一定的衰減，但均能滿足風(fēng)電機(jī)組故障分析的要求。

粘接安裝傳感器時(shí)需要注意一個(gè)問題：側(cè)出線的傳感器在安裝固定前，需要調(diào)整好連接墊片的方位，防止傳感器與墊片在連接緊固后，出線的位置不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)線纜過度彎曲而影響信號的質(zhì)量和線纜的壽命。正確的操作方法為：在安裝前，將墊片與傳感器預(yù)先進(jìn)行連接，在安裝位置將出線調(diào)整到合理的方向，并在墊片及風(fēng)機(jī)設(shè)備上做好標(biāo)記線，安裝時(shí)根據(jù)標(biāo)記的位置粘接墊片，可以保證傳感器的出線方向準(zhǔn)確。

無論是螺紋安裝或粘接安裝，均需對設(shè)備表面進(jìn)行打磨，因此，在傳感器安裝完成后，應(yīng)對暴露在外的金屬表面進(jìn)行補(bǔ)漆處理，防止生銹。

3 數(shù)據(jù)通訊方式

傳感器采集到的振動(dòng)信號，通過數(shù)據(jù)采集器傳回到風(fēng)場主控室的振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器中。數(shù)據(jù)采集器與主控室服務(wù)器的通訊有兩種方式：有線通訊方式及無線通訊方式。無線通訊方式的信號傳輸范圍有限，而且受天氣狀況的影響較大，易造成數(shù)據(jù)的傳輸不穩(wěn)定甚至丟失，因此，在條件許可的情況下，建議優(yōu)先選擇有線通訊方式。

3.1 有線通訊方式

數(shù)據(jù)采集器輸出的信號為電信號，需要轉(zhuǎn)換為光信號，通過風(fēng)場環(huán)網(wǎng)光纖傳輸?shù)街骺厥?，再轉(zhuǎn)換為電信號，才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)監(jiān)測服務(wù)器中，整個(gè)過程可簡單描述為電-光-電轉(zhuǎn)換。不同品牌的風(fēng)機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的方式有所不同，不同的風(fēng)電場光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式也有所不同，通過歸納總結(jié)，實(shí)現(xiàn)電-光-電的轉(zhuǎn)換基本上有三種方式。

3.1.1 通過機(jī)艙控制柜內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)艙控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過風(fēng)電機(jī)組已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖1所示：

本通訊方式簡單、經(jīng)濟(jì)，僅需要一根短網(wǎng)線將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與機(jī)艙控制柜內(nèi)的交換機(jī)連接即可。局限性在于：機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)需要有空余的可用網(wǎng)口。部分類型的風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮預(yù)留通訊網(wǎng)口，或者預(yù)留的網(wǎng)口數(shù)量較少而被占用，將導(dǎo)致無法完成通訊。需要注意的是，振動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸有可能會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組其他數(shù)據(jù)的正常通訊，因此需進(jìn)行測試，將振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊流量控制在不影響正常通訊的最大流量值之內(nèi)。

3.1.2 通過塔底控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用風(fēng)電機(jī)組塔底控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過機(jī)組的已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)，來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖2所示。

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)沒有預(yù)留通訊網(wǎng)口或者預(yù)留網(wǎng)口被占用時(shí)，可采用這種通訊方式。與第一種有線通訊方式相比，本通訊方式需增加一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與塔底的以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接。鋪設(shè)網(wǎng)線時(shí)需要預(yù)先制定好方案，避免網(wǎng)線被風(fēng)機(jī)的電纜擠壓破壞。

3.1.3 加裝光電交換機(jī)，利用風(fēng)電機(jī)組環(huán)網(wǎng)備用光纖組建通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)組塔底與環(huán)網(wǎng)相連的光電轉(zhuǎn)換器的備用光纖，分別在塔底和主控室的光纜匯集處加裝光電交換機(jī)組建通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊簡圖如圖3所示：

在塔底控制柜內(nèi)加裝的光電交換機(jī)，通過光纖跳線與塔底的備用光纖尾纖盒相連；在主控室加裝的光電交換機(jī)，將各環(huán)網(wǎng)的光纖匯聚集中，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器與每個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的通訊。

本通訊方式同樣需要加裝一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，同時(shí)還需加裝兩個(gè)光電交換機(jī)，通訊成本高，安裝過程復(fù)雜，但是在整個(gè)通訊過程中，沒有與風(fēng)電機(jī)組原有的通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生交集，不影響其自身數(shù)據(jù)的傳輸，也避免了其他通訊的干擾，保證了振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。當(dāng)塔底原光纖網(wǎng)絡(luò)有通訊協(xié)議，無法正常使用時(shí)，可采用本通訊方式。

3.2 無線通訊方式

無線通訊方式通過在每臺(tái)機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)加裝無線發(fā)送電臺(tái)，在主控室內(nèi)加裝一個(gè)無線接收電臺(tái)來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊。通訊簡圖如圖4所示。

機(jī)艙內(nèi)的無線電臺(tái)與振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器以網(wǎng)線相連，通過發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。無線通訊方式信號的發(fā)送范圍受到天線發(fā)射功率的限制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也會(huì)受到如風(fēng)速、溫度、空氣濕度等天氣狀況的影響。

還有一種無線通訊方式是通過GPRS系統(tǒng)來完成通訊，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性相對稍好一些，但傳輸速度較慢，還需定期繳納一定的費(fèi)用。

4 離線振動(dòng)檢測設(shè)備的應(yīng)用

在風(fēng)電機(jī)組上應(yīng)用的離線振動(dòng)檢測設(shè)備應(yīng)為一套完整的、能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量及儲(chǔ)存的設(shè)備，具有以下特點(diǎn)：多通道、自動(dòng)測量及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

按照安全規(guī)程的要求，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候，人員不能在機(jī)艙內(nèi)停留，因此離線檢測設(shè)備應(yīng)具有自動(dòng)測量及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的功能。離線設(shè)備傳感器的布置與選型與在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)一致，同時(shí)對多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此應(yīng)為多通道設(shè)備，離線檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)通過RJ45以太網(wǎng)口與電腦直接進(jìn)行通訊。

離線設(shè)備主要用于對風(fēng)電機(jī)組的日常巡檢，評估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)場應(yīng)設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測專工，負(fù)責(zé)離線設(shè)備的使用及對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、評估，建立離線振動(dòng)監(jiān)測檔案，對風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障情況按嚴(yán)重程度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，制定合理的復(fù)檢周期并提出維護(hù)維修建議。

5 結(jié)語

2011年8月，國家能源局頒布了《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測導(dǎo)則》，標(biāo)志著風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用監(jiān)測診斷技術(shù)的必要性和有效性，已逐漸得到國內(nèi)風(fēng)電運(yùn)營商和制造商的認(rèn)可。通過不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案將會(huì)越來越成熟，目前對于風(fēng)電機(jī)組葉片及塔筒的故障監(jiān)測已處于試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集階段，相信在不久的將來，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案里將增加這兩方面的內(nèi)容，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)將會(huì)更有效地指導(dǎo)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的維護(hù)維修工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳長征，胡立新，周勃，費(fèi)朝陽.設(shè)備振動(dòng)分析與故障診斷技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

作者簡介：鄭海波（1979-），國華能源投資有限公司設(shè)備維護(hù)專員，機(jī)械設(shè)備工程師，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測。

粘接安裝傳感器時(shí)需要注意一個(gè)問題：側(cè)出線的傳感器在安裝固定前，需要調(diào)整好連接墊片的方位，防止傳感器與墊片在連接緊固后，出線的位置不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)線纜過度彎曲而影響信號的質(zhì)量和線纜的壽命。正確的操作方法為：在安裝前，將墊片與傳感器預(yù)先進(jìn)行連接，在安裝位置將出線調(diào)整到合理的方向，并在墊片及風(fēng)機(jī)設(shè)備上做好標(biāo)記線，安裝時(shí)根據(jù)標(biāo)記的位置粘接墊片，可以保證傳感器的出線方向準(zhǔn)確。

無論是螺紋安裝或粘接安裝，均需對設(shè)備表面進(jìn)行打磨，因此，在傳感器安裝完成后，應(yīng)對暴露在外的金屬表面進(jìn)行補(bǔ)漆處理，防止生銹。

3 數(shù)據(jù)通訊方式

傳感器采集到的振動(dòng)信號，通過數(shù)據(jù)采集器傳回到風(fēng)場主控室的振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器中。數(shù)據(jù)采集器與主控室服務(wù)器的通訊有兩種方式：有線通訊方式及無線通訊方式。無線通訊方式的信號傳輸范圍有限，而且受天氣狀況的影響較大，易造成數(shù)據(jù)的傳輸不穩(wěn)定甚至丟失，因此，在條件許可的情況下，建議優(yōu)先選擇有線通訊方式。

3.1 有線通訊方式

數(shù)據(jù)采集器輸出的信號為電信號，需要轉(zhuǎn)換為光信號，通過風(fēng)場環(huán)網(wǎng)光纖傳輸?shù)街骺厥?，再轉(zhuǎn)換為電信號，才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)監(jiān)測服務(wù)器中，整個(gè)過程可簡單描述為電-光-電轉(zhuǎn)換。不同品牌的風(fēng)機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的方式有所不同，不同的風(fēng)電場光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式也有所不同，通過歸納總結(jié)，實(shí)現(xiàn)電-光-電的轉(zhuǎn)換基本上有三種方式。

3.1.1 通過機(jī)艙控制柜內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)艙控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過風(fēng)電機(jī)組已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖1所示：

本通訊方式簡單、經(jīng)濟(jì)，僅需要一根短網(wǎng)線將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與機(jī)艙控制柜內(nèi)的交換機(jī)連接即可。局限性在于：機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)需要有空余的可用網(wǎng)口。部分類型的風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮預(yù)留通訊網(wǎng)口，或者預(yù)留的網(wǎng)口數(shù)量較少而被占用，將導(dǎo)致無法完成通訊。需要注意的是，振動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸有可能會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組其他數(shù)據(jù)的正常通訊，因此需進(jìn)行測試，將振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊流量控制在不影響正常通訊的最大流量值之內(nèi)。

3.1.2 通過塔底控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用風(fēng)電機(jī)組塔底控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過機(jī)組的已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)，來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖2所示。

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)沒有預(yù)留通訊網(wǎng)口或者預(yù)留網(wǎng)口被占用時(shí)，可采用這種通訊方式。與第一種有線通訊方式相比，本通訊方式需增加一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與塔底的以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接。鋪設(shè)網(wǎng)線時(shí)需要預(yù)先制定好方案，避免網(wǎng)線被風(fēng)機(jī)的電纜擠壓破壞。

3.1.3 加裝光電交換機(jī)，利用風(fēng)電機(jī)組環(huán)網(wǎng)備用光纖組建通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)組塔底與環(huán)網(wǎng)相連的光電轉(zhuǎn)換器的備用光纖，分別在塔底和主控室的光纜匯集處加裝光電交換機(jī)組建通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊簡圖如圖3所示：

在塔底控制柜內(nèi)加裝的光電交換機(jī)，通過光纖跳線與塔底的備用光纖尾纖盒相連；在主控室加裝的光電交換機(jī)，將各環(huán)網(wǎng)的光纖匯聚集中，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器與每個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的通訊。

本通訊方式同樣需要加裝一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，同時(shí)還需加裝兩個(gè)光電交換機(jī)，通訊成本高，安裝過程復(fù)雜，但是在整個(gè)通訊過程中，沒有與風(fēng)電機(jī)組原有的通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生交集，不影響其自身數(shù)據(jù)的傳輸，也避免了其他通訊的干擾，保證了振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。當(dāng)塔底原光纖網(wǎng)絡(luò)有通訊協(xié)議，無法正常使用時(shí)，可采用本通訊方式。

3.2 無線通訊方式

無線通訊方式通過在每臺(tái)機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)加裝無線發(fā)送電臺(tái)，在主控室內(nèi)加裝一個(gè)無線接收電臺(tái)來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊。通訊簡圖如圖4所示。

機(jī)艙內(nèi)的無線電臺(tái)與振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器以網(wǎng)線相連，通過發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。無線通訊方式信號的發(fā)送范圍受到天線發(fā)射功率的限制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也會(huì)受到如風(fēng)速、溫度、空氣濕度等天氣狀況的影響。

還有一種無線通訊方式是通過GPRS系統(tǒng)來完成通訊，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性相對稍好一些，但傳輸速度較慢，還需定期繳納一定的費(fèi)用。

4 離線振動(dòng)檢測設(shè)備的應(yīng)用

在風(fēng)電機(jī)組上應(yīng)用的離線振動(dòng)檢測設(shè)備應(yīng)為一套完整的、能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量及儲(chǔ)存的設(shè)備，具有以下特點(diǎn)：多通道、自動(dòng)測量及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

按照安全規(guī)程的要求，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候，人員不能在機(jī)艙內(nèi)停留，因此離線檢測設(shè)備應(yīng)具有自動(dòng)測量及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的功能。離線設(shè)備傳感器的布置與選型與在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)一致，同時(shí)對多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此應(yīng)為多通道設(shè)備，離線檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)通過RJ45以太網(wǎng)口與電腦直接進(jìn)行通訊。

離線設(shè)備主要用于對風(fēng)電機(jī)組的日常巡檢，評估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)場應(yīng)設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測專工，負(fù)責(zé)離線設(shè)備的使用及對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、評估，建立離線振動(dòng)監(jiān)測檔案，對風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障情況按嚴(yán)重程度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，制定合理的復(fù)檢周期并提出維護(hù)維修建議。

5 結(jié)語

2011年8月，國家能源局頒布了《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測導(dǎo)則》，標(biāo)志著風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用監(jiān)測診斷技術(shù)的必要性和有效性，已逐漸得到國內(nèi)風(fēng)電運(yùn)營商和制造商的認(rèn)可。通過不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案將會(huì)越來越成熟，目前對于風(fēng)電機(jī)組葉片及塔筒的故障監(jiān)測已處于試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集階段，相信在不久的將來，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案里將增加這兩方面的內(nèi)容，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)將會(huì)更有效地指導(dǎo)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的維護(hù)維修工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳長征，胡立新，周勃，費(fèi)朝陽.設(shè)備振動(dòng)分析與故障診斷技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

作者簡介：鄭海波（1979-），國華能源投資有限公司設(shè)備維護(hù)專員，機(jī)械設(shè)備工程師，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測。

粘接安裝傳感器時(shí)需要注意一個(gè)問題：側(cè)出線的傳感器在安裝固定前，需要調(diào)整好連接墊片的方位，防止傳感器與墊片在連接緊固后，出線的位置不合理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)線纜過度彎曲而影響信號的質(zhì)量和線纜的壽命。正確的操作方法為：在安裝前，將墊片與傳感器預(yù)先進(jìn)行連接，在安裝位置將出線調(diào)整到合理的方向，并在墊片及風(fēng)機(jī)設(shè)備上做好標(biāo)記線，安裝時(shí)根據(jù)標(biāo)記的位置粘接墊片，可以保證傳感器的出線方向準(zhǔn)確。

無論是螺紋安裝或粘接安裝，均需對設(shè)備表面進(jìn)行打磨，因此，在傳感器安裝完成后，應(yīng)對暴露在外的金屬表面進(jìn)行補(bǔ)漆處理，防止生銹。

3 數(shù)據(jù)通訊方式

傳感器采集到的振動(dòng)信號，通過數(shù)據(jù)采集器傳回到風(fēng)場主控室的振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器中。數(shù)據(jù)采集器與主控室服務(wù)器的通訊有兩種方式：有線通訊方式及無線通訊方式。無線通訊方式的信號傳輸范圍有限，而且受天氣狀況的影響較大，易造成數(shù)據(jù)的傳輸不穩(wěn)定甚至丟失，因此，在條件許可的情況下，建議優(yōu)先選擇有線通訊方式。

3.1 有線通訊方式

數(shù)據(jù)采集器輸出的信號為電信號，需要轉(zhuǎn)換為光信號，通過風(fēng)場環(huán)網(wǎng)光纖傳輸?shù)街骺厥?，再轉(zhuǎn)換為電信號，才能將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸駝?dòng)監(jiān)測服務(wù)器中，整個(gè)過程可簡單描述為電-光-電轉(zhuǎn)換。不同品牌的風(fēng)機(jī)將電信號轉(zhuǎn)換為光信號的方式有所不同，不同的風(fēng)電場光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式也有所不同，通過歸納總結(jié)，實(shí)現(xiàn)電-光-電的轉(zhuǎn)換基本上有三種方式。

3.1.1 通過機(jī)艙控制柜內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)艙控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過風(fēng)電機(jī)組已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖1所示：

本通訊方式簡單、經(jīng)濟(jì)，僅需要一根短網(wǎng)線將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與機(jī)艙控制柜內(nèi)的交換機(jī)連接即可。局限性在于：機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)需要有空余的可用網(wǎng)口。部分類型的風(fēng)電機(jī)組在設(shè)計(jì)時(shí)沒有考慮預(yù)留通訊網(wǎng)口，或者預(yù)留的網(wǎng)口數(shù)量較少而被占用，將導(dǎo)致無法完成通訊。需要注意的是，振動(dòng)數(shù)據(jù)的傳輸有可能會(huì)影響風(fēng)電機(jī)組其他數(shù)據(jù)的正常通訊，因此需進(jìn)行測試，將振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊流量控制在不影響正常通訊的最大流量值之內(nèi)。

3.1.2 通過塔底控制柜內(nèi)以太網(wǎng)交換機(jī)并利用機(jī)組原有通訊網(wǎng)絡(luò)。利用風(fēng)電機(jī)組塔底控制柜內(nèi)已有的以太網(wǎng)交換機(jī)的空余RJ45電口，通過機(jī)組的已有的通訊環(huán)路，經(jīng)由主控繼保室內(nèi)的通訊交換機(jī)，來完成與振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集控制和傳輸。通訊簡圖如圖2所示。

當(dāng)風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙內(nèi)的以太網(wǎng)交換機(jī)沒有預(yù)留通訊網(wǎng)口或者預(yù)留網(wǎng)口被占用時(shí)，可采用這種通訊方式。與第一種有線通訊方式相比，本通訊方式需增加一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，將振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器與塔底的以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行連接。鋪設(shè)網(wǎng)線時(shí)需要預(yù)先制定好方案，避免網(wǎng)線被風(fēng)機(jī)的電纜擠壓破壞。

3.1.3 加裝光電交換機(jī)，利用風(fēng)電機(jī)組環(huán)網(wǎng)備用光纖組建通訊網(wǎng)絡(luò)。利用機(jī)組塔底與環(huán)網(wǎng)相連的光電轉(zhuǎn)換器的備用光纖，分別在塔底和主控室的光纜匯集處加裝光電交換機(jī)組建通訊網(wǎng)絡(luò)。通訊簡圖如圖3所示：

在塔底控制柜內(nèi)加裝的光電交換機(jī)，通過光纖跳線與塔底的備用光纖尾纖盒相連；在主控室加裝的光電交換機(jī)，將各環(huán)網(wǎng)的光纖匯聚集中，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測服務(wù)器與每個(gè)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器的通訊。

本通訊方式同樣需要加裝一根從機(jī)艙到塔底的工業(yè)網(wǎng)線，同時(shí)還需加裝兩個(gè)光電交換機(jī)，通訊成本高，安裝過程復(fù)雜，但是在整個(gè)通訊過程中，沒有與風(fēng)電機(jī)組原有的通訊網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生交集，不影響其自身數(shù)據(jù)的傳輸，也避免了其他通訊的干擾，保證了振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定。當(dāng)塔底原光纖網(wǎng)絡(luò)有通訊協(xié)議，無法正常使用時(shí)，可采用本通訊方式。

3.2 無線通訊方式

無線通訊方式通過在每臺(tái)機(jī)組的機(jī)艙內(nèi)加裝無線發(fā)送電臺(tái)，在主控室內(nèi)加裝一個(gè)無線接收電臺(tái)來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的通訊。通訊簡圖如圖4所示。

機(jī)艙內(nèi)的無線電臺(tái)與振動(dòng)數(shù)據(jù)采集器以網(wǎng)線相連，通過發(fā)射天線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊。無線通訊方式信號的發(fā)送范圍受到天線發(fā)射功率的限制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性也會(huì)受到如風(fēng)速、溫度、空氣濕度等天氣狀況的影響。

還有一種無線通訊方式是通過GPRS系統(tǒng)來完成通訊，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性相對稍好一些，但傳輸速度較慢，還需定期繳納一定的費(fèi)用。

4 離線振動(dòng)檢測設(shè)備的應(yīng)用

在風(fēng)電機(jī)組上應(yīng)用的離線振動(dòng)檢測設(shè)備應(yīng)為一套完整的、能獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)的測量及儲(chǔ)存的設(shè)備，具有以下特點(diǎn)：多通道、自動(dòng)測量及儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

按照安全規(guī)程的要求，在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候，人員不能在機(jī)艙內(nèi)停留，因此離線檢測設(shè)備應(yīng)具有自動(dòng)測量及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的功能。離線設(shè)備傳感器的布置與選型與在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)一致，同時(shí)對多個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，因此應(yīng)為多通道設(shè)備，離線檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)通過RJ45以太網(wǎng)口與電腦直接進(jìn)行通訊。

離線設(shè)備主要用于對風(fēng)電機(jī)組的日常巡檢，評估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。風(fēng)場應(yīng)設(shè)置振動(dòng)監(jiān)測專工，負(fù)責(zé)離線設(shè)備的使用及對風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析、評估，建立離線振動(dòng)監(jiān)測檔案，對風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障情況按嚴(yán)重程度進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，制定合理的復(fù)檢周期并提出維護(hù)維修建議。

5 結(jié)語

2011年8月，國家能源局頒布了《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測導(dǎo)則》，標(biāo)志著風(fēng)電機(jī)組應(yīng)用監(jiān)測診斷技術(shù)的必要性和有效性，已逐漸得到國內(nèi)風(fēng)電運(yùn)營商和制造商的認(rèn)可。通過不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案將會(huì)越來越成熟，目前對于風(fēng)電機(jī)組葉片及塔筒的故障監(jiān)測已處于試驗(yàn)數(shù)據(jù)收集階段，相信在不久的將來，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用方案里將增加這兩方面的內(nèi)容，振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)將會(huì)更有效地指導(dǎo)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的維護(hù)維修工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳長征，胡立新，周勃，費(fèi)朝陽.設(shè)備振動(dòng)分析與故障診斷技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2007.

作者簡介：鄭海波（1979-），國華能源投資有限公司設(shè)備維護(hù)專員，機(jī)械設(shè)備工程師，研究方向：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測。