淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋發(fā)電機(jī)故障與處理

劉剛

（大唐新能源通遼公司 028000）

淺談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋發(fā)電機(jī)故障與處理

劉剛

（大唐新能源通遼公司 028000）

本文簡(jiǎn)單介紹現(xiàn)階段在風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)的工作原理以及在發(fā)電機(jī)的運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，針對(duì)出現(xiàn)的故障會(huì)進(jìn)行不同的雙饋發(fā)電機(jī)故障診斷，在分析工作原理和發(fā)動(dòng)機(jī)故障的基礎(chǔ)上對(duì)故障診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析，從而分析雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障的診斷方法及對(duì)策，為后期更好對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋發(fā)電機(jī)的故障進(jìn)行處理提供理論支持和操作指導(dǎo)，提高處理風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋發(fā)電機(jī)故障的水平。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；雙饋發(fā)電機(jī)；故障；處理

1 前言

人類社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展都離不開(kāi)能源的支撐。工業(yè)革命以來(lái)，人類大量使用煤炭、石油等不可再生資源，很大程度上依靠這些資源推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)的進(jìn)步。但是近年來(lái)煤炭、石油等資源逐漸出現(xiàn)枯竭，而且在使用煤炭石油的過(guò)程中對(duì)自然環(huán)境也造成了很大的破壞。新的發(fā)展時(shí)代，風(fēng)能資源的使用逐漸受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。風(fēng)能資源是可以無(wú)限次使用的過(guò)程性能源，而且在使用中不會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染破壞，在供能方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和推廣，許多新興技術(shù)被應(yīng)用到風(fēng)能發(fā)電中，許多新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組逐漸投入使用。國(guó)內(nèi)許多風(fēng)力發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中較多的使用雙饋發(fā)電機(jī)，在正常使用的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)或者機(jī)組的故障，影響風(fēng)力發(fā)電過(guò)程。因此需要加強(qiáng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障的診斷，提高診斷技術(shù)，研究更加合理的診斷方法，從而更好更快的處理發(fā)電機(jī)出現(xiàn)的故障，保障風(fēng)力發(fā)電的正常進(jìn)行。

2 風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)工作原理及常見(jiàn)故障

2.1 風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)工作原理

風(fēng)力發(fā)電的基本原理就是利用風(fēng)力的推動(dòng)使風(fēng)輪的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，將自然界的風(fēng)能轉(zhuǎn)化為葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能，然后轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械能經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)的磁電作用產(chǎn)生電能。最后再經(jīng)過(guò)變壓器進(jìn)行增壓盡可以輸送到電網(wǎng)中。對(duì)于風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)而言，可以利用電機(jī)學(xué)的理論解釋其工作原理。只要將三相對(duì)稱的交流電通入正常轉(zhuǎn)子的三相對(duì)稱的電線繞組中，根據(jù)電磁理論，就會(huì)在發(fā)電機(jī)的氣隙之間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的電磁場(chǎng)，其中磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速由兩方面的因素決定：①通入交流電的頻率；②發(fā)電機(jī)中電機(jī)的對(duì)數(shù)。具體的關(guān)系式如下所示：

通入的電流頻率f2越大，對(duì)應(yīng)的流動(dòng)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n2也就越大。通過(guò)改變電流頻率能夠很容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)流動(dòng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的控制。同理，發(fā)電機(jī)組的電流頻率與機(jī)組的底子磁場(chǎng)速度也是由存在固定的數(shù)量關(guān)系。假設(shè)電網(wǎng)頻率為50Hz的時(shí)候?qū)?yīng)的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n。根據(jù)相對(duì)速度原理可知，n+n2=n1。那么電流頻率f2=f1-=sf1。

所以雙饋發(fā)電機(jī)的風(fēng)力不同，轉(zhuǎn)速不同的情況下，能夠通過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子電流頻率的控制來(lái)維持發(fā)電機(jī)定子頻率的恒定，從而確保平穩(wěn)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)雙饋發(fā)電機(jī)的變速恒頻運(yùn)行。

2.2 風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障

發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障根據(jù)發(fā)生位置不同主要分為傳動(dòng)鏈?zhǔn)Ш桶l(fā)動(dòng)機(jī)失效兩種：

2.2.1 傳動(dòng)鏈?zhǔn)?/p>

風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中需要經(jīng)過(guò)傳動(dòng)鏈進(jìn)行機(jī)械傳遞。傳動(dòng)鏈主要是由風(fēng)機(jī)葉輪，傳動(dòng)軸，傳遞速度變速箱以及連接變速箱和發(fā)電設(shè)備的聯(lián)軸器等幾部分組成。齒輪變速箱內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，使用齒輪較多，當(dāng)風(fēng)速變化較大的時(shí)候就會(huì)造成對(duì)齒輪的破壞。是風(fēng)力雙饋發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障頻率最高的地方。風(fēng)力發(fā)電過(guò)程中，主軸處于連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致主軸出現(xiàn)彎曲、竄動(dòng)甚至斷裂的情況。主軸的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)磨損都需要軸承來(lái)承擔(dān)，長(zhǎng)期使用的情況下就會(huì)導(dǎo)致軸承磨損比較大，出現(xiàn)各種形式的失效，影響正常的發(fā)電，造成發(fā)電機(jī)故障。

2.2.2 發(fā)電機(jī)失效

發(fā)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造比較復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中受外部環(huán)境的影響較大，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行發(fā)電的過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)各種不同的故障，比如說(shuō)異常振動(dòng)，線圈短路以及發(fā)電機(jī)絕緣層故障等。往往需要根據(jù)安全方面的考慮對(duì)發(fā)電機(jī)裝備必要的繼電保護(hù)裝置來(lái)降低發(fā)電機(jī)出現(xiàn)事故的概率。發(fā)電機(jī)的使用過(guò)程中許多故障處于檢測(cè)和保護(hù)功能的盲區(qū)，正常的保護(hù)裝置無(wú)法真正發(fā)揮保護(hù)作用，致使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，而且無(wú)法及時(shí)處理。

3 雙饋發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)存在的問(wèn)題，搞清楚內(nèi)部的故障，需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的故障進(jìn)行診斷。國(guó)內(nèi)外的故障診斷技術(shù)起步時(shí)間和發(fā)展水平存在一定的差距。

3.1 國(guó)外診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

故障診斷技術(shù)最早起源于美國(guó)，起步時(shí)間較早。故障診斷技術(shù)的發(fā)展是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子信息和電氣技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)逐漸取得進(jìn)展的。國(guó)外關(guān)于雙饋發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，相關(guān)故障診斷系統(tǒng)的使用在電廠比較普遍，系統(tǒng)性能良好，運(yùn)行比較穩(wěn)定，能夠很好的發(fā)揮診斷作用，在實(shí)際使用中為電廠實(shí)現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 國(guó)內(nèi)故障診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

國(guó)內(nèi)在故障診斷技術(shù)上的研究起步較晚。20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)研究，起步階段主要是大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和研究成果；經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)外技術(shù)的研究和整理，我國(guó)開(kāi)始研究適用于國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用的新型故障診斷技術(shù)和裝置；在20世紀(jì)80年代末逐漸形成自己的理論體系，而且研究出既適用于我國(guó)發(fā)電行業(yè)又具備國(guó)際通用性的故障診斷裝置。經(jīng)過(guò)多年的努力，我國(guó)在故障診斷技術(shù)的研究中取得了巨大的進(jìn)步，也研究出了具有實(shí)用價(jià)值故障診斷系統(tǒng)，很好的實(shí)現(xiàn)了發(fā)電廠的故障在線診斷，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷方法及對(duì)策

經(jīng)過(guò)十多年的研究積累和實(shí)踐操作的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，目前對(duì)雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障診斷的研究已經(jīng)取得了眾多研究成果，形成了多種不用原理的診斷方法。根據(jù)國(guó)際上比較認(rèn)可的說(shuō)法，根據(jù)故障診斷方法的不同原理把故障診斷方法分為三種不同的類型：基于知識(shí)的故障診斷、基于解析模型的故障診斷和基于信號(hào)處理的故障診斷。

4.1 基于知識(shí)的故障診斷

在實(shí)際工作中對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，無(wú)法精確得到故障的數(shù)學(xué)模型，所以不能按照數(shù)學(xué)計(jì)算的方法準(zhǔn)確推理發(fā)電機(jī)組的故障?；谥R(shí)的故障診斷不需要精確的數(shù)學(xué)模型，降低了工作的難度，在實(shí)際診斷工作中也取得了很大的發(fā)展?；谥R(shí)的故障診斷分為三種模型：①基于淺知識(shí)的故障診斷，主要依靠的是人類在進(jìn)行故障診斷的過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)，將故障的表征現(xiàn)象與故障出現(xiàn)的原因建立對(duì)應(yīng)的映射，多種映射集合構(gòu)成一個(gè)比較完整的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的故障診斷；②基于深知識(shí)的故障診斷，需要對(duì)發(fā)電機(jī)組故障，啟發(fā)式癥狀等眾多復(fù)雜信息進(jìn)行模型構(gòu)建，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行故障診斷；③將以上兩種方法進(jìn)行結(jié)合，輔助進(jìn)行故障診斷。

4.2 基于解析模型的故障診斷

基于解析模型的故障診斷，首先要建立一個(gè)完整的系統(tǒng)先驗(yàn)信息的表達(dá)模型，然后在診斷的過(guò)程中將診斷對(duì)象的測(cè)量信息與模型中的先驗(yàn)信息進(jìn)行對(duì)比，得到一個(gè)殘差值。然后對(duì)殘差值進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而確認(rèn)發(fā)電機(jī)組的故障所在，實(shí)現(xiàn)故障診斷。發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，殘差值幾乎為零，當(dāng)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障的時(shí)候就會(huì)造成殘差值的偏離。在實(shí)際使用中，將殘差分為兩種，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組故障的分離。①結(jié)構(gòu)化殘差，主要是以零或非零區(qū)別；②固定方向性殘差，涉及到殘差向量的方向。

4.3 基于信號(hào)處理的故障診斷

基于信號(hào)處理的故障檢測(cè)依賴強(qiáng)大的信號(hào)檢測(cè)和信號(hào)處理系統(tǒng)。目前進(jìn)行信號(hào)分析的方法主要有兩種：①數(shù)字信號(hào)處理器；②計(jì)算機(jī)軟件。兩種方法各有特點(diǎn)，基本原理相同。通過(guò)對(duì)信號(hào)對(duì)處理黑可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的信息反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的反饋控制，出現(xiàn)故障能夠及時(shí)調(diào)節(jié)，使其恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙饋發(fā)電機(jī)常見(jiàn)的故障分析以及常用故障診斷方法的研究可知，目前我國(guó)在故障診斷系統(tǒng)上的水平仍然比較落后，很多技術(shù)不是很成熟。風(fēng)電行業(yè)的人員要努力做好相關(guān)技術(shù)的研究，提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷的水平，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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1004-7344（2016）13-0236-02

2016-4-15