風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械運行維護故障分析及解決辦法

劉勇峰

（東方電氣（酒泉）新能源有限公司，甘肅 酒泉 736100）

風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械運行維護故障分析及解決辦法

劉勇峰

（東方電氣（酒泉）新能源有限公司，甘肅 酒泉 736100）

風能作為一種無污染、無輻射的清潔能源受到了電力企業(yè)的廣泛關(guān)注和青睞。為了確保風力發(fā)電機組可以穩(wěn)定、安全、可靠的運行，降低機組旋轉(zhuǎn)發(fā)電過程中的故障率，需要做好風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械的維護工作。本文首先對風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械運行過程中遇到的問題進行分析，然后提出了相應的解決措施。

風力發(fā)電機組；旋轉(zhuǎn)機械；運行維護；故障分析

風力發(fā)電機機組中齒輪箱、風輪、發(fā)電機等旋轉(zhuǎn)機械是重要的組成部分，一旦風力發(fā)電機機組旋轉(zhuǎn)機械產(chǎn)生故障，需要立即采取相關(guān)措施對故障進行診斷和分析，避免影響機組的正常運行。相對于國外發(fā)達國家來說，我國風力發(fā)電起步比較晚，在風力發(fā)電機機組故障診斷方面還比較落后，所以，提高對風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障的診斷在保證風力發(fā)電機組安全性、可靠性和有效性方面具有重要意義。

1　風力發(fā)電機的機械結(jié)構(gòu)組成

我國當前的風力發(fā)電機組可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)類別的差距劃分為兩種形式，即垂直旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)兩種。其中垂直軸旋轉(zhuǎn)風輪的旋轉(zhuǎn)軸與地面為垂直狀態(tài)；而水平軸旋轉(zhuǎn)的風輪旋轉(zhuǎn)軸和氣流方向為平行狀態(tài)。而根據(jù)葉片的形狀進行劃分則可以將其劃分為雙葉、三葉以及多葉三種形式，但是無論何種形式的風力發(fā)電機組，其組成機構(gòu)都基本相同，風力發(fā)電機組的旋轉(zhuǎn)機械結(jié)構(gòu)組織組成圖如圖1所示。

圖1　風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)組成

2　常見的風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障

根據(jù)當前風力發(fā)電機組的實際運行狀況分析，在實際工作中常常會出現(xiàn)大量旋轉(zhuǎn)機械故障，而故障部位則主要為主軸軸承、主軸、齒輪箱以及葉片和發(fā)電機等。

2.1主軸軸承在實際運行過程中的故障

主軸軸承的故障主要包括磨損和擦傷、點蝕以及壓痕和腐蝕、斷裂等。主軸軸承作為發(fā)電機組的重要組成部分，在風機的實際運行過程中主軸軸承在承受軸向載荷的同時還承擔著一定的徑向載荷，倘若風輪和主軸軸承的轉(zhuǎn)動難以平衡，則會使軸承所承受的載荷大大增加，倘若再遭遇潤滑問題時，則會造成多種主軸軸承故障。

2.2主軸在實際運行過程中產(chǎn)生的基本故障

軸承故障主要包括斷軸、軟磨損、腐蝕、斷裂、壓痕以及軸振動偏心等故障。主軸承是保證風輪機和主軸穩(wěn)定運行的一個重要的結(jié)構(gòu)部件，在運行過程中需要承擔比較大的徑向荷載和軸向荷載，當主軸承和風輪機轉(zhuǎn)動不平衡、軸承潤滑效果差、承受荷載值過大時就會導致主軸承出現(xiàn)故障。

2.3齒輪箱在實際運行過程中產(chǎn)生的故障

齒輪箱在實際運行中存在的故障主要為齒面磨損和斷齒、偏心、膠合以及點蝕等，當齒輪表面過于粗糙或者齒輪潤滑條件較差時，往往會導致齒輪產(chǎn)生故障。

2.4葉片在實際運行過程中產(chǎn)生的故障

在風力發(fā)電機組的實際運行過程中葉片常見故障主要為葉片磨損、斷裂、偏移、彎曲以及疲勞等。

而導致葉片產(chǎn)生上述故障的根本原因為材料使用和安裝不符合要求，疲勞運行以及風速和風向的極具變化等多種惡劣天氣的影響。

2.5發(fā)電機在實際運行過程中存在的故障

在發(fā)電機組的實際運行過程中發(fā)電機主要存在震動過大、發(fā)電機過熱以及線圈短路等多種現(xiàn)象。發(fā)電機組產(chǎn)生故障的根本原因是長期處于超負荷運行狀態(tài)，從而使得各個部件出現(xiàn)老化的同時不能及時進行處理，最終造成絕緣物質(zhì)老化失效以及轉(zhuǎn)子和定子的不對稱。

3　對于風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障的診斷

在我國風力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過程中對國外故障診斷的先進技術(shù)已經(jīng)進行了充分借鑒，輔以大量總結(jié)和研究，當前已經(jīng)形成了具有較強先進理念的風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)。根據(jù)當前風力發(fā)電技術(shù)的應用情況分析，當前使用的診斷技術(shù)主要包括潤滑油液的分析診斷、信息故障特征提取、人工智能診斷以及設(shè)備狀態(tài)在線診斷等多種技術(shù)。

3.1對于信號故障特征提取技術(shù)的應用

在發(fā)電機組的實際運行過程中，借助信號故障特征提取診斷技術(shù)能夠?qū)C組中存在的各種信號進行檢測，并通過收集和整理以及分析對所獲得的所有數(shù)據(jù)進行處理，對于其中存在的故障進行深入分析，判斷出其中存在的機械故障部位和類型以及嚴重狀態(tài)。針對上述存在的主軸、主軸軸承、發(fā)電機、齒輪以及葉片等多種故障，借助信號故障特征提取診斷技術(shù)能夠完成診斷。

3.2對于潤滑油油液的深入分析

在當前的技術(shù)診斷過程中，往往是根據(jù)風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械所使用潤滑油的基本狀態(tài)完成故障診斷的。對潤滑油油液的分析技術(shù)主要包括油中微粒分析診斷和油質(zhì)分析兩種技術(shù)。其中，油中微粒分析診斷技術(shù)主要指鐵譜分析和光譜分析兩種方式，對于潤滑油的顆粒計數(shù)進行分析，并根據(jù)其自身的分布情況和大小等多種信息，確定故障產(chǎn)生的根本原因和當前的實際情況。油質(zhì)分析診斷技術(shù)在實際應用過程中借助磨粒直徑和油質(zhì)以及其中的微量水分含量準確判斷風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障產(chǎn)生的位置和故障部件所產(chǎn)生的磨損程度。

3.3對設(shè)備的實際運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測

在風力發(fā)電機的在線監(jiān)測診斷技術(shù)實際應用過程中充分融合了信號采集和在線監(jiān)測以及信號分析等多種技術(shù)。借助風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械的振動、溫度、壓力以及電信號等多種信號參數(shù)對風力發(fā)電設(shè)備進行在線監(jiān)測，并將所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)和事先設(shè)定的數(shù)值進行仔細比對，當發(fā)現(xiàn)異常運行狀況時則會立刻報警，進而準確獲得設(shè)備故障的基本類型和發(fā)生位置，進而采取有針對性的處理方式和預警方案。當前，該種監(jiān)測系統(tǒng)在實際應用過程中已經(jīng)得到了廣泛推廣。

信號采集、狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和狀態(tài)顯示以及報警、儲存等多種功能是風機在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能。一是借助各種設(shè)備對不同監(jiān)測點的振動信號、電信號以及溫度信號進行收集；二是在狀態(tài)監(jiān)測過程中主要包括初始化設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)測等；三是借助多種分析方式對風機啟動和變速以及日常運行等多種信號進行分析，從而確定風機旋轉(zhuǎn)機械的各種機械故障；四是借助數(shù)字表格和模擬儀表等對風機旋轉(zhuǎn)機械故障進行深入分析，清楚直觀的反應機械部件的實際運行狀態(tài)。并設(shè)定安全值，在超出安全值之后，應當立即發(fā)出報警信號，準確反應故障的相關(guān)信息；五是通過對機組實際運行過程中的振動、電信號以及溫度等多種信號進行收集和分析以及儲存形成歷史資料，從而對后期的數(shù)據(jù)分析和查找形成幫助；六是借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對風力發(fā)電機組的實際運行狀態(tài)進行診斷，借助遠程監(jiān)視風機的實際運行數(shù)據(jù)進行采集，最終得出故障結(jié)果。借助多種先進技術(shù)能夠確保風力發(fā)電機組在實際運行過程中安全運行，提升設(shè)備的運行質(zhì)量。

3.4充分利用現(xiàn)代化智能監(jiān)測技術(shù)

在對風力發(fā)電機組旋轉(zhuǎn)機械故障進行診斷時，要充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)和模式識別技術(shù)，借助該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對文字和語音以及圖像的識別，進而達到旋轉(zhuǎn)機械故障診斷和分析的目的。此外還應當在其中融入圖像處理、計算機視覺應用以及系統(tǒng)辨識等多種技術(shù)，對風力發(fā)電機旋轉(zhuǎn)機械故障的診斷實現(xiàn)智能化處理。

4　結(jié)論

總而言之，在診斷風力發(fā)電機組故障時，需要采用先進、科學的診斷技術(shù)進行分析，準確的判斷出故障出現(xiàn)的位置、故障的種類以及故障的嚴重程度，并根據(jù)診斷結(jié)果制定出具體的應對措施，保證風力發(fā)電機組可靠、安全、穩(wěn)定的運行。

[1] 王闖，李凌均，陳宏.基于頻譜頻段的旋轉(zhuǎn)機械運行狀態(tài)評價方法[J].機床與液壓，2011,39(19):137~140.

[2] 趙賀嘉.淺議風機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].科技與企業(yè)，2013,12(12):390.

[3]趙賀嘉.淺議風機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].科技與企業(yè)，2013,(12):165~167.

TH133.33

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1671-0711（2016）09（上）-0043-02