風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)研究

（大唐巴彥淖爾風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)研究

畢宇飛

（大唐巴彥淖爾風(fēng)力發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

積極開展風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)對(duì)于降低煤炭資源使用量，減少空氣污染有十分重要的作用。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在惡劣的自然環(huán)境下工作，運(yùn)行過程中很容易出現(xiàn)這樣或者那樣的問題，可利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)故障進(jìn)行診斷，確保整個(gè)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文結(jié)合當(dāng)前情況，就風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)進(jìn)行了分析。

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；技術(shù)研究

最近幾年，內(nèi)蒙古地區(qū)始終將培育新型能源產(chǎn)業(yè)作為促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，改善生態(tài)環(huán)境的重要方法去抓，結(jié)合地區(qū)能源結(jié)構(gòu)，確定了優(yōu)先發(fā)展能源的戰(zhàn)略體系，利用地區(qū)豐富的風(fēng)能資源作為帶動(dòng)地區(qū)新能源發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，在綠色能源市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，內(nèi)蒙古風(fēng)電產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢(shì)頭。

在風(fēng)電系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，由于系統(tǒng)中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)處于戶外運(yùn)行，運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行條件惡劣，常常導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)這樣或者那樣的故障。隨著風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行年限的增加，系統(tǒng)故障頻率逐年提升，故障種類和故障位置日趨復(fù)雜化，常常會(huì)因?yàn)楣收想y以查明而導(dǎo)致停機(jī)故障發(fā)生，給風(fēng)場(chǎng)造成不必要的損失，所以在今后的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行中，可以采用動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)手段對(duì)整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的各個(gè)部位進(jìn)行動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，確保及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障及時(shí)處理。目前，在很多風(fēng)力發(fā)電廠對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)檢查和維護(hù)都是采用計(jì)劃維護(hù)和故障后維修等手段進(jìn)行。系統(tǒng)計(jì)劃性維護(hù)是在風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行2500～5000小時(shí)左右進(jìn)行一次整體的檢查和維護(hù)，這種維護(hù)方式有其自身的缺點(diǎn)，由于維護(hù)時(shí)間緊，任務(wù)重，常常不能全面及時(shí)的了解整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，而當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后再進(jìn)行維修，會(huì)因?yàn)橄到y(tǒng)故障存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)性和危險(xiǎn)性，故障維修無(wú)法充分準(zhǔn)備，需要投入巨大的人力成本和資金成本，給電廠造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，采用實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，能有效避免計(jì)劃?rùn)z修和事后檢修存在的種種弊端，實(shí)現(xiàn)在不停止設(shè)備運(yùn)行的前提下對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。在應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)之后，能夠保證整個(gè)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行的時(shí)間，能夠及時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)整，從而有效縮短風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)維護(hù)和檢查的時(shí)間和維護(hù)費(fèi)用，提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷研究現(xiàn)狀分析

最近幾年，隨著我國(guó)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障診斷和排除能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用高精端設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，結(jié)合這些先進(jìn)設(shè)備的檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)數(shù)據(jù)和設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與正常設(shè)備安全運(yùn)行過程的參數(shù)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而幫助技術(shù)人員確定相應(yīng)的故障位置、故障類型和可能存在的安全隱患。在早期進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷過程中，受到當(dāng)時(shí)技術(shù)水平限制，早期的監(jiān)測(cè)和診斷規(guī)模小，測(cè)試數(shù)量少，自動(dòng)化水平程度較低，數(shù)據(jù)處理速度慢，儲(chǔ)存量小。

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種先進(jìn)技術(shù)在各個(gè)行業(yè)中得到了推廣和應(yīng)用。在電力行業(yè)中以計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化電子技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)等迅速得到了推廣和應(yīng)用，這就為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。

通過在狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，然后利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理結(jié)果傳輸給終端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效整理和統(tǒng)合，再繪制出相應(yīng)的工作狀態(tài)圖譜，然后利用專家分析系統(tǒng)整合好的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程化控制，使現(xiàn)代化的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)變得日漸復(fù)雜化，整個(gè)系統(tǒng)的多項(xiàng)功能都得到了切實(shí)提升。

現(xiàn)階段，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)檢測(cè)逐漸由過去的單一化的狀態(tài)監(jiān)測(cè)向著綜合診斷、控制、系統(tǒng)調(diào)度、系統(tǒng)管理等方面轉(zhuǎn)變，監(jiān)測(cè)對(duì)象也從過去的單一化的機(jī)組監(jiān)測(cè)向著多個(gè)機(jī)組、多個(gè)區(qū)域監(jiān)測(cè)對(duì)象轉(zhuǎn)變，其在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用范圍逐漸得到了延伸和拓展。

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

2.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的效益分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)可以很好的減少不必要的維護(hù)和操作，可以幫助風(fēng)場(chǎng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電系統(tǒng)中的電氣故障，從而有效避免重大安全事故發(fā)生，同時(shí)還能夠預(yù)防連帶故障的發(fā)生。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)還能夠幫助技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)一些極端外部環(huán)境下如發(fā)電系統(tǒng)結(jié)冰、波浪導(dǎo)致的塔架共振，從而幫助電廠及時(shí)采取防護(hù)措施，避免大故障的發(fā)生，最終降低維護(hù)費(fèi)用，減少因?yàn)楣收隙鴮?dǎo)致的停機(jī)時(shí)間。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)能夠持續(xù)掌握風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，這對(duì)于今后的設(shè)計(jì)和改進(jìn)都具有現(xiàn)實(shí)的意義，從側(cè)面進(jìn)一步支持了風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)來(lái)說，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要分為以下幾個(gè)方面。首先，振動(dòng)監(jiān)測(cè)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種技術(shù)，齒輪箱中部件在運(yùn)行過程中，測(cè)試得到相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析以及和正常狀態(tài)下振動(dòng)信號(hào)對(duì)比，出現(xiàn)故障后發(fā)出警報(bào)信號(hào)。振動(dòng)監(jiān)測(cè)包含了幅域統(tǒng)計(jì)分析法、時(shí)頻域的幅值譜分析法，功率譜密度分析等。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)有其獨(dú)特的特點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)了低轉(zhuǎn)速動(dòng)態(tài)荷載，相對(duì)于功率輸出損失，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備投入較高。在對(duì)機(jī)艙振動(dòng)分析過程中，為了消除風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的影響，振動(dòng)信號(hào)應(yīng)該采用等旋轉(zhuǎn)角采集；其次，油液監(jiān)測(cè)。這方面監(jiān)測(cè)主要包含油液品質(zhì)檢查，鐵屑檢查，有時(shí)還會(huì)涉及到油慮壓降檢查和油溫溫度檢查；再次，過濾參數(shù)監(jiān)視。這是保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行最常規(guī)的方法；最后，性能參數(shù)檢查。主要通過風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實(shí)際的輸出功率特征，將其實(shí)際的輸出功率和正常的輸出功率相對(duì)比，當(dāng)實(shí)際功率超出一定范圍之后，風(fēng)力發(fā)電狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為發(fā)生故障，發(fā)出相應(yīng)的警報(bào)。

2.3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要參數(shù)

在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)過程中為了更好了解發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，通常情況下需要測(cè)量一下參數(shù)，然后由信號(hào)處理手段通過對(duì)定子各個(gè)參數(shù)的穩(wěn)態(tài)普分量進(jìn)行分析，從而更好的監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)子故障，轉(zhuǎn)子剎車盤損壞情況等，然后確定故障位置，確保風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

3 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障診斷技術(shù)

3.1 齒輪箱的故障診斷

在世界各地風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，有超過七成以上都是采用齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)。在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，齒輪箱是一個(gè)十分重要的變速傳動(dòng)部件，其主要通過齒輪完成整合風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)能力的傳遞。在設(shè)備內(nèi)部齒輪箱和主軸承的使用壽命直接影響到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組的使用壽命。齒輪箱常見的故障主要有齒輪磨損、齒輪斷齒、齒輪偏心、軸承損壞、潤(rùn)滑不良、油溫過高等幾種。最近幾年，隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，運(yùn)用在線編程技術(shù)，開發(fā)基于B/S的風(fēng)電機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將其固定在齒輪箱的傳感器上，采集齒輪箱的振動(dòng)、噪聲和溫度信號(hào)，然后將信號(hào)傳輸?shù)絎eb服務(wù)器上，Web服務(wù)器可以利用局域網(wǎng)將信號(hào)傳遞到客戶端上實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，也可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程診斷中心開展遠(yuǎn)程診斷，大大提升在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和科學(xué)性。

3.2 發(fā)電機(jī)故障診斷

風(fēng)力發(fā)電機(jī)由于工作系統(tǒng)較多，出現(xiàn)故障的種類也是十分繁雜的。一般情況下常見故障主要包含了定子繞組故障、軸承故障、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)故障以及其他故障。發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障之后一般會(huì)產(chǎn)生一種或者多種征兆，如氣息電壓和電流不平衡，轉(zhuǎn)矩動(dòng)脈加強(qiáng)，平均轉(zhuǎn)矩減小，工作效率降低，電流、電壓和磁通波擾動(dòng)等。發(fā)電機(jī)的振動(dòng)分析可以和低速軸、齒輪箱振動(dòng)結(jié)合起來(lái)，但是振動(dòng)傳感器價(jià)格較高，安裝復(fù)雜不適合在發(fā)電機(jī)故障診斷中應(yīng)用。而采用定子電流信號(hào)分析，是一種常用的、相對(duì)穩(wěn)定方法，其設(shè)備安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，能夠和發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)共同使用電流信號(hào)，在發(fā)電機(jī)故障診斷中有著很好的應(yīng)用價(jià)值。

總之，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)是一項(xiàng)融合了電子、測(cè)試、計(jì)算機(jī)、信號(hào)分析和數(shù)據(jù)處理等多科學(xué)的技術(shù)。隨著我國(guó)科技能力不斷提升，相信未來(lái)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)將會(huì)更加完善，更多的技術(shù)被引入風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性。

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