風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)綜述

孫海光

摘 要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的有效落實(shí)，一方面能夠根據(jù)已有發(fā)電機(jī)狀態(tài)，判斷潛在的故障隱患，并提供有效的防治措施，以便維持風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)作穩(wěn)定性；另一方面更能有效增強(qiáng)電力設(shè)備的可控性，降低外界環(huán)境對(duì)設(shè)備的影響，更維護(hù)了地方電力環(huán)境的質(zhì)量。本文基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理展開分析，在明確常見故障與系統(tǒng)對(duì)策同時(shí)，期望能夠?yàn)楹罄m(xù)電力系統(tǒng)的構(gòu)建提供良好參照。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷；技術(shù)分析

1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理概述

風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)基于電子技術(shù)、電磁學(xué)、材料科學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)提供的可持續(xù)能源產(chǎn)出設(shè)備。在運(yùn)作期間，電力發(fā)電機(jī)主要是通過(guò)風(fēng)機(jī)的葉片將風(fēng)流產(chǎn)生的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，由此提升齒輪組轉(zhuǎn)速的同時(shí)，通過(guò)磁感線等原理將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的措施。比較傳統(tǒng)的火力發(fā)電環(huán)境，風(fēng)力發(fā)電機(jī)能夠有效降低資源的損耗，并避免了燃燒產(chǎn)物對(duì)自然環(huán)境的傷害，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)的應(yīng)用成為未來(lái)電力能源系統(tǒng)構(gòu)建的必然趨勢(shì)。

從現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機(jī)的種類來(lái)看，主要由葉片數(shù)目、葉尖速度、變槳方式與受力旋轉(zhuǎn)方式幾個(gè)方面分類，以便有效適用于各個(gè)地區(qū)場(chǎng)景的同時(shí)，保障電力設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。而今，我國(guó)境內(nèi)最普遍的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要是三葉片變槳上風(fēng)向水平軸機(jī)組。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見故障

2.1 剎車盤故障分析

剎車盤故障會(huì)嚴(yán)重影響低風(fēng)速時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，使電機(jī)組的電網(wǎng)環(huán)境隨之產(chǎn)生波動(dòng)性，如此自然便影響了發(fā)電質(zhì)量。此類問(wèn)題多是由于剎車力矩變大，使剎車構(gòu)件在短時(shí)間內(nèi)對(duì)剎車底板施加較大的摩擦力，由此使底盤變形。對(duì)于此類問(wèn)題，才通過(guò)液壓油的替換使剎車阻尼管延長(zhǎng)剎車動(dòng)作，由此滿足正常制動(dòng)時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)，并降低緊急剎車的力度，才能有效降低剎車底盤變形的概率，并減少對(duì)齒輪組的傷害。

2.2 液壓油故障分析

根據(jù)以往風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)生的故障資料可知，液壓油問(wèn)題出現(xiàn)較為頻繁，此種問(wèn)題多是由于齒輪箱內(nèi)葉尖油管線路出現(xiàn)側(cè)漏，導(dǎo)致油位升高的同時(shí)使內(nèi)部壓力過(guò)大，如此便會(huì)基于擠壓是油壓管破損，從而是液壓油出現(xiàn)泄漏問(wèn)題。對(duì)于此種問(wèn)題，一旦發(fā)現(xiàn)必須及時(shí)對(duì)管路進(jìn)行修補(bǔ)或更換元件，避免齒輪表面出現(xiàn)異常，以便保障機(jī)組運(yùn)作正常。

2.3 減速器故障分析

減速器主要是驅(qū)動(dòng)電力發(fā)電機(jī)機(jī)艙運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力元件，在工作運(yùn)行期間，能夠跟隨風(fēng)向制動(dòng)機(jī)艙，由此確保電力發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。減速器運(yùn)作與外界風(fēng)力環(huán)境有所關(guān)聯(lián)，通常會(huì)出現(xiàn)重復(fù)啟停的動(dòng)作，從扭矩與摩擦性的角度來(lái)分析，此種元件受損必定十分嚴(yán)重，并且安裝位置所受限制較大，所以一般會(huì)采取蝸牛蝸桿與多級(jí)行星減速的方式，為設(shè)備元件提供跟更全面的保障。而從減速器故障資料來(lái)看，此類故障多事因?yàn)椴捎昧藛坞妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的措施，使保障機(jī)構(gòu)系統(tǒng)受到較嚴(yán)重的創(chuàng)傷，若無(wú)法及時(shí)進(jìn)行更換和修補(bǔ)，則極易影響風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)作，甚至?xí)苯悠茐钠渌?，使電?dòng)機(jī)直接陷入癱瘓狀態(tài)。所以，在實(shí)際發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間，更提倡使用雙偏航減速驅(qū)動(dòng)裝置，以此降低類似故障的發(fā)生。

2.4 設(shè)計(jì)漏洞分析

從風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)角度來(lái)看，齒輪元件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)仍舊沿用傳統(tǒng)質(zhì)量要求，在面對(duì)現(xiàn)階段大電量供需關(guān)系時(shí)，無(wú)法再提供更全面的保障與剛性，這便導(dǎo)致在風(fēng)里或電動(dòng)機(jī)運(yùn)作荷載力的影響下，極易造成齒輪表面咬傷，甚至?xí)苯映霈F(xiàn)損壞現(xiàn)象，使電動(dòng)機(jī)功能運(yùn)作陷入癱瘓狀態(tài)。在面對(duì)此類問(wèn)題時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的功率和扭矩進(jìn)行細(xì)致分析，在確定承載力環(huán)境后，在對(duì)齒輪元件的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，由此確保元件質(zhì)量滿足要求，同時(shí)更能夠降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)作的損耗，由此保障整體發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的質(zhì)量水準(zhǔn)。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析

3.1 故障診斷的原理

由于風(fēng)場(chǎng)氣流時(shí)常處于變化之中，齒輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的故障信號(hào)就會(huì)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，格局頻域分析的方法很難斷定是否出現(xiàn)混淆信號(hào)。利用小波分析可以對(duì)時(shí)域和頻域進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析，這種分析方法具有很好地局部化性質(zhì)，只是以往的小波分析會(huì)出現(xiàn)頻率混淆的現(xiàn)象，應(yīng)用快速傅里葉和對(duì)應(yīng)的逆變換進(jìn)行計(jì)算可以減小頻率混淆現(xiàn)象，使得時(shí)頻分辨率力更強(qiáng)大。而通過(guò)智能診斷將單子帶重構(gòu)改成小波變換，利用子帶系數(shù)的特殊區(qū)域?qū)收霞右耘卸ǎㄟ^(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入顯示映射關(guān)系，進(jìn)而可以導(dǎo)出故障類型的信號(hào)，對(duì)故障位置和類別準(zhǔn)確的判斷出來(lái)。

3.2 故障診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以方便用戶的使用和管理，對(duì)發(fā)電機(jī)組實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并進(jìn)行診斷，實(shí)時(shí)的服務(wù)可以對(duì)未知故障提供專家的遠(yuǎn)程操控幫助，系統(tǒng)可以獲取發(fā)電機(jī)組工作的狀態(tài)數(shù)據(jù)，利用振動(dòng)傳感器可以獲取齒輪箱的數(shù)據(jù)，電流傳感器可以獲取定子電流信息，所有的信息經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的整合就可存入狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和故障診斷系統(tǒng)，從系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)就能對(duì)故障加以分析，狀態(tài)監(jiān)測(cè)的相關(guān)信息也會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。

3.3 診斷系統(tǒng)環(huán)境分析

系統(tǒng)能夠得以實(shí)現(xiàn)主要是因?yàn)镃語(yǔ)言和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的技術(shù)支持，通過(guò)以上的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的界面開發(fā)和和狀態(tài)監(jiān)測(cè)顯示。利用數(shù)據(jù)庫(kù)和m語(yǔ)言的編程可以實(shí)現(xiàn)故障的智能化診斷，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境是依靠計(jì)算機(jī)編程技術(shù)和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)提供平臺(tái)建立起來(lái)的。

3.4 系統(tǒng)功能分析

狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)主要由風(fēng)場(chǎng)狀態(tài)、發(fā)電量累計(jì)、故障診斷和管理等模塊組成的。其中的風(fēng)場(chǎng)狀態(tài)就是將風(fēng)力發(fā)電機(jī)場(chǎng)的低壓側(cè)電壓、電流、頻率和功率等數(shù)據(jù)顯現(xiàn)出來(lái)，利用曲線和數(shù)字量將所有的數(shù)據(jù)直觀的呈現(xiàn)給用戶，以便于用戶對(duì)風(fēng)場(chǎng)的整個(gè)狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)的了解；發(fā)電量的累計(jì)可以顯示各個(gè)時(shí)間段的發(fā)電總量，通?？梢圆捎弥鶢顖D顯示，如此可以節(jié)省人力物力，提升工作效率；故障診斷的方式有很多種，主要有對(duì)齒輪箱振動(dòng)參數(shù)的時(shí)域圖進(jìn)行分析的方法，還有小波分析圖以及故障案例圖等分析方法，通過(guò)設(shè)定采樣的時(shí)間對(duì)相關(guān)部件實(shí)行診斷，最后生成的小波分析圖可以提供給專家進(jìn)一步的分析；系統(tǒng)當(dāng)中的管理模塊只對(duì)管理人員開放的，管理人員的工作是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和升級(jí)，對(duì)故障記錄并制定信息報(bào)表查詢，將報(bào)表打印出來(lái)，管理客戶信息并限制客戶的使用權(quán)限，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷措施的有效落實(shí)，不但能夠?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供更完善的質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)，由此避免故障引起的電力驟?，F(xiàn)象，為周邊電力環(huán)境質(zhì)量提供了保障，同時(shí)更能夠借助信息化等技術(shù)的落實(shí)，增強(qiáng)設(shè)備檢修工作的效率與準(zhǔn)確性，為后續(xù)設(shè)備的持續(xù)應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。故而，在論述風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)期間，必須明確風(fēng)力發(fā)電組的運(yùn)轉(zhuǎn)影響因素，并提供完善的解決措施，才能為后續(xù)電力系統(tǒng)的構(gòu)建提供保障。

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