風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的思考

文/張凱 中國大唐集團有限公司赤峰分公司 內(nèi)蒙古赤峰 024000

目前世界各地的環(huán)境都有不同程度的污染，加上日益嚴(yán)重的能源危機，使得風(fēng)力發(fā)電這項提供綠色能源系統(tǒng)的發(fā)展成為世界關(guān)注的重點。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在投入使用過程中會受到極端冷熱溫差的考驗，不規(guī)則變化的風(fēng)效負(fù)荷也會對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。

1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的思考

1.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的效益分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測所帶來的效益主要體現(xiàn)在經(jīng)濟方面和未來發(fā)展上。最直觀的是經(jīng)濟效益，實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)可以幫助技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)由于極端的外界溫度環(huán)境導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)凍結(jié)現(xiàn)象，及時發(fā)現(xiàn)由電波導(dǎo)致的系統(tǒng)共振現(xiàn)象，并及時采取維修補救措施，有效降低維修成本，避免重大事故的發(fā)生，避免重大經(jīng)濟損失的出現(xiàn)。在風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)中采用計算機數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C接收系統(tǒng)，并進(jìn)行先進(jìn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析過程，對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集統(tǒng)一，最終繪制出對應(yīng)的狀態(tài)圖。風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)實時跟蹤監(jiān)測記錄系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，為以后的設(shè)計和改進(jìn)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)參考，從側(cè)面上促進(jìn)了未來風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

1.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要對振動、油液、過濾參數(shù)、性能參數(shù)四個方面進(jìn)行監(jiān)測。在振動方面的檢測是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。該技術(shù)主要過程是對齒輪箱部件實時振動信號的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)與正常狀態(tài)下的振動信號相對比，若發(fā)現(xiàn)故障立即發(fā)出警報信號。油液檢測的方面主要是油液品質(zhì)和鐵屑，有時也會涉及到油慮壓降和油溫。通過監(jiān)視過濾參數(shù)可以保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常穩(wěn)定運行。性能參數(shù)監(jiān)測主要過程是將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實際輸出功率正常輸出功率相對比，若差異超出規(guī)定的范圍，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生故障，立即發(fā)出警報。

2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的思考

2.1 齒輪箱的故障診斷

齒輪箱故障被認(rèn)為是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障中最復(fù)雜繁瑣解決難度最大的故障。齒輪和軸承是齒輪箱的兩個主要組成部分，所以大部分的齒輪箱故障是由于齒輪和軸承故障造成的。其中也包含了各種因素，如設(shè)計缺陷和材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、生產(chǎn)過程、裝配過程產(chǎn)生誤差。而目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用最廣泛的技術(shù)是齒輪驅(qū)動。齒輪箱出現(xiàn)故障的重要原因有集中應(yīng)力無法消除，造成斷軸，運轉(zhuǎn)過程中反復(fù)應(yīng)力作用會造成軸承無法發(fā)揮其作用。機組本身散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的油溫過熱，齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測主要包括四個方面，振動、扭矩、噪聲、溫度。出現(xiàn)故障的常見情況是齒輪磨損、斷齒、偏心或者是軸承損壞、轉(zhuǎn)動阻力大、油溫過高等。對于齒輪的監(jiān)測故障診斷采用最廣泛的是在線編程技術(shù)該項技術(shù)與B/S風(fēng)電機組相結(jié)合，固定在齒輪箱內(nèi)部的傳感器上，對齒輪箱的振動頻率、噪聲、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到Web服務(wù)器，最終在客戶端上實現(xiàn)實時監(jiān)測。

2.2 發(fā)電機故障診斷

由于系統(tǒng)復(fù)雜的構(gòu)成體系，導(dǎo)致發(fā)電機故障類型多種多樣，常見的故障包括定子故障、繞組故障、軸承故障、轉(zhuǎn)子故障、端環(huán)故障等。例如采用電子電流信號分析法進(jìn)行故障診斷，發(fā)電機發(fā)生故障后一般會出現(xiàn)電壓與電流的不平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩的運動幅度加大，轉(zhuǎn)矩的平均減小，工作效率降低，電流電壓參數(shù)不穩(wěn)定，在分析時可以將機器的振動頻率和低速軸、變速箱振動頻率相結(jié)合，應(yīng)用電子電流信號分析法進(jìn)行分析。這種辦法相對穩(wěn)定，設(shè)備安裝方式簡單，設(shè)備使用成本低。

2.3 信號處理故障診斷

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)信號主要包括振動信號、聲音信號、應(yīng)力信號、扭矩彎矩信號、溫度信號等。以聲音信號的故障診斷為例。在設(shè)備受到壓力和應(yīng)力時設(shè)備會產(chǎn)生聲波，這個在學(xué)術(shù)上被稱為聲發(fā)射。由于該信號可以被變化激勵，所以可以當(dāng)作用來發(fā)現(xiàn)故障的診斷信號。目前聲發(fā)射信號可以用來檢測風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的槳葉、變速箱、齒輪軸承組件的故障診斷。例如，將聲信號利用在槳葉的故障診斷中，槳葉由多個復(fù)雜的部件構(gòu)成，它的故障往往發(fā)生在部件的接口處。因此將聲發(fā)射設(shè)備安裝在這些部位上進(jìn)行實時監(jiān)控。另外聲發(fā)射故障診斷儀器具有較高的信噪比，完全可以使用在噪聲環(huán)境下，聲發(fā)射診斷儀器具有較大范圍的信號頻率，可以很早的在故障發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)防。

結(jié)論：

本文從經(jīng)濟方面分析了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測的效益，從振動、油液、過濾參數(shù)、性能參數(shù)四個方面分析了監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀，并在從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷出發(fā)討論對齒輪箱發(fā)電機進(jìn)行故障診斷的技術(shù)，從聲發(fā)射的角度思考探究了信號處理診斷系統(tǒng)故障的應(yīng)用。希望以上研究討論的過程內(nèi)容能對有關(guān)學(xué)者提供幫助。