風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)及故障分析方法

蘇來漫·阿布力汗

新疆風(fēng)能有限責(zé)任公司 新疆烏魯木齊 830001

1 風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀

歐美國家風(fēng)電機(jī)組維護(hù)的研究起步較早，且在發(fā)展的過程之中不斷完善與成熟。風(fēng)電機(jī)組的預(yù)防性維護(hù)與預(yù)測性維護(hù)便是由歐美國家首先提出，其概念如下：通過相關(guān)技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行一定程度的監(jiān)測，然后根據(jù)監(jiān)測信號(hào)分析出風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況與健康情況，在故障還未發(fā)生之前做出有效的診斷，并及時(shí)采取有效措施予以解決[1]。這種提前診斷出故障的監(jiān)測技術(shù)極大地降低了風(fēng)電機(jī)組發(fā)生故障的可能性，減少了故障處理成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。我國對(duì)于風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測的研究起步相對(duì)較晚，我國學(xué)者湯敏指出：對(duì)于風(fēng)機(jī)狀態(tài)的監(jiān)測可以從其振動(dòng)、應(yīng)變、潤滑油、聲音、溫度、電能質(zhì)量等方面開展，通過測量、分析與數(shù)據(jù)整合手段，可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的預(yù)診斷，并提出具有針對(duì)性且行之有效的處理措施。

2 風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測方法

2.1 振動(dòng)監(jiān)測

振動(dòng)監(jiān)測是較常使用的機(jī)器設(shè)備監(jiān)測方法，只要是機(jī)械，它在運(yùn)行的過程之中必然會(huì)發(fā)生振動(dòng)，因此振動(dòng)可以對(duì)機(jī)器設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行一定程度的反映。如果機(jī)器設(shè)備發(fā)生異常時(shí)，其振動(dòng)量以及振動(dòng)波形與正常運(yùn)行狀態(tài)下的情況會(huì)出現(xiàn)差異，通過對(duì)其的分析便可以獲取相關(guān)機(jī)器設(shè)備的劣化程度以及故障特征。

2.2 聲學(xué)監(jiān)測

在風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測中，最常使用的聲學(xué)技術(shù)主要有聲發(fā)射技術(shù)與超神波技術(shù)。相關(guān)研究表明，運(yùn)用聲發(fā)射技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，能夠比振動(dòng)監(jiān)測更早的預(yù)診出故障；而對(duì)于超聲波而言，它在方向性與穿透性方面能夠發(fā)揮出很大的優(yōu)勢，將之運(yùn)用于風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測，能夠?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)與狀態(tài)做出良好的反映。

2.3 應(yīng)變監(jiān)測

在風(fēng)電機(jī)組的關(guān)鍵部位布置一定量的傳感器，然后對(duì)這些傳感器的應(yīng)力大小進(jìn)行檢測，通過分析傳感器的應(yīng)力大小變化，可以對(duì)風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中的結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行有效的了解，進(jìn)而合理判斷出風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及研究的日益深入，應(yīng)變監(jiān)測在風(fēng)電領(lǐng)域有了越來越廣泛的應(yīng)用，為風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠性提供助力。

2.4 溫度監(jiān)測

在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測中，溫度監(jiān)測主要是對(duì)電力與電氣設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。通過對(duì)某些部位的溫度變化情況進(jìn)行監(jiān)測，可以獲取風(fēng)電機(jī)組是否健康運(yùn)行的相關(guān)信息。例如對(duì)液壓系統(tǒng)中液壓缸、高速軸承等部位進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測，當(dāng)溫度過高時(shí)，則需要將風(fēng)電機(jī)組退出運(yùn)行[2]。

2.5 潤滑油液監(jiān)測

潤滑油液的監(jiān)測主要是運(yùn)用了油液分析技術(shù)，也可以稱作為設(shè)備磨損工況監(jiān)測技術(shù)。這一監(jiān)測方法主要是通過對(duì)油液進(jìn)行監(jiān)測分析來獲取設(shè)備的工況，并由此對(duì)相關(guān)設(shè)備當(dāng)前的工作狀況以及未來可能發(fā)生的情況做出判斷，并在此基礎(chǔ)之上實(shí)施具有針對(duì)性的運(yùn)維方案，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維修。

2.6 電能質(zhì)量監(jiān)測

電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，必須按照一定的規(guī)律連續(xù)且穩(wěn)定地向客戶提供優(yōu)質(zhì)的電能，在這種情況之下，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中就必須具有特定的電壓與電流要求。因此電能質(zhì)量監(jiān)測是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測的重要方法，較常使用的電能質(zhì)量分析主要包含有峰值功率輸出、無功功率、電壓波動(dòng)、諧波等。

3 風(fēng)電機(jī)組故障分析方法

3.1 統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析即對(duì)極大值、均方根、均值、標(biāo)準(zhǔn)差、峰度、偏度等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，并針對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行多角度的分析，進(jìn)而為風(fēng)電機(jī)組故障診斷提供數(shù)據(jù)參考。

3.2 趨勢分析

對(duì)所收集到的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)信息進(jìn)行一定程度的趨勢分析，這種分析方法一般用于風(fēng)電機(jī)組的故障預(yù)測分析[3]。

3.3 過濾分析

在獲取的風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)信息當(dāng)中，存在著一些無用信息，運(yùn)用過濾分析方法可以將無用信息進(jìn)行剔除，從而提升數(shù)據(jù)的有效性與針對(duì)性。

3.4 時(shí)域分析

控制系統(tǒng)在一定的輸入下，依據(jù)輸出量的時(shí)域表達(dá)式，可以對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)性能以及瞬態(tài)進(jìn)行一定程度的分析。

3.5 倒頻譜分析

這一分析方法主要是對(duì)功率譜的對(duì)樹值進(jìn)行傅里葉逆變換，從而將復(fù)雜的卷積關(guān)系進(jìn)行簡化，使其轉(zhuǎn)換為線性疊加，這樣一來就可以在其倒頻譜上較容易地識(shí)別信號(hào)的頻率組成分量，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電機(jī)組的故障特性做出較為準(zhǔn)確的反映。

3.6 故障模式及后果分析法（FMEA）

這一分析方法是一種邏輯歸納方法，以系統(tǒng)最低級(jí)的組成為起始點(diǎn)，并由此逐級(jí)分析風(fēng)電機(jī)組中每一個(gè)部件可能的失效模式，然后在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行分析并跟蹤到系統(tǒng)，由此可以決定出每一個(gè)故障模式對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)性能的影響。

3.7 故障樹分析法（FTA）

故障樹分析法時(shí)在故障模式影響與后果分析法的基礎(chǔ)之上發(fā)展而成的，故障樹是一種圖示模型，它的構(gòu)造是使用各種邏輯門按照系統(tǒng)與元件的因果關(guān)系組合而成的，通過這一分析方法可以有效獲取各個(gè)部件對(duì)于系統(tǒng)的影響權(quán)重信息[4]。

4 結(jié)語

本文主要針對(duì)風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)及故障分析方法進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究現(xiàn)狀進(jìn)行了一定程度的闡述，然后從振動(dòng)監(jiān)測、聲學(xué)監(jiān)測、應(yīng)變監(jiān)測、溫度監(jiān)測、潤滑油液監(jiān)測以及電能質(zhì)量監(jiān)測等方面說明了風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測方法。最后具體分析了統(tǒng)計(jì)分析、過濾分析、時(shí)域分析、倒頻譜分析、故障模式及后果分析、故障樹分析等風(fēng)電機(jī)組故障分析方法。