風(fēng)電機組振動檢測預(yù)防性檢修技術(shù)的應(yīng)用分析

張潤宏 陸元英 張所成

（內(nèi)蒙古能源發(fā)電投資集團新能源有限公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市 010020）

風(fēng)電機組振動檢測主要的目的在于能夠提升風(fēng)電機組的運行質(zhì)量和運行效率，從而更好的提升風(fēng)電機組發(fā)電效率。除此之外，在未來發(fā)展的過程中，需要注意使用各種預(yù)防性的檢測技術(shù)，從而讓風(fēng)電機組在運行的過程中保持穩(wěn)定。

1 風(fēng)電機組檢測的產(chǎn)生

1.1 風(fēng)電機組振動監(jiān)測信號采集點以及布置方式

在未來風(fēng)電機組發(fā)展的過程中，振動檢測和針對故障的維修方法非常重要，將會直接影響風(fēng)電機組的運行效果。風(fēng)電機組振動檢測和故障診斷主要的目的就在于能夠使用各種檢測方法來對各種檢測信息進行處理、分析、判斷，從而對被測量對象的運行狀態(tài)進行分析，幫助機組運行人員掌握信息。在相關(guān)部件出現(xiàn)故障之前，使用分析得來的數(shù)據(jù)和信息實施警告和報警。要想更好地進行風(fēng)機故障預(yù)診斷就需要保證設(shè)計的風(fēng)電機組和選用的故障診斷系統(tǒng)具備有以下的特點。首先，在信息方面，要求風(fēng)電機組擁有信息儲存和提取的能力，從而方便檢修過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的使用。其次，在使用的過程中需要構(gòu)建出友好的人機交互界面，從而方便操作人員進行操作。再次則是需要注意保證風(fēng)電機組能夠擁有良好的數(shù)據(jù)傳輸和友好的交流方式，從而方便技術(shù)人員來使用。之后則是要求風(fēng)電機組能夠在使用的過程中擁有良好的實時性，能夠在快速操作和信息更新的過程中始終保證工作效率。在風(fēng)電機組振動檢測的過程中，需要較長的時間來持續(xù)觀測與分析，因此要求在檢測的過程中風(fēng)電機組始終維持穩(wěn)定。得到振動數(shù)據(jù)之后，需要對風(fēng)電機組各部件進行檢測，掌握運行情況，其中有些重要部件需要重點監(jiān)測，分別是：發(fā)電機前端、發(fā)電機后端、齒輪箱、主軸等等。圖1 為風(fēng)電機組振動信號采集點和布置方式。

1.2 進行預(yù)防性檢修的意義

風(fēng)電機組進入運行之后，需要風(fēng)電廠承擔(dān)起日常管理與檢測的責(zé)任。簡單來說，風(fēng)電機組是電器設(shè)備和機械設(shè)備的結(jié)合體，并且風(fēng)電機組的運行環(huán)境往往較為惡劣，一般處于野外，因此就導(dǎo)致維護工作需要經(jīng)常進行。但是主要問題在于風(fēng)電場工作人員一般是具備簡單維護工作技能，并不具有重大問題維修水平。除此之外，風(fēng)電機組在運行過程中，往往還會遇到一些特殊情況，而這些特殊情況風(fēng)電場工作人員無法解決，這就導(dǎo)致風(fēng)電場在以上工作過程中，針對于風(fēng)電機組的檢測有了很大的壓力。經(jīng)過文獻考察可以得出，風(fēng)電機組出現(xiàn)故障的周期一般為三到五年之后，也就是說，在風(fēng)電場建設(shè)完成時運營三到五年后就會出現(xiàn)故障集中爆發(fā)的時期。而如果在此時期將風(fēng)電機組出現(xiàn)的故障進行正確的處理，那么風(fēng)電機組又將進入一個全新的穩(wěn)定時期，直到下一個故障高峰期的出現(xiàn)[1]。在這一故障高峰期之前，可以使用預(yù)防性檢測，從而及時杜絕重大事故。

針對以上問題進行分析之后，可以發(fā)現(xiàn)風(fēng)電基礎(chǔ)檢測屬于非常重要的工作內(nèi)容,一般來說，需要針對于風(fēng)電機組各方面運營狀況來選擇不同的檢測方法檢測的內(nèi)容，包括風(fēng)電機組和關(guān)鍵部件和風(fēng)電機組的系統(tǒng)，主要的目的在于能夠發(fā)現(xiàn)記錄存在的隱患，表1 為經(jīng)過風(fēng)電機組檢測之后能夠達到的目的。

表1：經(jīng)過風(fēng)電機組檢測之后能夠達到的目的

圖1：風(fēng)力發(fā)電機組振動信號采集點布置方式

1.3 振動監(jiān)測方法的選擇依據(jù)

經(jīng)過分析之后發(fā)現(xiàn)，有兩種不同的振動監(jiān)測技術(shù)，分別是離線振動監(jiān)測技術(shù)和在線振動監(jiān)測技術(shù)。首先分析離線振動監(jiān)測技術(shù)：這種技術(shù)的主要方式在于使用測試儀和相關(guān)探頭來檢測數(shù)據(jù)，分析各個參測點的相關(guān)情況，隨后還需要使用網(wǎng)絡(luò)上傳到數(shù)據(jù)分析中心進行分析，最后數(shù)據(jù)中心將會使用相關(guān)軟件來對數(shù)據(jù)進行更加深入的分析。這種振動監(jiān)測技術(shù)的造價方面沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因此需要針對于不同的設(shè)施進行評估。這一部分主要的內(nèi)容就是針對于投入的硬件設(shè)備進行造價評估與研究[2]。離線振動監(jiān)測一般來說這種設(shè)備一臺大約造價為5.1 萬元/臺，這種檢測方式造價不高，但是需要現(xiàn)場人員進行數(shù)據(jù)采集，因此就存在著人身安全的隱患，同時檢測點數(shù)量增多，也就代表著工作量的提升。

其次需要分析在線振動監(jiān)測技術(shù)：這一技術(shù)需要直接將振動數(shù)據(jù)傳輸?shù)綑C艙內(nèi)部的測量點。使用場內(nèi)機組群線光纖通訊和網(wǎng)絡(luò)，可以將數(shù)據(jù)上傳到分析終端，最后經(jīng)過數(shù)據(jù)分析得出振動分析結(jié)果，進而得出分析報告。這一系統(tǒng)造價要更高一點，因此需要進行詳細(xì)的分析。在當(dāng)下，我國針對于這方面的研究尚且沒有完善的振動監(jiān)測收費標(biāo)準(zhǔn)，這一部分主要的投入方向是對硬件設(shè)施的造價進行評估。在線振動監(jiān)測需要在主控制室設(shè)置服務(wù)器，同時還需要在每個機組運行的過程中安裝一下硬件：8 個振動傳感器(3 個低頻和5個高頻)、1 個轉(zhuǎn)速傳感器、1 個數(shù)據(jù)采集儀ZNW-1000，經(jīng)過計算之后發(fā)現(xiàn)，每臺機組在運行的過程中一共投入了約5.4 萬元。而這種檢測方法雖然造價較高，但是優(yōu)點在于無需人工檢測，降低了工作量，同時也能夠?qū)C組的振動情況進行實時跟蹤。

2 振動信號分析與設(shè)備狀態(tài)診斷

2.1 準(zhǔn)備工作

得出信號分析結(jié)果和設(shè)備當(dāng)下狀態(tài)之前，需要對風(fēng)電機組進行分析，從而掌握最適合的檢測設(shè)備類型，保證檢測質(zhì)量和檢測的效率。一般來說，振動信號分析和設(shè)備狀態(tài)診斷所需要的設(shè)備有振動信號采集器、轉(zhuǎn)速感應(yīng)器、信息分析模塊、靈敏度以及采樣頻率范圍。在檢測之前，要求明確風(fēng)電機組采集點通過對振動信號的分析就能夠得到振動信號時域圖和頻率圖，從而更好地對風(fēng)電機組運行狀態(tài)進行了解。在對風(fēng)電機組振動信號分析之后，需要對兩個數(shù)據(jù)進行分析，分別是峰值和有效值，這兩種數(shù)據(jù)可以更好的得出當(dāng)下運行狀態(tài)。

2.2 信號分析與狀態(tài)診斷

2.2.1 普通振動，運行狀態(tài)良好

檢測的過程中，如果軸承檢測的部分發(fā)現(xiàn)時域圖譜中振動信號呈現(xiàn)出周期性變化，并且諧波正常、明顯，周圍能夠看到頻率丘峰的變化狀態(tài)[3]。一般來說此時發(fā)生的檢測信號表征的振動異常主要的原因就是風(fēng)電機組受到了電磁干擾，而這種狀態(tài)下的風(fēng)電機組并不會出現(xiàn)故障，僅僅需要重視對于風(fēng)電機組軸承潤滑的保養(yǎng)維護即可。

2.2.2 需要適時處理的振動

觀察時域圖譜的過程中，常常可以觀察到一些可見的周期性沖擊，對于這種周期性沖擊，頻率圖譜可以更加明顯的觀測到頻率丘峰的狀況。而風(fēng)電機組運行的過程中如果沒有受到其他方面的影響，那么就可以下達判斷：由于零部件松動、輕微磨損等等情況所引起的震動。而這種轉(zhuǎn)頻沖擊一旦發(fā)現(xiàn)就需要給予應(yīng)有的重視，雖然輕微磨損不會造成風(fēng)電機組的運行出現(xiàn)問題，但是如果長時間沒有處理這一問題，就會導(dǎo)致發(fā)展成為嚴(yán)重的障礙。

本文選擇了額定功率為600kW，額定轉(zhuǎn)速為1519r/min 的風(fēng)力機組進行分析，主要對需要適時處理的振動進行分析與說明。

一般來說齒輪旋轉(zhuǎn)頻率為周期性的沖擊脈沖，而這會導(dǎo)致振動幅值均值達到5mm；頻域表現(xiàn)為頻率525Hz 左右。周圍頻率為525Hz 左右，波動誤差不超過10Hz。因此在實際使用的過程中就可以判斷，這一風(fēng)電機組在運行的過程中高速齒輪表面存在著輕微的異常，一般來說包括有磨損、拉毛等等現(xiàn)象。

2.2.3 需及時處理的振動

如果時域圖和頻率圖中呈現(xiàn)出周期外丘峰以及多次諧波，那么就可以確定此時軸承處于非常嚴(yán)重的磨損狀態(tài)。而這種情況的出現(xiàn)表示風(fēng)電機組已經(jīng)不能夠繼續(xù)運行，需要立即進行停機檢修，否則磨損嚴(yán)重的軸承會導(dǎo)致故障進一步擴大。而振動監(jiān)測信息分析模塊就能夠提供這方面的功能，其中包括有故障源的鎖定和故障原因的分析。

本文將額定功率為1500kW，發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速為1750r/min 的風(fēng)電機組進行了分析舉例。

根據(jù)頻域的觀察與實踐之后發(fā)現(xiàn)。軸承在運行的過程中，其實際特征頻率與諧波多次接近，并且在運行的過程中還出現(xiàn)了兩次丘峰。經(jīng)過這點分析之后就能夠確定發(fā)電機軸承在運行的過程中受到了極大的損傷，因此需要進行停機維護。

2.3 風(fēng)電機組預(yù)防性振動檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

使用時域圖和頻率圖，能夠更好的對振動進行診斷，這種方法的好處在于計算量小、靈敏度高，但是這種方法的缺點就是在一些較為劇烈的振動當(dāng)中容易出現(xiàn)誤判。因此，在實際研究的過程中，為了進一步的幫助檢測質(zhì)量得到提升，就需要在檢測的過程中將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊理論等等方式來進行更好的人工智能控制算法加強。在當(dāng)下發(fā)展的過程中，我國在人工智能振動檢測技術(shù)的發(fā)展方面已經(jīng)有了非常大的成就。

3 機組健康狀態(tài)分類

使用風(fēng)電機組振動監(jiān)測預(yù)防性檢測技術(shù)，能夠更加詳細(xì)的根據(jù)風(fēng)電機組振動監(jiān)測數(shù)據(jù)情況來進行風(fēng)電機組管理。一般來說風(fēng)電機組在運行的工程中大致情況主要分為四類，分別如下所示：

3.1 機組運行狀態(tài)良好

這種情況下，風(fēng)電機組狀態(tài)屬于較為良好的一種，無需進行過度的維護，只需要定期進行檢測即可。這種風(fēng)電機組在運行的過程中占比較大，超過九成的風(fēng)電機組都屬于這種狀態(tài)。對于這種風(fēng)電機組來說，在運行的過程中需要定期進行檢修，保證達到逐個維護的作用和效果。

3.2 機組存在著一定程度的磨損

這種情況則是機組在運行的過程中出現(xiàn)了一定的磨損，但是這種磨損并不影響機組的運行，一般來說這種機組需要縮短運行監(jiān)測周期，根據(jù)磨損情況再確定是否進行檢修，而這類機組一般來說在全部中約占5%。

3.3 機組存在著安全隱患

在運行的過程中機組往往存在著故障隱患，因此需要進行及時的檢修，避免影響在運行的過程中出現(xiàn)問題。這類風(fēng)機在運行的過程中如果沒有得到及時的檢修與維護往往會造成更大的故障與風(fēng)險，進而為企業(yè)帶來較大的損失。

3.4 機組已經(jīng)存在嚴(yán)重的故障

機組已經(jīng)存在嚴(yán)重故障,需要立即進行維修。通過振動檢測,可為這類風(fēng)機的檢修工作提供依據(jù),確定故障原因及部位。通過合理安排停機時間,能夠節(jié)省維修成本,既可保證零部件最小庫存量,也能保證部件更換工作具有足夠的準(zhǔn)備時間,避免進行盲目維修,降低突發(fā)性事故的發(fā)生率,提高機組的安全可靠性與經(jīng)濟性。

4 結(jié)束語

總而言之，風(fēng)力機組振動監(jiān)測工作的開展主要意義在于能夠幫助風(fēng)力機組提供更多的可能。除此之外，這一技術(shù)的發(fā)展與進步也幫助風(fēng)電機組振動預(yù)防提供了更多的參考意義，未來還需要根據(jù)實際發(fā)展方向和發(fā)展前景來采取更多的預(yù)防性檢修技術(shù)。