風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)綜述

張明

（黑龍江省哈爾濱市龍源新能源發(fā)展有限公司，黑龍江 哈爾濱 154800）

風力發(fā)電不僅僅可以滿足當前比較緊缺的電力資源，并且使用風力進行發(fā)電還非常的環(huán)保，貫徹了中國可持續(xù)發(fā)展的理念，具有非常環(huán)保的作用。由于風發(fā)電機在運行的時候比較危險，所以說沒有辦法及時了解風力發(fā)電機在運行時候關(guān)鍵部件的狀況，在維護風力發(fā)電機的時候一般采用事后維修或者是計劃維修的方式。而風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷可對發(fā)電機的關(guān)鍵部件進行監(jiān)測，保障各個零部件正常運行。

一、風力發(fā)電機的機械故障監(jiān)測以及診斷

機械故障包含的內(nèi)容非常多，有發(fā)電機振動的幅度以及頻率過大，發(fā)電機的軸承壞了，等等。機械故障信號的診斷可以通過控制發(fā)電機在運行過程中的振動、溫度、轉(zhuǎn)速等來實現(xiàn)。在監(jiān)測發(fā)電機機械故障的時候還可以通過發(fā)電機在運行時候輸出的電壓、電流以及電阻這些方面的頻率來診斷。一旦發(fā)電機振動幅度比較頻繁的話，那么就有可能是因為軸承出現(xiàn)了故障。一般情況下軸承故障以后發(fā)電機的轉(zhuǎn)動頻率是正常情況才的一千多倍甚至于更高，利用振動傳感器獲取軸承轉(zhuǎn)動的頻率，然后對轉(zhuǎn)動的頻率進行分析就可以獲得軸承故障的信號。當前在診斷軸承故障的時候采用的方法主要有峰值能量法、小波分析法、包絡解調(diào)法等這幾種方法。軸系不對稱的故障可以通過對發(fā)電機振動的信號進行放大、過濾以后來獲得故障的信號。發(fā)電機在不斷的運行，而發(fā)電機的軸承在長期的運行不斷地受到磨損，磨損以后溫度就會升高，這樣就會造成軸承變形，這樣發(fā)電機就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子偏心故障，該故障還可以通過監(jiān)測發(fā)電機輸出的電壓以及電流頻率。在診斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子偏心故障的時候還可以使用連續(xù)小波的方法進診斷。假如是較為輕微的機械故障在發(fā)電機運行時候，轉(zhuǎn)軸就會通過振動而引起氣隙振動，這樣也會造成機械故障，也可以通過這個方面進行機械故障站診斷

二、監(jiān)測和診斷風力發(fā)電機的電氣故障信號

除了上述文章中描述的機械故障，還有電氣故障信號監(jiān)測以及診斷。在監(jiān)測發(fā)電機電氣故障的時候一般通過發(fā)電機的電子圈的溫度、發(fā)電機的定子電壓、發(fā)電機的定子與轉(zhuǎn)子的電流等等方面進行監(jiān)測，利用這些方面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后進行處理以后就可以得出發(fā)電機是否出現(xiàn)了電氣故障。當前在診斷電氣故障的時候一般采用電流檢測法、振動檢測法、磁通監(jiān)測法、電流高次諧波法等等方法.當發(fā)電機出現(xiàn)轉(zhuǎn)子、定子線圈絕緣損壞的時候就睡造成匝間短路、相間短路等等短路請況，所以說發(fā)電機的電氣故障診斷需要集中短路上面。為了更好的檢測發(fā)電機的狀況就需要監(jiān)測發(fā)電機的電壓以及轉(zhuǎn)子扭矩，而且還可以適當?shù)慕柚髿鉁囟纫约皦毫Φ惹闆r。發(fā)電機最經(jīng)常發(fā)生的電氣故障就是匝間短路，而一旦發(fā)生匝間短路以后發(fā)電機的定子電流就會失去對稱性，一旦對稱性打破以后，發(fā)電機就會生成一個反向的磁場，然后就會產(chǎn)生故障諧波分量。當前診斷匝間短路的方法也有很多，常用的有電流park 矢量軌跡、電流諧波成分等方法。但是當發(fā)電機的匝間短路的匝數(shù)比較少的時候，定子電流的變化量非常地微弱，甚至有些不明顯，這個時候諧波的成分就會比較難以監(jiān)測。在使用的方法中較為明顯、較為好用的方法是park 矢量軌跡的方法，因為當發(fā)電機出現(xiàn)匝間短路的時候，park 矢量軌跡表現(xiàn)的最為明顯，該種方法可以在最短的時間內(nèi)通知你發(fā)電機出現(xiàn)了問題，發(fā)電機壞了。發(fā)電機壞以后表現(xiàn)出來特征就是溫度升高、定子轉(zhuǎn)流出現(xiàn)故障，這個時候帕克矢量軌跡的方法可以將這些變化通過軌跡表現(xiàn)出來，并且變現(xiàn)的非常清晰，大家在觀察的時候也會比較容易，不至于說表現(xiàn)得內(nèi)容大家看不明白。發(fā)電機短路不僅僅有匝間短路這一種表現(xiàn)形式，還有相間短路，這種短路的形式也是非常獨特的，它有三種表現(xiàn)的形式。相間短路發(fā)生以后，發(fā)電機的溫度、磁場都會發(fā)生非常明顯的變化，發(fā)電機相間短路可以通過發(fā)電機的電流、溫度以及振動信號等這些方面確定，常用的相間短路診斷方法是BP、EIMAN、PNN 神經(jīng)網(wǎng)絡法。這三種神經(jīng)網(wǎng)絡法經(jīng)過長時間的實踐以后發(fā)現(xiàn)各自有各自的優(yōu)點。BP 神經(jīng)網(wǎng)路法主要的優(yōu)點是收斂的速度比較快，ELMAN 神經(jīng)網(wǎng)絡法的主要優(yōu)點是解構(gòu)非常的簡單，PNN 神經(jīng)網(wǎng)路法的優(yōu)點主要是容錯能力非常的強大，這三種方法各自都有各自的優(yōu)點，誰也沒有辦法取代誰。該方法還處于研究的階段，還沒正式的投入使用，但是，該方法一旦投入使用以后一定能為發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和診斷做出巨大的貢獻。

結(jié)束語

簡言之，風力發(fā)電技術(shù)是非常環(huán)保的技術(shù)，對于滿足當前用電量起到了非常重要的作用。為了更好的保障風力發(fā)電的正常運行需要采用風力發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測以及故障診斷技術(shù)，將故障扼殺在搖籃里，減少故障發(fā)生的頻率，提升風力發(fā)電的效率。發(fā)電機的及西厄診斷和電氣診斷的方法都可以將發(fā)電機中蘊含的問題得到較好的解決。