風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷與預(yù)測技術(shù)研究綜述

陳釗

摘要：在風(fēng)電發(fā)展規(guī)模及技術(shù)不斷成熟的當(dāng)下，提升風(fēng)電設(shè)備可靠性逐漸成為風(fēng)電領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。隨著累計時間的不斷增加，風(fēng)電機(jī)組維護(hù)問題越來越嚴(yán)重，因此有必要研究風(fēng)電機(jī)組故障診斷和預(yù)測技術(shù)。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;故障診斷;預(yù)測技術(shù)

前言

風(fēng)力發(fā)電可以解決人類社會對能源的急切需求，與此同時，身為一種清潔能源，風(fēng)力發(fā)電可以幫助人們保護(hù)地球，為了提升風(fēng)力發(fā)電質(zhì)量，有必要加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷分析，同時結(jié)合預(yù)測技術(shù)展開詳細(xì)研究，便于促進(jìn)風(fēng)力發(fā)電工作合理開展。

1 風(fēng)力發(fā)電研究

風(fēng)力發(fā)電即將自然風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能，便于滿足人們用電需求。通過分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，我們了解到，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間，風(fēng)力會促進(jìn)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動，這一過程增速機(jī)具有增大轉(zhuǎn)速的作用，最終起到發(fā)電效用。風(fēng)力發(fā)電具備一定環(huán)保性能，風(fēng)量相對較大，具有較強(qiáng)開發(fā)性。在偏遠(yuǎn)區(qū)域使用風(fēng)力發(fā)電，可以為供電及日常用電帶來很大方便。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障特點(diǎn)

2.1 葉片故障

葉片故障作為風(fēng)電機(jī)組中的常見故障，葉片身為風(fēng)電機(jī)組中的主要部分，當(dāng)機(jī)組處運(yùn)行狀態(tài)正常時，葉片會接受相應(yīng)應(yīng)力，這時引起故障的一個主要原因。例如，葉片長期運(yùn)行后，因長期和蒸汽接觸，葉片表層會發(fā)生輕微腐蝕，嚴(yán)重的會導(dǎo)致葉片表層凹凸不平，從而使得葉片結(jié)構(gòu)不穩(wěn)，最終導(dǎo)致葉片出現(xiàn)松動問題。此外，若葉片在外力作用下發(fā)生變形，勢必會在短時間內(nèi)釋放較高聲發(fā)射信號，面對這一現(xiàn)狀，有必要對葉片情況進(jìn)行合理檢測。另外，重視葉片的一個重要原因為，當(dāng)葉片運(yùn)行出現(xiàn)故障，轉(zhuǎn)子葉片就會受到不均勻力影響，嚴(yán)重的還會影響機(jī)艙內(nèi)部情況，最終影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2 齒輪箱故障

齒輪箱作為發(fā)電機(jī)組當(dāng)中的一個主要連接部件，齒輪箱的存在可以提升主軸轉(zhuǎn)速，保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間能有效滿足供電需求。一般情況下，可以將齒輪箱分成二級平行齒輪與行星齒輪兩類造型，因風(fēng)力發(fā)電機(jī)一直處在室外情況下，天氣情況變化容易對齒輪箱內(nèi)部運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。例如，內(nèi)部行星齒輪和高速軸側(cè)軸承，都可以在使用一段時間后，出現(xiàn)某些故障現(xiàn)象。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行期間，若受到荷載應(yīng)力方面影響，即便短期不出現(xiàn)問題，但齒輪內(nèi)運(yùn)行現(xiàn)狀也會發(fā)生明顯改變。和葉片故障相比，齒輪組不容易出現(xiàn)故障，但若齒輪故障一旦出現(xiàn)，勢必會對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

2.3 電機(jī)故障

引起電機(jī)故障的原因較多，很多時候多是因為機(jī)械故障與電氣故障引起的。一般情況下，可以將電氣故障分為短路、短路、高溫等不同情況，機(jī)械故障包含破壞與磨損等情況。在分析電流與振動情況后，我們即可了解引起電機(jī)故障的主要原因。因雙饋式風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)動期間轉(zhuǎn)速相對較高，所以風(fēng)電機(jī)組內(nèi)安置的齒輪箱，應(yīng)將轉(zhuǎn)速提升到某一高度，之后方能配合設(shè)備運(yùn)行，但是若單純的遷就風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)速，勢必會影響機(jī)組本身質(zhì)量，另外也會引起噪聲問題。

2.4 偏航及剎車系統(tǒng)故障

常規(guī)偏航系統(tǒng)具備動態(tài)跟蹤功能，且能有效掌握機(jī)艙內(nèi)部風(fēng)向情況，與此同時，還能解決電纜纏繞等問題。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，變槳系統(tǒng)即在風(fēng)速引起波動情況下，合理調(diào)整葉片朝向角度，便于對風(fēng)速情況進(jìn)行合理控制，同時有效掌握動力轉(zhuǎn)矩，便于有效掌握運(yùn)行功率。當(dāng)風(fēng)速過高且電機(jī)運(yùn)行發(fā)生異常時，可以將葉片調(diào)到順槳狀態(tài)，便于對運(yùn)行情況進(jìn)行合理調(diào)控。再者，剎車系統(tǒng)在其中發(fā)揮關(guān)鍵作用，比如，可以有效降低轉(zhuǎn)子葉片速度。需要注意的是，剎車系統(tǒng)可以在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)某些故障期間，進(jìn)行斷電處理。在分析摩擦片磨損情況與受力情況期間，剎車系統(tǒng)很容易在外力作用下發(fā)生故障。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中的信號，能充分展現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組健康情況，同時可以被應(yīng)用到風(fēng)電機(jī)組故障預(yù)測及診斷中。現(xiàn)階段投入商業(yè)應(yīng)用中的風(fēng)電機(jī)組健康情況監(jiān)測系統(tǒng)主要是以振動信號為基礎(chǔ)建立起來的。以振動信號狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)為基礎(chǔ)，需要在重點(diǎn)風(fēng)電機(jī)組部件，例如主軸軸承、齒輪、發(fā)電機(jī)等位置安裝不同振動傳感器，然后合理配置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這對遠(yuǎn)離地面機(jī)組而言，獲得信號十分困難。另外，傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自身也會出現(xiàn)故障，因而使得難以可靠采集風(fēng)機(jī)組振動數(shù)據(jù)，從而導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組誤報情況經(jīng)常發(fā)生，此外還應(yīng)增加運(yùn)行及維護(hù)成本。為了改變這一現(xiàn)狀，有必要研究一種非介入式的，成本較低的技術(shù)，便于對風(fēng)電機(jī)組情況進(jìn)行合理監(jiān)測。

3.1 振動信號故障診斷法

振動信號分析作為當(dāng)前常用的故障診斷法，逐漸被應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組軸承、齒輪箱等重要部件故障診斷與健康監(jiān)測中。一直以來，很多科研人員借助振動信號研究了風(fēng)電機(jī)組故障診斷情況?，F(xiàn)階段，很多風(fēng)電機(jī)組故障診斷法多是分析離線狀況下振動信號，但是現(xiàn)實(shí)當(dāng)中風(fēng)電機(jī)組條件經(jīng)常變化，所以有待進(jìn)一步研究變工情況下的振動信號情況，同時研究出在線機(jī)組健康監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2 模式識別故障診斷法

這一故障診斷方法可以分析風(fēng)電機(jī)組不同信號，便于在時域當(dāng)中建立高維統(tǒng)計特點(diǎn)，同時借助機(jī)器學(xué)習(xí)方，對特征融合、分類、降維等情況進(jìn)行分析，便于對裝備進(jìn)行故障診斷。當(dāng)前故障診斷法多使用無監(jiān)督與監(jiān)督兩種模式識別法，模式識別法中含有很多算法，所以有必要加強(qiáng)無監(jiān)督與監(jiān)督模式方法在風(fēng)電機(jī)組故障診斷方面的研究。此外，應(yīng)加強(qiáng)對當(dāng)前風(fēng)電機(jī)組健康及故障數(shù)據(jù)開展模型訓(xùn)練與學(xué)習(xí)，然后在此基礎(chǔ)上，研究風(fēng)電機(jī)組故障情況，便于開展半監(jiān)督模式識別技術(shù)故障診斷研究。

3.3 電氣信號故障診斷

電氣信號中的故障信號相對較弱，一般情況下都會被電視信號隱藏，且不容易受到人們關(guān)注。關(guān)注這一方面情況，可以借助技術(shù)性分析法，將電氣信號和故障信號中的內(nèi)容提取出來，然后將得到的內(nèi)容用在后期故障診斷與維護(hù)中。再者，在其他方面問題研究中，借助運(yùn)用模型即可判定系統(tǒng)故障問題，此外，隨著新型技術(shù)的使用，仿真模型逐漸變成故障問題研究的主要工具。

4結(jié)語

綜上，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)越來越成熟，人們可以靈活應(yīng)用這一技術(shù)，便于幫助將自然界中的風(fēng)能變成動能，然后再轉(zhuǎn)化成人們所需的電能。但因風(fēng)力發(fā)電機(jī)一直處在自然環(huán)境下，長期使用勢必會導(dǎo)致故障問題出現(xiàn)，為了解決這一問題，有必要找到故障原因，及時采取解決措施。

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（作者單位：國電電力內(nèi)蒙古新能源開發(fā)有限公司）