風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

張士雄

摘要：風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中非常核心的部件，同時(shí)也是風(fēng)電機(jī)組中容易發(fā)生故障的部件。對(duì)風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，并及時(shí)發(fā)送維護(hù)預(yù)警信息，這樣對(duì)風(fēng)電齒輪箱部件的二次損壞有防止作用，降低維護(hù)成本具有非常重要的意義。風(fēng)電齒輪箱在進(jìn)行具體的運(yùn)行過程中，各種傳感器的數(shù)據(jù)值是以系統(tǒng)的方式，并以此作為基礎(chǔ)條件從而構(gòu)件相對(duì)較多的信息融合評(píng)價(jià)機(jī)制，通過相應(yīng)的評(píng)價(jià)機(jī)制能夠?qū)Ω鞣N健康狀態(tài)得分情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，健康狀態(tài)在得分相對(duì)較低的情況下，可以通過GSM網(wǎng)絡(luò)信號(hào)以及手機(jī)短信的方式發(fā)送遠(yuǎn)程維護(hù)預(yù)警信息，為了能夠使單一傳感器報(bào)警閾值的誤報(bào)現(xiàn)象得到有效的避免，使維護(hù)預(yù)警信息準(zhǔn)確性得到明顯的提升。疲勞壽命臺(tái)架試運(yùn)行所得到的研究結(jié)果表明，該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以對(duì)風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，預(yù)警準(zhǔn)確性高，因而具有非常好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電齒輪箱;健康狀態(tài)評(píng)價(jià);遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);系統(tǒng)

在低碳能源發(fā)展中，發(fā)電技術(shù)非常快的是風(fēng)電。隨著風(fēng)電機(jī)組使用壽命的不斷增長(zhǎng)，機(jī)組產(chǎn)生的故障越來越多，維護(hù)所應(yīng)用到到的成本也相應(yīng)的增加的增加，使用風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)是目前需要解決的重要問題之一。風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中非常重要的核心部件，主要的功能是將風(fēng)輪在風(fēng)力作用下，將產(chǎn)生的動(dòng)力有效的傳遞給發(fā)電機(jī)，并采取“增速降扭”，以此來滿足發(fā)電機(jī)動(dòng)力輸入端的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩要求。風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行的有關(guān)數(shù)據(jù)表明，風(fēng)電齒輪箱是風(fēng)電機(jī)組中故障率發(fā)生最高的部件，同時(shí)也是導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間和維修費(fèi)用相對(duì)比較高的故障。因此，對(duì)風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估，以及及時(shí)發(fā)送維護(hù)預(yù)警信息，能夠有效的防止部件的二次損壞，從而能夠使維護(hù)成本得到有效的降低。

一、風(fēng)電齒輪箱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本概述

風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)在進(jìn)行具體的監(jiān)測(cè)過程中，一直以來都是國內(nèi)外研究的重點(diǎn)對(duì)象。C.philip提出了基于模型，采取的是非線性系統(tǒng)識(shí)別技術(shù)，而風(fēng)電齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以此作為基礎(chǔ)條件來進(jìn)行有效的應(yīng)用。H.W.Qin主要是應(yīng)用發(fā)射技術(shù)，然后設(shè)計(jì)出一種狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障識(shí)別系統(tǒng)，這樣系統(tǒng)的應(yīng)用是從早期的初始缺陷中的能量損失，以及作為判斷的依據(jù)來對(duì)風(fēng)電齒輪箱的早期故障進(jìn)行預(yù)警[1]。Y.N.Qiu基于SCA-DA系統(tǒng)，然后是構(gòu)建系統(tǒng)模型，之后以該模型作為基礎(chǔ)條件，對(duì)風(fēng)電齒輪箱故障系統(tǒng)進(jìn)行有效的判別，最后通過多種振動(dòng)小號(hào)中低頻信號(hào)對(duì)風(fēng)電齒輪箱的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控。盛迎新通過對(duì)振動(dòng)領(lǐng)域進(jìn)行分析，以及振動(dòng)領(lǐng)域中的頻譜分析和包絡(luò)譜分析，從而以此為基礎(chǔ)開發(fā)了風(fēng)電機(jī)組在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)而能夠有效的將風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)部件的故障以及損失進(jìn)行診斷。郭鵬通過對(duì)非線性狀態(tài)估價(jià)方法的應(yīng)用，從而構(gòu)建了齒輪箱能夠正常故障的溫度模型，并對(duì)溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)。

通過以上所述，盡管部分齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)得到了很好的實(shí)現(xiàn)，但是傳感器信息融合下的健康狀態(tài)評(píng)估、遠(yuǎn)程預(yù)警信息發(fā)送等諸多方面依然存在很大的局限性。因此，需要對(duì)風(fēng)電齒輪箱設(shè)計(jì)運(yùn)行健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，采取有效的針對(duì)性措施進(jìn)行合理的改進(jìn)，從而能夠達(dá)到實(shí)際需求[2]。

二、風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)評(píng)價(jià)機(jī)制的合理設(shè)計(jì)

（一）風(fēng)電齒輪箱傳感器系統(tǒng)的基本概述

風(fēng)電齒輪箱具體上而言是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，主要的組成部分是，齒輪、軸、軸承、箱體組成，產(chǎn)生故障的主要原因有，部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致有磨損現(xiàn)象的產(chǎn)生，以及部件產(chǎn)生變形的現(xiàn)象，還有就是潤(rùn)滑不良等現(xiàn)象產(chǎn)生，主要是由溫度、壓力、振動(dòng)等比較明顯的特征表現(xiàn)出來，因此，風(fēng)電齒輪箱通常情況下都會(huì)安裝溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器等，從而能夠在具體的運(yùn)行狀態(tài)中對(duì)傳感系統(tǒng)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。

通常情況下，風(fēng)電機(jī)組控制中心會(huì)在風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行具體的運(yùn)行過程中，對(duì)風(fēng)電齒輪箱上的傳感器數(shù)值進(jìn)行實(shí)時(shí)的收集，同時(shí)與正常數(shù)值的有效范圍進(jìn)行良好性的比較，在有異?，F(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)必須要進(jìn)行停機(jī)維護(hù)[3]。但是在具體情況下，風(fēng)場(chǎng)負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生一定的變化，從而使風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行過程中，會(huì)有單個(gè)傳感器的數(shù)值會(huì)超出額定的范圍而使誤報(bào)的現(xiàn)象產(chǎn)生，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行產(chǎn)生非常重要的影響。

（二）健康狀態(tài)下實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)所應(yīng)用到的具體方法

針對(duì)上述（1）中所出現(xiàn)的各種問題，在對(duì)齒輪箱傳感器基礎(chǔ)不產(chǎn)生額外的增加過程中，通過對(duì)齒輪箱運(yùn)行過程中各種傳感器數(shù)值的有效利用，然后應(yīng)用加權(quán)評(píng)分法對(duì)齒輪箱運(yùn)行健康狀態(tài)的具體評(píng)估情況進(jìn)行有效的分析，從而使故障所具有的準(zhǔn)確性得到明顯的提升。

三、系統(tǒng)臺(tái)架運(yùn)行試驗(yàn)

由于風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在最后的應(yīng)用過程中，需要與風(fēng)電齒輪箱實(shí)行配套安裝的方式[4]。因此，需要在可靠性、安裝空間等采取進(jìn)一步優(yōu)化措施。為了能夠滿足風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，必須要通過反復(fù)的驗(yàn)證，所以需要在風(fēng)電齒輪箱疲勞壽命試驗(yàn)臺(tái)架上安裝健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的樣機(jī)。與此同時(shí)還需要安裝巡檢顯示器，從而使系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)能夠得到顯示和準(zhǔn)確無誤的記載。

結(jié)束語：風(fēng)電齒輪箱健康狀態(tài)遠(yuǎn)程系統(tǒng)，能夠?qū)⒍喾N傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行一定程度上的集中，以及有效的采集、儲(chǔ)存以及對(duì)健康狀態(tài)評(píng)分，然后通過手機(jī)GSM網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程發(fā)送維護(hù)預(yù)警信息，從而使野外安裝的風(fēng)電機(jī)組中部件的運(yùn)行監(jiān)測(cè)難題能夠得到有效的解決，所應(yīng)用到的成本非常的低。風(fēng)電齒輪箱疲勞壽命臺(tái)架試運(yùn)行的最終實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠做到精確度非常高的將風(fēng)電齒輪箱運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)警信息維護(hù)發(fā)送，鑒于該項(xiàng)系統(tǒng)的應(yīng)用具有非常多的優(yōu)點(diǎn)，所以非常的具有工程應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫新田，劉仕民，于力強(qiáng)， 等.風(fēng)機(jī)預(yù)測(cè)維護(hù)系統(tǒng)在東辛營風(fēng)電場(chǎng)故障診斷中的應(yīng)用[Z].河北建投新能源有限公司東辛營風(fēng)能分公司.2013.

[2]浙江大學(xué).一種基于GPRS的風(fēng)電齒輪箱遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷方法：CN201510098192.9[P].2015-07-08.

[3]中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司， 華北水利水電大學(xué)， 中國水利水電科學(xué)研究院.基于振動(dòng)和油液的風(fēng)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估系統(tǒng)及方法：CN201510433298.X[P].2015-10-14.

[4]中國長(zhǎng)江三峽集團(tuán)公司， 華北水利水電大學(xué)， 中國水利水電科學(xué)研究院.基于振動(dòng)和油液的風(fēng)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與健康評(píng)估系統(tǒng)：CN201520534542.7[P].2015-11-18.