風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)局部缺陷的原因分析及處理

王玉亮

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，隨著風(fēng)電機(jī)組功率等級的不斷提高，主軸承直徑也不斷增加。由于主軸與主軸承之間采用過盈配合，裝配過程中需要對主軸承進(jìn)行加熱，而主軸承的內(nèi)圈、滾子及外圈緊密配合，在加熱過程中需要控制好游隙，避免滾子受擠壓。加熱過程中除了控制內(nèi)外圈各自的加熱溫度外，還要控制內(nèi)外圈的溫差。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機(jī)基礎(chǔ);原因;處理

引言

風(fēng)力發(fā)電組一般安裝在地理和地質(zhì)環(huán)境較差的位置，且高聳突出，為此，降低各部件的故障率，提升風(fēng)電機(jī)組的可利用率，通過一些技術(shù)手段檢測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、在故障發(fā)生早期階段監(jiān)測到異常狀況，及時(shí)跟蹤部件損壞程度，制定維護(hù)檢修計(jì)劃，避免設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞所造成的備件成本增加與大部件更換時(shí)設(shè)備停工損失已成為一種趨勢。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)部件常用的觀測指標(biāo)有溫度、噪聲、振動(dòng)等，進(jìn)行振動(dòng)數(shù)據(jù)分析可發(fā)現(xiàn)早期故障，判斷傳動(dòng)部件內(nèi)部故障發(fā)生位置及嚴(yán)重程度，同時(shí)也可預(yù)測故障發(fā)展趨勢并通過實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)值變化推斷何時(shí)更換故障部件，具有較高的實(shí)用價(jià)值，因而越來越多的被利用到風(fēng)電機(jī)組的監(jiān)測中。早期開發(fā)的離線便攜式振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備可用于運(yùn)行機(jī)組的定期檢查與故障部件的振動(dòng)診斷，可滿足基本的振動(dòng)觀測需求，但由于不具備實(shí)時(shí)觀測功能，數(shù)據(jù)存儲及分析過程較為繁瑣，因而采用具有實(shí)時(shí)監(jiān)測及數(shù)據(jù)智能分析預(yù)警功能的CMS在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)成為當(dāng)前普遍的需求。

1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作原理及結(jié)構(gòu)

綜合分析傳統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)特性，在其葉片后端增設(shè)永磁體裝置，并將原風(fēng)葉材料替換成銅質(zhì)材料，利用銅質(zhì)材料在切割磁感線時(shí)能產(chǎn)生電渦流現(xiàn)象。新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作原理：通過風(fēng)能帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，將葉片旋轉(zhuǎn)所得的機(jī)械能通過增速器傳遞到發(fā)電機(jī)中，轉(zhuǎn)換為電能，再通過晶閘管等濾波裝置，對產(chǎn)生的電流進(jìn)行濾波，最后，通過控制系統(tǒng)傳遞到主網(wǎng)中;旋轉(zhuǎn)的葉片與后端固定的永磁體裝置間存在相對運(yùn)動(dòng)，發(fā)生切割磁感線現(xiàn)象進(jìn)而產(chǎn)生電流，將產(chǎn)生的電流通過導(dǎo)線傳輸，并對其進(jìn)行濾波、并網(wǎng)處理，最終與原生電能匯合進(jìn)行傳輸。

2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)出現(xiàn)的問題

風(fēng)電場個(gè)別風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒內(nèi)混凝土表面存在不同程度開裂和破碎，局部有結(jié)水。塔筒外混凝土中墩表面與混凝土結(jié)合面止水措施受損，結(jié)合面出現(xiàn)縫隙，基礎(chǔ)環(huán)周邊表層混凝土輕微擠裂，經(jīng)雷達(dá)檢測，基礎(chǔ)環(huán)底法蘭與混凝土結(jié)合處存在不密實(shí)區(qū)。該現(xiàn)象隨著時(shí)間推移將進(jìn)一步加劇基礎(chǔ)環(huán)受力結(jié)構(gòu)惡化，基礎(chǔ)環(huán)與混凝土基礎(chǔ)間的不密實(shí)區(qū)將不斷擴(kuò)大，勢必對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全造成嚴(yán)重影響，可能造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傾倒的安全生產(chǎn)事故。

3風(fēng)力發(fā)電機(jī)組處理措施

3.1加熱器及溫度采集和控制

加熱器主要由導(dǎo)線、結(jié)構(gòu)骨架、連接器等構(gòu)成，通過加熱線圈的交變電流轉(zhuǎn)換為交變磁通，磁通在穿過被加熱的金屬體時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流在流過金屬體時(shí)會(huì)產(chǎn)生熱量，從而對工件進(jìn)行加熱。加熱過程中，需要控制軸承內(nèi)外圈的溫差，確定內(nèi)圈多個(gè)點(diǎn)位的溫度以防止局部過熱。因此，采用多路溫度采集，分別在端面、圓弧面上布置磁吸式熱電偶探頭。溫度信號采集后送入工控機(jī)及主控制板，通過與軟件預(yù)設(shè)數(shù)值的對比確定電源輸出功率并提供保護(hù)。加熱系統(tǒng)采用常規(guī)的PID控制算法，溫度控制屬于滯后控制系統(tǒng)，可采用工業(yè)控制中常用的滯后控制參數(shù)整定模型。為合理處理系統(tǒng)響應(yīng)速度（即加熱速度）與系統(tǒng)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。

3.2風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心

風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心由前臺監(jiān)控主機(jī)與后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兩部分組成，根據(jù)風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測與故障分析預(yù)警的需求分析、不同操作系統(tǒng)的可移植性及大數(shù)據(jù)分析的便利性，采用Python語言環(huán)境開發(fā)前臺監(jiān)控軟件。（1）前臺監(jiān)控主機(jī)。前臺監(jiān)控主機(jī)所搭載的監(jiān)控軟件具備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲分析、故障預(yù)測等功能，監(jiān)控主界面采用Python編程環(huán)境的PyQT5模塊開發(fā)，SocketServer模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)接收與處理，SqlServer模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲，采用scipy、numpy、pandas庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。①實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，采集各機(jī)組1S間隔的周期數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、振動(dòng)數(shù)值及振動(dòng)曲線。②數(shù)據(jù)存儲分析，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲到后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出、時(shí)域指標(biāo)（峰值、均方根值、偏度、峭度、波形因子、峰值因子、脈沖因子、裕度因子）分析功能及錄波數(shù)據(jù)的時(shí)域分析、頻域分析功能。③故障預(yù)測，通過自學(xué)習(xí)的方法分析歷史數(shù)據(jù)的各類時(shí)域指標(biāo)，形成故障閾值，自動(dòng)識別異常部件。根據(jù)部件的特征頻率設(shè)定錄波參數(shù)，定時(shí)采集振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過FFT變換、包絡(luò)解調(diào)分析等識別故障部位及損壞程度。（2）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為在線振動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，搭建PostgreSQL12數(shù)據(jù)庫，按風(fēng)機(jī)名稱建立數(shù)據(jù)表，存儲前臺監(jiān)控軟件所獲取的風(fēng)機(jī)振動(dòng)、轉(zhuǎn)速、功率、溫度等所有信息，同時(shí)也以獨(dú)立文件形式存儲定時(shí)采集的高頻錄波數(shù)據(jù)。

3.3灌漿修補(bǔ)方案及漿料特性

處理方案為采用高壓灌漿對基礎(chǔ)進(jìn)行加固修補(bǔ)。灌漿材料選用高強(qiáng)度改性環(huán)氧樹脂，所用環(huán)氧樹脂必須符合《JC/T1041-2007混凝土裂縫用環(huán)氧樹脂灌漿材料》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。使用前進(jìn)行配比試驗(yàn)，取得相關(guān)的漿液參數(shù)，注漿料抗壓強(qiáng)度必須高于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度，并具有良好的滲透性。通過填充基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土間已形成的間隙，使基礎(chǔ)環(huán)與混凝土粘結(jié)成一個(gè)整體。環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠的性能滿足風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的長期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效對間隙和不密實(shí)區(qū)進(jìn)行填充;（2）采用的環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)膠具較高的強(qiáng)度，并具有很好韌性、耐疲勞特性，能長期適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行動(dòng)載情況;（3）能使基礎(chǔ)鋼環(huán)與混凝土結(jié)構(gòu)有效粘結(jié)，增強(qiáng)整體性和強(qiáng)度。

3.4風(fēng)機(jī)接地裝置施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

接地裝置施工過程中，要對容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的幾個(gè)環(huán)節(jié)重點(diǎn)控制。其中，接地裝置焊接質(zhì)量控制中，施工過程中，地基、接地網(wǎng)、等電位和重復(fù)接地等位置焊接，要嚴(yán)格質(zhì)量把關(guān)、避免出現(xiàn)漏焊、虛焊等，在焊接完成之后，要立即組織專業(yè)人員進(jìn)行電阻值測量，做到每完成一個(gè)工序，電阻值測試一次，直至達(dá)標(biāo)。在接地裝置防腐方面，當(dāng)前國內(nèi)接地裝置防腐主要有加大接地體截面積、采用銅或其他耐腐蝕的金屬、采用陰極保護(hù)法及涂抹導(dǎo)電防腐涂料等，前三種存在增加設(shè)備成本或接地電阻值問題，而導(dǎo)電防腐材料性價(jià)相比均較高，目前被廣泛采用。另外，掩蔽部分一定要經(jīng)檢測合格后方可掩蔽，并及時(shí)填寫掩蔽資料備查。

結(jié)語

引起風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基礎(chǔ)環(huán)與混凝土出現(xiàn)間隙及表面開裂的主要原因?yàn)椴捎没A(chǔ)環(huán)插入混凝土式塔筒結(jié)構(gòu)，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的性能不同，變形不能協(xié)調(diào)一致，長期作用基礎(chǔ)環(huán)與混凝土界面防水止水措施損壞。當(dāng)?shù)爻渑嬗晁治g和臺風(fēng)影響，雨水沿基礎(chǔ)環(huán)外壁進(jìn)入基礎(chǔ)混凝土后不斷洗刷，引起基礎(chǔ)環(huán)周邊局部區(qū)域混凝土不密實(shí)，塔筒搖晃傳導(dǎo)至表面產(chǎn)生混凝土擠裂破碎。對于機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，尤其是對傳動(dòng)鏈大機(jī)械部件的運(yùn)行狀況趨勢的監(jiān)測分析具有優(yōu)秀的預(yù)報(bào)、診斷功能。為設(shè)備正常運(yùn)行提供保障，提供精細(xì)化的設(shè)備管理依據(jù)，減少非計(jì)劃停機(jī)，提高設(shè)備可利用率，延長機(jī)組使用壽命。

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