風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

蘇衛(wèi)東

（華電國際寧夏新能源發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 750002）

風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)的應(yīng)用

蘇衛(wèi)東

（華電國際寧夏新能源發(fā)電有限公司，寧夏 銀川 750002）

為便于實時檢測風(fēng)電機組運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)機設(shè)備的異常和缺陷，風(fēng)電機組應(yīng)用了在線遠程故障診斷系統(tǒng)。介紹了該系統(tǒng)的構(gòu)成和安裝布置，分析了系統(tǒng)的功能和應(yīng)用特點。該系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)了對風(fēng)力發(fā)電機組的主動性維護，提高了風(fēng)電場的安全性和經(jīng)濟性。

風(fēng)電機組；在線遠程；故障診斷

0 引言

風(fēng)電場處在偏遠地區(qū)，占地面積大，風(fēng)機布置分散，機艙位置高，風(fēng)機設(shè)備巡檢工作量大。在風(fēng)電場的運行過程中，往往因為設(shè)備檢查不到位，安全隱患沒有被及時發(fā)現(xiàn)，而造成發(fā)電機、風(fēng)機葉片、齒輪箱等重大設(shè)備損壞，嚴重影響風(fēng)電設(shè)備的安全運行，給風(fēng)電場造成重大經(jīng)濟損失。

因此，采用風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)，對風(fēng)機發(fā)電機、齒輪箱、風(fēng)機塔筒等設(shè)備的振動情況進行在線監(jiān)測，以便及時掌握風(fēng)電機組設(shè)備的異常和缺陷，合理進行風(fēng)機運行操作和檢修維護，防止重大事故的發(fā)生，減小檢修人員的勞動強度，對提高風(fēng)電場運行可靠性和經(jīng)濟性均具有十分重要的實際意義。

1 系統(tǒng)簡介

風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)由控制單元、傳感器、電纜、軟件平臺組成，系統(tǒng)共有3級：

第1級為機艙采集設(shè)備，包括ICP加速度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、光電轉(zhuǎn)換器、環(huán)網(wǎng)交換機等；

第2級為放置于升壓站中控室內(nèi)的數(shù)據(jù)服務(wù)器，分析程序安裝于此服務(wù)器內(nèi)，現(xiàn)場工程技術(shù)人員可以從這個服務(wù)器的終端獲取本風(fēng)場的機組運行數(shù)據(jù)和狀態(tài)；

第3級為設(shè)立在公司總部的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，管理層、專業(yè)技術(shù)人員可以通過該數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)更高層次的分析診斷和管理。

每臺風(fēng)機在主軸承45°徑向及軸向、齒輪箱行星級水平方向、齒輪箱直聯(lián)級垂直方向、齒輪箱直聯(lián)級軸向、齒輪箱第2行星級水平方向、發(fā)電機非驅(qū)動端水平方向、發(fā)電機驅(qū)動端水平方向共配置8個加速度振動傳感器。這些傳感器用于在線監(jiān)測主軸軸承、齒輪箱、發(fā)電機等關(guān)鍵部件的振動。

通過風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行時域分析、頻域分析、多域變換分析，并通過故障數(shù)據(jù)庫、診斷知識庫、各種故障模式識別方法(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊診斷和專家系統(tǒng)等)及故障趨勢預(yù)測，可實現(xiàn)精確的故障診斷，特別是實現(xiàn)早期故障預(yù)警與定量診斷，以便及早對設(shè)備進行檢查維護，避免故障擴大和設(shè)備損壞，延長維護和保養(yǎng)的周期，減少維護成本。

2 系統(tǒng)安裝布置

2.1 傳感器測點布置

依據(jù)VDI3884-2009《風(fēng)力發(fā)電振動標(biāo)準(zhǔn)》中對振動測點的相關(guān)要求，不同機型的測點布置與點數(shù)也有所區(qū)別，一般布置8個及以上加速度傳感器振動測試點。

2.2 振動數(shù)據(jù)采集器的安裝

根據(jù)不同機型，振動數(shù)據(jù)采集器的安裝位置可作調(diào)整。安裝時應(yīng)注意安全，并使其便于檢查清潔。

2.3 光電轉(zhuǎn)換器的安裝

機艙、塔基光電轉(zhuǎn)換器安裝于控制柜空置導(dǎo)軌上，其供電電源與數(shù)據(jù)采集器的供電電源從同一位置引入，并利用光纖的備用芯將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后進入生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)。

2.4 機組環(huán)網(wǎng)組網(wǎng)

通常情況下，環(huán)網(wǎng)交換機安裝于塔基下方，其供電電源從塔基控制柜中引入。光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號后進入生產(chǎn)環(huán)網(wǎng)。數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝于風(fēng)場監(jiān)控中心，從升壓站二次室將環(huán)網(wǎng)的信號引入到風(fēng)場監(jiān)控中心。

3 系統(tǒng)主要功能

風(fēng)電機組在線遠程故障診斷系統(tǒng)的主要功能有以下幾點。

(1) 監(jiān)測和顯示功能。以監(jiān)視圖、棒表、數(shù)據(jù)表格、曲線等方式實時動態(tài)顯示所監(jiān)測機組的數(shù)據(jù)和狀態(tài)；可選擇顯示所有機組的測量信號變化趨勢、波形、棒圖、頻譜圖、三維譜圖等；故障報警顯示功能。

(2) 基本分析功能。具有時域振動波形、時域特征值(峰峰值、有效值、方差、峰值因數(shù)、峭度指標(biāo)等)提取；信號概率分布和密度函數(shù)分析；振動信號頻譜和功率譜分析，沃爾什譜、相位譜、瀑布圖、細化譜、倒頻譜、包絡(luò)分析，共振解調(diào)分析，趨勢和相關(guān)趨勢分析等。

(3) 高級分析功能。包括基于多域變換及其與分類器組合的齒輪和滾動軸承振動信號的高級分析與故障診斷功能，實現(xiàn)故障精細診斷和準(zhǔn)確定位。

(4) 故障診斷功能。建立風(fēng)電機組故障數(shù)據(jù)庫和診斷知識庫。在界面工具欄點擊故障診斷，選擇需要診斷的風(fēng)機，點擊開始診斷項目，軟件就能判斷設(shè)備在某一時段正常與否。

(5) 系統(tǒng)能夠自動監(jiān)測各臺風(fēng)機的運行狀況，保存各臺風(fēng)機的運行檔案。當(dāng)風(fēng)機出現(xiàn)異常時，系統(tǒng)自動提示報警并給出異常部位的處理建議并指導(dǎo)檢修。

(6) 風(fēng)機振動數(shù)據(jù)自動長期保存，可以形成風(fēng)機振動情況的電子化檔案。

4 系統(tǒng)應(yīng)用特點

(1) 該系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集裝置兼容了高速數(shù)據(jù)采集和不間斷數(shù)據(jù)采集2種極端要求。高速數(shù)據(jù)采集器最高可以實現(xiàn)100 kb/s的數(shù)據(jù)采集速度，這樣可以在更高頻段分析齒輪箱的嚙合頻率。不間斷數(shù)據(jù)采集，即可以實現(xiàn)對全部通道不間斷數(shù)據(jù)采集，從而可以實現(xiàn)超低頻分析。

(2) 采用多種分析方法實現(xiàn)精確故障診斷與早期故障預(yù)警、故障定位。

(3) 該系統(tǒng)采集風(fēng)機主軸、齒輪箱、發(fā)電機振動等數(shù)據(jù)并上傳，運用了包括時域波形分析、頻域波形分析、倒譜、共振解調(diào)、小波分析、細化頻譜等最適合于風(fēng)電設(shè)備機械結(jié)構(gòu)特點的分析技術(shù)。

(4) 該系統(tǒng)能夠診斷風(fēng)電設(shè)備常見的故障，包括：軸平衡、軸對中、齒輪故障(齒面剝落、齒面點蝕、齒間隙不良、齒裂紋、斷齒)、軸承故障(保持架、滾動體、軸承外圈、軸承內(nèi)圈的點蝕、磨損、凹坑、松動)、風(fēng)機葉片不平衡、發(fā)電機聯(lián)軸器以及轉(zhuǎn)子偏心故障、共振問題等主要風(fēng)機故障類型。

(5) 有利于運行人員監(jiān)控。以總覽方式顯示所有風(fēng)機的振動值和狀態(tài)，以列表顯示所有測點的峰峰值、有效值和峭度，以機組方式顯示一臺機組結(jié)構(gòu)圖、測點布置位置、各測點的有效值和峭度。

(6) 有利于提高風(fēng)電場發(fā)電量。在線檢測風(fēng)機運行狀態(tài)，在無風(fēng)時統(tǒng)一維護維修，保證風(fēng)機在最優(yōu)狀態(tài)，有效減少意外的故障停機，最大限度提高風(fēng)電場發(fā)電量，提高公司經(jīng)濟效益。

(7) 有利于減少人員工作量。遠程數(shù)據(jù)自動采集、設(shè)備的遠程故障診斷，減少了現(xiàn)場的日常巡視工作量。

(8) 建立新型設(shè)備管理維護模式。結(jié)合該系統(tǒng)制定公司的風(fēng)電設(shè)備狀態(tài)檢修管理制度、設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)、檢修周期，達到降低設(shè)備維護維修成本，延長機組使用壽命，保證設(shè)備安全穩(wěn)定運行的目的。

(9) 經(jīng)濟效益明顯。該系統(tǒng)投運后，及時發(fā)現(xiàn)某風(fēng)機發(fā)電機驅(qū)動側(cè)、非驅(qū)動側(cè)的峰峰值、有效值及峭度均嚴重超標(biāo)。維護人員對發(fā)電機進行了對中調(diào)整，避免了發(fā)電機損壞。預(yù)期可減少發(fā)電機備件費用60萬元，運輸費用2萬元、吊裝費用5萬元、電量損失3.36萬kWh，共減少損失68.88萬元，可取得明顯的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)具有對風(fēng)電機組故障的發(fā)現(xiàn)和診斷能力，能及早發(fā)現(xiàn)風(fēng)機發(fā)電機、變速箱及軸承等重要部件的故障征兆，便于及時采取有效的預(yù)防措施，避免故障擴大，從而延長機械壽命，降低檢修維護費用。

同時，可以利用該系統(tǒng)隨時跟蹤故障的變化趨勢，根據(jù)故障的發(fā)展情況，合理安排消缺時間，利用小風(fēng)期安排消缺，避免消缺造成大量電量損失；并可減少人工巡檢次數(shù)及備品的庫存，節(jié)省人力、物力，實現(xiàn)了對風(fēng)力發(fā)電機組的主動性維護，提高了風(fēng)電場的安全性和經(jīng)濟性。

2014-10-14；

2014-12-12。

蘇衛(wèi)東(1967-)，男，高級工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電故障、預(yù)測系統(tǒng)技術(shù)研究及安全生產(chǎn)管理工作，email：401728612@qq.com。