風力發電機狀態監測與故障診斷技術綜述

孫海光

摘 要：風力發電機狀態監測與故障診斷技術的有效落實，一方面能夠根據已有發電機狀態，判斷潛在的故障隱患，并提供有效的防治措施，以便維持風力發電機的運作穩定性；另一方面更能有效增強電力設備的可控性，降低外界環境對設備的影響，更維護了地方電力環境的質量。本文基于風力發電機工作原理展開分析，在明確常見故障與系統對策同時，期望能夠為后續電力系統的構建提供良好參照。

關鍵詞：風力發電機；狀態監測；故障診斷；技術分析

1 風力發電機工作原理概述

風力發電機技術基于電子技術、電磁學、材料科學與空氣動力學提供的可持續能源產出設備。在運作期間，電力發電機主要是通過風機的葉片將風流產生的動能轉化為機械能，由此提升齒輪組轉速的同時，通過磁感線等原理將機械能轉換為電能的措施。比較傳統的火力發電環境，風力發電機能夠有效降低資源的損耗，并避免了燃燒產物對自然環境的傷害，使風力發電機的應用成為未來電力能源系統構建的必然趨勢。

從現階段風力發電機的種類來看，主要由葉片數目、葉尖速度、變槳方式與受力旋轉方式幾個方面分類，以便有效適用于各個地區場景的同時，保障電力設備運轉的穩定性。而今，我國境內最普遍的風力發電機主要是三葉片變槳上風向水平軸機組。

2 風力發電機常見故障

2.1 剎車盤故障分析

剎車盤故障會嚴重影響低風速時風力發電機運轉的效率，使電機組的電網環境隨之產生波動性，如此自然便影響了發電質量。此類問題多是由于剎車力矩變大，使剎車構件在短時間內對剎車底板施加較大的摩擦力，由此使底盤變形。對于此類問題，才通過液壓油的替換使剎車阻尼管延長剎車動作，由此滿足正常制動時間的標準，并降低緊急剎車的力度，才能有效降低剎車底盤變形的概率，并減少對齒輪組的傷害。

2.2 液壓油故障分析

根據以往風力發電機組發生的故障資料可知，液壓油問題出現較為頻繁，此種問題多是由于齒輪箱內葉尖油管線路出現側漏，導致油位升高的同時使內部壓力過大，如此便會基于擠壓是油壓管破損，從而是液壓油出現泄漏問題。對于此種問題，一旦發現必須及時對管路進行修補或更換元件，避免齒輪表面出現異常，以便保障機組運作正常。

2.3 減速器故障分析

減速器主要是驅動電力發電機機艙運轉的動力元件，在工作運行期間，能夠跟隨風向制動機艙，由此確保電力發電機運轉正常。減速器運作與外界風力環境有所關聯，通常會出現重復啟停的動作，從扭矩與摩擦性的角度來分析，此種元件受損必定十分嚴重，并且安裝位置所受限制較大，所以一般會采取蝸牛蝸桿與多級行星減速的方式，為設備元件提供跟更全面的保障。而從減速器故障資料來看，此類故障多事因為采用了單電動機驅動的措施，使保障機構系統受到較嚴重的創傷，若無法及時進行更換和修補，則極易影響風力發電機的運作，甚至會直接破壞其他元件，使電動機直接陷入癱瘓狀態。所以，在實際發電機組運行期間，更提倡使用雙偏航減速驅動裝置，以此降低類似故障的發生。

2.4 設計漏洞分析

從風力發電機設計角度來看，齒輪元件的設計標準仍舊沿用傳統質量要求，在面對現階段大電量供需關系時，無法再提供更全面的保障與剛性，這便導致在風里或電動機運作荷載力的影響下，極易造成齒輪表面咬傷，甚至會直接出現損壞現象，使電動機功能運作陷入癱瘓狀態。在面對此類問題時，設計人員必須根據風力發電機的功率和扭矩進行細致分析，在確定承載力環境后，在對齒輪元件的強度進行設計，由此確保元件質量滿足要求，同時更能夠降低風力發電機運作的損耗，由此保障整體發電機運轉的質量水準。

3 風力發電機狀態監測與故障診斷分析

3.1 故障診斷的原理

由于風場氣流時常處于變化之中，齒輪機和發電機的故障信號就會處于不穩定的狀態，格局頻域分析的方法很難斷定是否出現混淆信號。利用小波分析可以對時域和頻域進行實時的分析，這種分析方法具有很好地局部化性質，只是以往的小波分析會出現頻率混淆的現象，應用快速傅里葉和對應的逆變換進行計算可以減小頻率混淆現象，使得時頻分辨率力更強大。而通過智能診斷將單子帶重構改成小波變換，利用子帶系數的特殊區域對故障加以判定，通過神經網絡的輸入顯示映射關系，進而可以導出故障類型的信號，對故障位置和類別準確的判斷出來。

3.2 故障診斷系統結構

建立系統結構可以方便用戶的使用和管理，對發電機組實行遠程監控并進行診斷，實時的服務可以對未知故障提供專家的遠程操控幫助，系統可以獲取發電機組工作的狀態數據，利用振動傳感器可以獲取齒輪箱的數據，電流傳感器可以獲取定子電流信息，所有的信息經過系統的整合就可存入狀態監測系統和故障診斷系統，從系統中的數據庫中提取數據就能對故障加以分析，狀態監測的相關信息也會顯現出來。

3.3 診斷系統環境分析

系統能夠得以實現主要是因為C語言和相應數據庫提供的技術支持，通過以上的技術可以實現系統的界面開發和和狀態監測顯示。利用數據庫和m語言的編程可以實現故障的智能化診斷，整個系統的運行環境是依靠計算機編程技術和相關數據庫提供平臺建立起來的。

3.4 系統功能分析

狀態監測和故障診斷系統主要由風場狀態、發電量累計、故障診斷和管理等模塊組成的。其中的風場狀態就是將風力發電機場的低壓側電壓、電流、頻率和功率等數據顯現出來，利用曲線和數字量將所有的數據直觀的呈現給用戶，以便于用戶對風場的整個狀態進行詳細的了解；發電量的累計可以顯示各個時間段的發電總量，通常可以采用柱狀圖顯示，如此可以節省人力物力，提升工作效率；故障診斷的方式有很多種，主要有對齒輪箱振動參數的時域圖進行分析的方法，還有小波分析圖以及故障案例圖等分析方法，通過設定采樣的時間對相關部件實行診斷，最后生成的小波分析圖可以提供給專家進一步的分析；系統當中的管理模塊只對管理人員開放的，管理人員的工作是對系統進行維護和升級，對故障記錄并制定信息報表查詢，將報表打印出來，管理客戶信息并限制客戶的使用權限，保證系統的正常運行。

4 結束語

風力發電機組狀態監測與故障診斷措施的有效落實，不但能夠為風力發電系統提供更完善的質量檢測系統，由此避免故障引起的電力驟停現象，為周邊電力環境質量提供了保障，同時更能夠借助信息化等技術的落實，增強設備檢修工作的效率與準確性，為后續設備的持續應用奠定了堅實基礎。故而，在論述風力發電機狀態監測與故障診斷技術期間，必須明確風力發電組的運轉影響因素，并提供完善的解決措施，才能為后續電力系統的構建提供保障。

參考文獻

[1]趙勇，韓斌，房剛利.風力發電機狀態監測與故障診斷技術綜述[J].熱力發電，2016，45（10）：1-5.

[2]于占龍.風力發電機狀態監測與故障診斷技術綜述[J].工程技術：文摘版，2016（10）：00297-00297.

[3]吳艷標.風力發電機狀態監測和故障診斷技術的研究[J].城市建設理論研究（電子版），2018（7）.

[4]郭慶偉，史海峰.探析風力發電機狀態監測與故障診斷技術[J].科學與財富，2017（22）.