風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的思考

【摘要】社會(huì)對(duì)于電量的需求日益增加，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)用和發(fā)展成為社會(huì)關(guān)注重點(diǎn)，基于此本文對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)進(jìn)行思考，分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)所帶來(lái)的效益，研究討論風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，并在齒輪箱、發(fā)電機(jī)、信號(hào)處理三個(gè)方向的故障診斷方面進(jìn)行思考研究。希望為關(guān)注此話題的學(xué)者提供參考。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；故障診斷

目前世界各地的環(huán)境都有不同程度的污染，加上日益嚴(yán)重的能源危機(jī)，使得風(fēng)力發(fā)電這項(xiàng)提供綠色能源系統(tǒng)的發(fā)展成為世界關(guān)注的重點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在投入使用過(guò)程中會(huì)受到極端冷熱溫差的考驗(yàn)，不規(guī)則變化的風(fēng)效負(fù)荷也會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生深刻影響，因此風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)和故障診斷技術(shù)的應(yīng)用顯得尤為重要。

1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的思考

1.1風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的效益分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)所帶來(lái)的效益主要體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)方面和未來(lái)發(fā)展上。最直觀的是經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電發(fā)電系統(tǒng)可以幫助技術(shù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)由于極端的外界溫度環(huán)境導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)凍結(jié)現(xiàn)象，及時(shí)發(fā)現(xiàn)由電波導(dǎo)致的系統(tǒng)共振現(xiàn)象，并及時(shí)采取維修補(bǔ)救措施，有效降低維修成本，避免重大事故的發(fā)生，避免重大經(jīng)濟(jì)損失的出現(xiàn)。在風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)，將監(jiān)控到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)接收系統(tǒng)，并進(jìn)行先進(jìn)復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析過(guò)程，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集統(tǒng)一，最終繪制出對(duì)應(yīng)的狀態(tài)圖。風(fēng)力發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)記錄系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為以后的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)參考，從側(cè)面上促進(jìn)了未來(lái)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展。

1.2風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要對(duì)振動(dòng)、油液、過(guò)濾參數(shù)、性能參數(shù)四個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在振動(dòng)方面的檢測(cè)是目前應(yīng)用最廣泛的技術(shù)。該技術(shù)主要過(guò)程是對(duì)齒輪箱部件實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)與正常狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào)相對(duì)比，若發(fā)現(xiàn)故障立即發(fā)出警報(bào)信號(hào)。油液檢測(cè)的方面主要是油液品質(zhì)和鐵屑，有時(shí)也會(huì)涉及到油慮壓降和油溫。通過(guò)監(jiān)視過(guò)濾參數(shù)可以保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行。性能參數(shù)監(jiān)測(cè)主要過(guò)程是將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)際輸出功率正常輸出功率相對(duì)比，若差異超出規(guī)定的范圍，認(rèn)為系統(tǒng)發(fā)生故障，立即發(fā)出警報(bào)。

2、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障診斷技術(shù)的思考

2.1齒輪箱的故障診斷

齒輪箱故障被認(rèn)為是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障中最復(fù)雜繁瑣解決難度最大的故障。齒輪和軸承是齒輪箱的兩個(gè)主要組成部分，所以大部分的齒輪箱故障是由于齒輪和軸承故障造成的。其中也包含了各種因素，如設(shè)計(jì)缺陷和材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、生產(chǎn)過(guò)程、裝配過(guò)程產(chǎn)生誤差。而目前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)采用最廣泛的技術(shù)是齒輪驅(qū)動(dòng)。齒輪箱出現(xiàn)故障的重要原因有集中應(yīng)力無(wú)法消除，造成斷軸，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中反復(fù)應(yīng)力作用會(huì)造成軸承無(wú)法發(fā)揮其作用。機(jī)組本身散熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障造成的油溫過(guò)熱，齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括四個(gè)方面，振動(dòng)、扭矩、噪聲、溫度。出現(xiàn)故障的常見(jiàn)情況是齒輪磨損、斷齒、偏心或者是軸承損壞、轉(zhuǎn)動(dòng)阻力大、油溫過(guò)高等。對(duì)于齒輪的監(jiān)測(cè)故障診斷采用最廣泛的是在線編程技術(shù)該項(xiàng)技術(shù)與B/S風(fēng)電機(jī)組相結(jié)合，固定在齒輪箱內(nèi)部的傳感器上，對(duì)齒輪箱的振動(dòng)頻率、噪聲、溫度參數(shù)進(jìn)行采集，將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到Web服務(wù)器，最終在客戶端上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2發(fā)電機(jī)故障診斷

由于系統(tǒng)復(fù)雜的構(gòu)成體系，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)故障類型多種多樣，常見(jiàn)的故障包括定子故障、繞組故障、軸承故障、轉(zhuǎn)子故障、端環(huán)故障等。例如采用電子電流信號(hào)分析法進(jìn)行故障診斷，發(fā)電機(jī)發(fā)生故障后一般會(huì)出現(xiàn)電壓與電流的不平衡狀態(tài)，轉(zhuǎn)矩的運(yùn)動(dòng)幅度加大，轉(zhuǎn)矩的平均減小，工作效率降低，電流電壓參數(shù)不穩(wěn)定，在分析時(shí)可以將機(jī)器的振動(dòng)頻率和低速軸、變速箱振動(dòng)頻率相結(jié)合，應(yīng)用電子電流信號(hào)分析法進(jìn)行分析。這種辦法相對(duì)穩(wěn)定，設(shè)備安裝方式簡(jiǎn)單，設(shè)備使用成本低。

2.3信號(hào)處理故障診斷

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)信號(hào)主要包括振動(dòng)信號(hào)、聲音信號(hào)、應(yīng)力信號(hào)、扭矩彎矩信號(hào)、溫度信號(hào)等。以聲音信號(hào)的故障診斷為例。在設(shè)備受到壓力和應(yīng)力時(shí)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生聲波，這個(gè)在學(xué)術(shù)上被稱為聲發(fā)射。由于該信號(hào)可以被變化激勵(lì)，所以可以當(dāng)作用來(lái)發(fā)現(xiàn)故障的診斷信號(hào)。目前聲發(fā)射信號(hào)可以用來(lái)檢測(cè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的槳葉、變速箱、齒輪軸承組件的故障診斷。例如，將聲信號(hào)利用在槳葉的故障診斷中，槳葉由多個(gè)復(fù)雜的部件構(gòu)成，它的故障往往發(fā)生在部件的接口處。因此將聲發(fā)射設(shè)備安裝在這些部位上進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外聲發(fā)射故障診斷儀器具有較高的信噪比，完全可以使用在噪聲環(huán)境下，聲發(fā)射診斷儀器具有較大范圍的信號(hào)頻率，可以很早的在故障發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)防。

結(jié)論：

本文從經(jīng)濟(jì)方面分析了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的效益，從振動(dòng)、油液、過(guò)濾參數(shù)、性能參數(shù)四個(gè)方面分析了監(jiān)測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀，并在從風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的故障診斷出發(fā)討論對(duì)齒輪箱發(fā)電機(jī)進(jìn)行故障診斷的技術(shù)，從聲發(fā)射的角度思考探究了信號(hào)處理診斷系統(tǒng)故障的應(yīng)用。希望以上研究討論的過(guò)程內(nèi)容能對(duì)有關(guān)學(xué)者提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]畢宇飛.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)研究[J].中國(guó)設(shè)備工程，2017（15）：93-94.

[2]杭俊，張建忠，程明，王偉，張明.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)綜述（英文）[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2013，28（04）：261-271.

作者簡(jiǎn)介：

張凱，中國(guó)大唐集團(tuán)有限公司赤峰分公司，內(nèi)蒙古赤峰。