關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究與進(jìn)展

王曉宇

摘要：習(xí)近平主席曾在十九大報(bào)告中指出，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)需堅(jiān)持“人與自然和諧共生”的原則，早在2005年，其任浙江省委書(shū)記時(shí)便提出了“綠水青山便是金山銀山”的口號(hào)。風(fēng)力發(fā)電從理論提出至實(shí)際應(yīng)用，就實(shí)踐結(jié)果來(lái)看具有高度的科學(xué)性與可行性，因此在我國(guó)相當(dāng)一部分地區(qū)已投入應(yīng)用。本文筆者就保證風(fēng)力發(fā)電效率，維護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)檢測(cè)狀態(tài)及其故障診斷技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。若有不當(dāng)之處，萬(wàn)望指正。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī);狀態(tài)監(jiān)測(cè);故障診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：TM315

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674—3024（2019）06—0163—02

1 風(fēng)力發(fā)電組的常見(jiàn)故障種類(lèi)及原因分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作原理是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功，經(jīng)轉(zhuǎn)化得到的機(jī)械功帶動(dòng)扇葉旋轉(zhuǎn)最終輸出交流電。再將其概念擴(kuò)展一點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電也可視為太陽(yáng)能發(fā)電。因?yàn)轱L(fēng)的產(chǎn)生離不開(kāi)熱源以及作為介質(zhì)存在的大氣。筆者所任單位的風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)型為1500KW，是目前我國(guó)應(yīng)用的普遍機(jī)型。由于該設(shè)備投入使用時(shí)間不長(zhǎng)，就目前情況來(lái)看，并未發(fā)現(xiàn)有任何運(yùn)行不良的現(xiàn)象。但為做到有備無(wú)患仍有必要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障及原因做以下整理：

1.1 風(fēng)輪

風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)最為明顯的一個(gè)故障表現(xiàn)便為風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)伴隨雜音。原因可能為機(jī)艙罩、風(fēng)輪軸承座、增速器、制動(dòng)器、發(fā)電機(jī)松動(dòng)或軸承、聯(lián)軸器損壞。當(dāng)聽(tīng)到風(fēng)輪發(fā)生異響時(shí)應(yīng)當(dāng)及時(shí)停機(jī)檢查，緊固松動(dòng)的部件或替換掉損害的部件。另一種情況是風(fēng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)不平衡，當(dāng)風(fēng)輪低速運(yùn)行時(shí)輕微擺動(dòng)，引起發(fā)電機(jī)發(fā)出異響。導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)的因素可能有冬季積冰滯留導(dǎo)致葉片失衡，發(fā)電機(jī)軸承磨損或松動(dòng)。

1.2 風(fēng)輪轉(zhuǎn)速

風(fēng)力發(fā)電機(jī)實(shí)際工作中可能會(huì)出現(xiàn)風(fēng)速達(dá)到額定風(fēng)速范圍以內(nèi)但風(fēng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)卻明顯滯后，風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)慢導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的輸出功率減小。這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因一般同調(diào)速器、轉(zhuǎn)子與定子、增速器、剎車(chē)以及變槳等部件的工作狀態(tài)有關(guān)。檢修人員可從這部分結(jié)構(gòu)人手進(jìn)行維修工作。

1.3 調(diào)向

調(diào)向的問(wèn)題主要表現(xiàn)為調(diào)向不靈或無(wú)法調(diào)向，由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一部分由計(jì)算機(jī)直接控制，當(dāng)無(wú)法調(diào)向時(shí)應(yīng)由相關(guān)技術(shù)，人員檢驗(yàn)命令是否正確。當(dāng)調(diào)向不靈時(shí)應(yīng)當(dāng)將檢驗(yàn)重點(diǎn)放在阻尼器、調(diào)向轉(zhuǎn)盤(pán)軸承等與風(fēng)輪方向有關(guān)的構(gòu)件上。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

高精度的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷主要支撐，作用過(guò)程一般分為采集發(fā)電機(jī)周?chē)盘?hào)、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率并將收集到的信號(hào)系統(tǒng)整理分析。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)頻率、受壓情況以及運(yùn)行溫度皆反映了該發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀況，將收集到的數(shù)據(jù)與預(yù)定數(shù)據(jù)對(duì)比能夠客觀反映發(fā)動(dòng)機(jī)可能存在的故障。

信號(hào)的收集工作主要由安置在發(fā)動(dòng)機(jī)及其附近的雷達(dá)等精密儀器完成，信號(hào)收集完畢后傳輸至計(jì)算機(jī)控制終端，最終由計(jì)算機(jī)對(duì)收集到的信息進(jìn)行系統(tǒng)的分析與匯報(bào)工作。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)主要技術(shù)

3.1 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)主要由低壓供電組合構(gòu)成，主要向風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出電能，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尤其精密，因此在機(jī)器運(yùn)作過(guò)程中極易發(fā)生故障。一旦電氣系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)影響到整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的信號(hào)輸出。一般情況下，目前所發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)在電氣系統(tǒng)的故障常見(jiàn)的有電流大小不合適、溫度過(guò)高、線路故障等，對(duì)于這些問(wèn)題常采用參數(shù)性能檢測(cè)法。也就是說(shuō)在檢測(cè)電氣系統(tǒng)時(shí)利用自動(dòng)化以及計(jì)算機(jī)探測(cè)技術(shù)，檢驗(yàn)電氣系統(tǒng)的輸出電流、工作溫度并將其與預(yù)測(cè)參數(shù)值相比對(duì)，得出直觀的結(jié)論后針對(duì)性的展開(kāi)維修工作。

3.2 葉片

葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要構(gòu)件，葉片的設(shè)計(jì)以及維修直接影響風(fēng)能的轉(zhuǎn)換效率，但由于葉片長(zhǎng)期暴露于室外不可避免的會(huì)受到損害，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)葉片進(jìn)行定期檢查與修護(hù)。風(fēng)能發(fā)電機(jī)的葉片長(zhǎng)度一般在四十米左右，材料種類(lèi)較多，有木頭、金屬、玻璃鋼、高強(qiáng)度塑料等，但用于大型發(fā)電站的扇葉一般選用纖維增強(qiáng)型復(fù)合材料。這種材料的顯著特點(diǎn)是體積大，不方便檢查與維修工作的進(jìn)行。筆者查閱了與葉片維修相關(guān)的參考文獻(xiàn)，得出如下結(jié)論：葉片常見(jiàn)損傷有開(kāi)裂、腐蝕等，對(duì)其故障檢測(cè)常用技術(shù)為分析葉片受力情況變化，當(dāng)有裂縫出現(xiàn)或材料腐蝕時(shí)，葉片的承重能力下降，對(duì)風(fēng)能的轉(zhuǎn)化能力明顯降低，另外一個(gè)明顯的反應(yīng)是其旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)失衡現(xiàn)象或轉(zhuǎn)速減慢。檢測(cè)其受力情況的工具為光纖光柵傳感器，由于其具有對(duì)環(huán)境的強(qiáng)烈適應(yīng)能力，適用于惡劣環(huán)境作業(yè)。

3.3 齒輪箱

齒輪箱是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的另一載體，它能夠?qū)L(fēng)輪在風(fēng)力作用下產(chǎn)生的動(dòng)力傳輸至發(fā)電機(jī)，并使其得到相應(yīng)轉(zhuǎn)速，以此產(chǎn)生電能。齒輪箱同樣屬于精密構(gòu)件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜稍有查錯(cuò)就能引起故障發(fā)生，其內(nèi)部灰塵堆積甚至都會(huì)影響運(yùn)行效率，再對(duì)齒輪箱檢查維修時(shí)應(yīng)當(dāng)一再小心。目前常用的齒輪箱檢測(cè)技術(shù)為溫度測(cè)量法或振動(dòng)測(cè)量法，前者是用相關(guān)儀器對(duì)齒輪箱表面溫度檢測(cè)紀(jì)律并與常態(tài)作對(duì)比，最終得出結(jié)論。后者是利用振動(dòng)測(cè)量?jī)x器對(duì)齒輪箱的振動(dòng)頻率檢測(cè)記錄。兩者相比較，溫度測(cè)量法更為簡(jiǎn)單易行且誤差較小，常見(jiàn)于實(shí)際工作中。

3.4 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)是將轉(zhuǎn)換后得到的電能輸出使用的裝置，是風(fēng)力發(fā)電的核心構(gòu)件，保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行是保證風(fēng)力發(fā)電效率的基礎(chǔ)。發(fā)電機(jī)通常暴露于電磁環(huán)境中，易出現(xiàn)發(fā)電機(jī)過(guò)熱、振動(dòng)頻率過(guò)大的問(wèn)題。對(duì)發(fā)電機(jī)的檢測(cè)需要用到定子電流信號(hào)分析方法，通過(guò)一系列電流信號(hào)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部工作情況有直觀了解。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電作為新能源開(kāi)發(fā)與利用的重要組成部分，長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，發(fā)展勢(shì)頭猛烈。風(fēng)力發(fā)電機(jī)是風(fēng)力發(fā)電的主體，由相當(dāng)一部分精密構(gòu)件組成，要想保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，盡可能提高風(fēng)能轉(zhuǎn)化效率，就應(yīng)當(dāng)定期對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的構(gòu)件進(jìn)行故障排查。排查過(guò)程中應(yīng)選用科學(xué)方法減少對(duì)元件的物理性損害。

參考文獻(xiàn)：

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