風電機組狀態監測技術及故障分析方法

蘇來漫·阿布力汗

新疆風能有限責任公司 新疆烏魯木齊 830001

1 風電機組狀態監測技術研究現狀

歐美國家風電機組維護的研究起步較早，且在發展的過程之中不斷完善與成熟。風電機組的預防性維護與預測性維護便是由歐美國家首先提出，其概念如下：通過相關技術對風電機組的運行狀態進行一定程度的監測，然后根據監測信號分析出風電機組的運行情況與健康情況，在故障還未發生之前做出有效的診斷，并及時采取有效措施予以解決[1]。這種提前診斷出故障的監測技術極大地降低了風電機組發生故障的可能性，減少了故障處理成本，具有一定的經濟效益。我國對于風電機組狀態監測的研究起步相對較晚，我國學者湯敏指出：對于風機狀態的監測可以從其振動、應變、潤滑油、聲音、溫度、電能質量等方面開展，通過測量、分析與數據整合手段，可以實現風電機組設備運行狀態的預診斷，并提出具有針對性且行之有效的處理措施。

2 風電機組狀態監測方法

2.1 振動監測

振動監測是較常使用的機器設備監測方法，只要是機械，它在運行的過程之中必然會發生振動，因此振動可以對機器設備的狀態進行一定程度的反映。如果機器設備發生異常時，其振動量以及振動波形與正常運行狀態下的情況會出現差異，通過對其的分析便可以獲取相關機器設備的劣化程度以及故障特征。

2.2 聲學監測

在風電機組的運行狀態監測中，最常使用的聲學技術主要有聲發射技術與超神波技術。相關研究表明，運用聲發射技術對風電機組運行狀態進行監測，能夠比振動監測更早的預診出故障；而對于超聲波而言，它在方向性與穿透性方面能夠發揮出很大的優勢，將之運用于風電機組運行狀態監測，能夠對其結構與狀態做出良好的反映。

2.3 應變監測

在風電機組的關鍵部位布置一定量的傳感器，然后對這些傳感器的應力大小進行檢測，通過分析傳感器的應力大小變化，可以對風電機組在運行過程中的結構受力情況進行有效的了解，進而合理判斷出風機運行狀態。隨著科學技術的發展以及研究的日益深入，應變監測在風電領域有了越來越廣泛的應用，為風電機組運行的穩定性與可靠性提供助力。

2.4 溫度監測

在風電機組運行狀態的監測中，溫度監測主要是對電力與電氣設備的狀態進行監測。通過對某些部位的溫度變化情況進行監測，可以獲取風電機組是否健康運行的相關信息。例如對液壓系統中液壓缸、高速軸承等部位進行實時溫度監測，當溫度過高時，則需要將風電機組退出運行[2]。

2.5 潤滑油液監測

潤滑油液的監測主要是運用了油液分析技術，也可以稱作為設備磨損工況監測技術。這一監測方法主要是通過對油液進行監測分析來獲取設備的工況，并由此對相關設備當前的工作狀況以及未來可能發生的情況做出判斷，并在此基礎之上實施具有針對性的運維方案，從而實現預防性維修。

2.6 電能質量監測

電網運行時，必須按照一定的規律連續且穩定地向客戶提供優質的電能，在這種情況之下，風力發電系統在運行的過程中就必須具有特定的電壓與電流要求。因此電能質量監測是風電機組運行狀態監測的重要方法，較常使用的電能質量分析主要包含有峰值功率輸出、無功功率、電壓波動、諧波等。

3 風電機組故障分析方法

3.1 統計分析

統計分析即對極大值、均方根、均值、標準差、峰度、偏度等相關參數進行數據統計，并針對這些數據進行多角度的分析，進而為風電機組故障診斷提供數據參考。

3.2 趨勢分析

對所收集到的風電機組運行數據信息進行一定程度的趨勢分析，這種分析方法一般用于風電機組的故障預測分析[3]。

3.3 過濾分析

在獲取的風電機組運行數據信息當中，存在著一些無用信息，運用過濾分析方法可以將無用信息進行剔除，從而提升數據的有效性與針對性。

3.4 時域分析

控制系統在一定的輸入下，依據輸出量的時域表達式，可以對系統的穩定性、穩態性能以及瞬態進行一定程度的分析。

3.5 倒頻譜分析

這一分析方法主要是對功率譜的對樹值進行傅里葉逆變換，從而將復雜的卷積關系進行簡化，使其轉換為線性疊加，這樣一來就可以在其倒頻譜上較容易地識別信號的頻率組成分量，進而對風電機組的故障特性做出較為準確的反映。

3.6 故障模式及后果分析法（FMEA）

這一分析方法是一種邏輯歸納方法，以系統最低級的組成為起始點，并由此逐級分析風電機組中每一個部件可能的失效模式，然后在此基礎之上進行分析并跟蹤到系統，由此可以決定出每一個故障模式對于風力發電系統性能的影響。

3.7 故障樹分析法（FTA）

故障樹分析法時在故障模式影響與后果分析法的基礎之上發展而成的，故障樹是一種圖示模型，它的構造是使用各種邏輯門按照系統與元件的因果關系組合而成的，通過這一分析方法可以有效獲取各個部件對于系統的影響權重信息[4]。

4 結語

本文主要針對風電機組狀態監測技術及故障分析方法進行研究與分析。首先對風電機組狀態監測技術研究現狀進行了一定程度的闡述，然后從振動監測、聲學監測、應變監測、溫度監測、潤滑油液監測以及電能質量監測等方面說明了風電機組狀態監測方法。最后具體分析了統計分析、過濾分析、時域分析、倒頻譜分析、故障模式及后果分析、故障樹分析等風電機組故障分析方法。