風力發電機組故障診斷及解決措施研究

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1 引言

在我國改革開放初期,主要采用粗放式的經濟發展模式,在大量開發和消耗煤炭和石油等不可再生資源的同時,也對環境造成了嚴重的污染與破壞。在近年來人們環保意識不斷提高的形勢,我國也出臺了一系列環保策略并提出了發展低碳經濟的戰略要求,同時也加大了對新型清潔型能源的開發和應用力度,以風能為例,表現出風電機組裝機容量的大幅度增加和快速增長,但是也增加了風電機組故障診斷和處理工作量和難度。因此,本文就針對風電機組運行中的典型故障類型,研究相應的故障診斷技術以及解決措施。

2 風力發電機組故障類型與故障機理

風電機組是一種由機械和電控部分組成的機械電氣結構,其中的機械部分主要有風輪、傳動軸以及齒輪箱和塔架等,電控部分則主要包括發電機、傳感器、變壓器以及儲存裝置等?？偨Y風電機組運行中容易出現的故障類型,主要有以下幾種。

2．1 發電機故障 在風電機組中,其核心電氣設備就是發電機,其主要作用就是通過傳動軸將葉片旋轉的動能轉換為電能實現并網發電。由于風電機組通常處于高原或者是沿海地區,環境比較惡劣,比如會存在較大濕度或較低氣壓等惡劣條件,以及容易出現強風沙或者強風雪等惡劣天氣,加劇了對發電機中轉子和定子的腐蝕與磨損問題,甚至會出現對絕緣部分的破壞,這就增加發電機運行中的短路故障概率。也會由于發電機定子繞組和電氣元件老化而縮短其使用壽命?？偨Y造成發電機故障的原因,主要有軸承偏移、定子或轉子繞組短路以及氣隙變化等。

2．2 傳動軸和齒輪箱故障 在風電機組的傳動系統中,齒輪箱和傳動軸是其傳動鏈中最為關鍵的部件,但是由于在傳動系統運行中具有較為復雜的受力情況,而且容易出現故障的部位較多,增加了故障排查難度以及消耗的時間。這就需要針對此類故障做好提前預警和診斷工作,以便于縮短維修周期并提升維修質量?？偨Y此類故障表現,主要有傳統軸偏心或偏移、軸承磨損、軸承裂紋或點蝕、齒輪斷齒以及齒輪膠合等問題。分析造成傳動軸故障的原理,由于風電機組在運行中會在風力影響下出現振動現象,在受到長時間的振動因素影響下會造成傳動軸偏析或偏移問題,進而會導致軸承磨損問題,此外,在受到灰塵、雨水等因素的影響下也會導致點蝕或磨損問題,甚至會導致傳動軸承的裂紋問題。而分析造成齒輪故障的原理,主要是由于在齒輪的長時間運行中容易出現磨損問題,一旦齒輪箱內的溫度過高還會造成齒輪膠合問題,以及容易在出現負載突變或受力不均時造成齒輪斷齒問題。

3 風力發電機組故障診斷技術及應用

3．1 振動信號診斷技術 此種診斷技術的應用頻率最高,重點是可以深入檢查機組中的關鍵部位,尤其是基于機組運行振動參數所研發的振動信號診斷新技術,比如小波神經網絡,可以深入診斷齒輪箱中的故障。或者是對機組葉片故障進行診斷,也就是通過收集不同部位的振動信號并對此部位的故障位置進行計算和分析來尋找故障愿意你。

3．2 電氣信號診斷技術 機組運行中的電氣信號通常比較微弱,而且容易被其他設備運作聲音淹沒。因此在診斷時應采用先進的信號接收設備來準確識別電氣信號并進行故障信息的分析。然后結合自動力學模型和數據來分析故障問題,結合此模型也可以聯系電氣信號和電機扭矩波動,對齒輪箱故障與信號之間的關系進行仿真模擬來判斷故障位置。或者是通過維納濾波來清理噪音對軸承故障進行準確判斷。

3．3 模式識別診斷技術 此種診斷方法是基于機組的多元化信號開展診斷工作的技術,也就是通過時域和領域中建立模型的方式進行故障分析。比如可以通過立體模型的建立來分析軸承故障。也就是通過一定的算法對故障的可視化模型進行構建并對故障特征進行呈現,便于技術人員快速鎖定故障位置?；蛘呤峭ㄟ^非線性流形學習,結合立體空間結構來分析動態軸承故障。或者是通過線性判別法來分析軸承的粗糙度故障。

4 風力發電機組故障解決措施

針對風電機組的常見故障,在通過上述診斷技術進行診斷分析之后,需要從故障機理和原因角度出發,針對其常見故障和容易出現故障的位置開展針對性的檢查工作。在檢查工作中,重點時通過手摸、耳聽、眼看、鼻聞等方式或者是借用簡單的工具開展檢查工作。具體地說就是對發電機和齒輪箱運轉過程中是否存在卡澀現象以及異響進行檢查,保證其運轉的平穩性。而且要對潤滑油的油位高度進行檢查、觀察油色和粘度,做好對加油時間的記錄、加油量等記錄內容的檢查,保證所用潤滑油的規格和質量達標。此外,可以借用測溫儀等簡單工具對溫度進行測量或者是通過手摸軸承的方式來快速判斷溫度是否超標的問題。最后就是通過專業振動監測儀的應用來收集振動數據并分析,判斷是否存在振動異?，F象。

針對上述檢查工作中發現的故障問題,需要結合作業指導書以及監控系統提供的故障信息快速判斷故障位置并開展停機檢修?？梢酝ㄟ^更換故障位置零件的方式診斷和排除故障。這就需要做好對各類備品備件的管理工作,保證所用備品備件與原件的型號和質量一致。而針對無法更換的大型設備,則需要結合搶修方案快速組織專業人員開展搶修工作。最后需要將上述搶修總過程進行詳細記錄和歸檔,作為同類故障檢修依據,同時也總結經驗,盡量避免同類故障的再次發生。

5 結語

基于規模不斷擴大和數量不斷增多的風電機組造成風電機組故障檢修工作量增加的現狀,需要在工作中不斷總結風電機組的常見故障類型并分析其故障機理,結合不同故障特征合理應用故障診斷技術來快速診斷故障位置和原因,在此基礎上合理選擇故障檢修策略來快速排除故障,快速恢復風電機組的正常運行。