風力發電機組基礎局部缺陷的原因分析及處理

王玉亮

摘要：隨著經濟和科技水平的快速發展，隨著風電機組功率等級的不斷提高，主軸承直徑也不斷增加。由于主軸與主軸承之間采用過盈配合，裝配過程中需要對主軸承進行加熱，而主軸承的內圈、滾子及外圈緊密配合，在加熱過程中需要控制好游隙，避免滾子受擠壓。加熱過程中除了控制內外圈各自的加熱溫度外，還要控制內外圈的溫差。

關鍵詞：風機基礎;原因;處理

引言

風力發電組一般安裝在地理和地質環境較差的位置，且高聳突出，為此，降低各部件的故障率，提升風電機組的可利用率，通過一些技術手段檢測機組運行狀態、在故障發生早期階段監測到異常狀況，及時跟蹤部件損壞程度，制定維護檢修計劃，避免設備嚴重損壞所造成的備件成本增加與大部件更換時設備停工損失已成為一種趨勢。風力發電機組傳動部件常用的觀測指標有溫度、噪聲、振動等，進行振動數據分析可發現早期故障，判斷傳動部件內部故障發生位置及嚴重程度，同時也可預測故障發展趨勢并通過實時監測數值變化推斷何時更換故障部件，具有較高的實用價值，因而越來越多的被利用到風電機組的監測中。早期開發的離線便攜式振動監測設備可用于運行機組的定期檢查與故障部件的振動診斷，可滿足基本的振動觀測需求，但由于不具備實時觀測功能，數據存儲及分析過程較為繁瑣，因而采用具有實時監測及數據智能分析預警功能的CMS在線振動監測系統成為當前普遍的需求。

1風力發電機組工作原理及結構

綜合分析傳統風力發電機組的結構特性，在其葉片后端增設永磁體裝置，并將原風葉材料替換成銅質材料，利用銅質材料在切割磁感線時能產生電渦流現象。新型風力發電機工作原理：通過風能帶動葉片旋轉，將葉片旋轉所得的機械能通過增速器傳遞到發電機中，轉換為電能，再通過晶閘管等濾波裝置，對產生的電流進行濾波，最后，通過控制系統傳遞到主網中;旋轉的葉片與后端固定的永磁體裝置間存在相對運動，發生切割磁感線現象進而產生電流，將產生的電流通過導線傳輸，并對其進行濾波、并網處理，最終與原生電能匯合進行傳輸。

2風力發電機組基礎出現的問題

風電場個別風力發電機組塔筒內混凝土表面存在不同程度開裂和破碎，局部有結水。塔筒外混凝土中墩表面與混凝土結合面止水措施受損，結合面出現縫隙，基礎環周邊表層混凝土輕微擠裂，經雷達檢測，基礎環底法蘭與混凝土結合處存在不密實區。該現象隨著時間推移將進一步加劇基礎環受力結構惡化，基礎環與混凝土基礎間的不密實區將不斷擴大，勢必對風力發電機組基礎及風力發電機組安全造成嚴重影響，可能造成風力發電機組傾倒的安全生產事故。

3風力發電機組處理措施

3.1加熱器及溫度采集和控制

加熱器主要由導線、結構骨架、連接器等構成，通過加熱線圈的交變電流轉換為交變磁通，磁通在穿過被加熱的金屬體時產生感應電流，電流在流過金屬體時會產生熱量，從而對工件進行加熱。加熱過程中，需要控制軸承內外圈的溫差，確定內圈多個點位的溫度以防止局部過熱。因此，采用多路溫度采集，分別在端面、圓弧面上布置磁吸式熱電偶探頭。溫度信號采集后送入工控機及主控制板，通過與軟件預設數值的對比確定電源輸出功率并提供保護。加熱系統采用常規的PID控制算法，溫度控制屬于滯后控制系統，可采用工業控制中常用的滯后控制參數整定模型。為合理處理系統響應速度（即加熱速度）與系統穩定性之間的關系。

3.2風電場數據處理中心

風電場數據處理中心由前臺監控主機與后臺數據庫服務器兩部分組成，根據風電機組振動監測與故障分析預警的需求分析、不同操作系統的可移植性及大數據分析的便利性，采用Python語言環境開發前臺監控軟件。（1）前臺監控主機。前臺監控主機所搭載的監控軟件具備實時數據監控、數據存儲分析、故障預測等功能，監控主界面采用Python編程環境的PyQT5模塊開發，SocketServer模塊進行數據接收與處理，SqlServer模塊進行數據庫存儲，采用scipy、numpy、pandas庫進行數據分析。①實時數據監控，采集各機組1S間隔的周期數據，實時顯示風機運行狀態、振動數值及振動曲線。②數據存儲分析，將實時數據存儲到后臺服務器的數據庫中，具有數據導出、時域指標（峰值、均方根值、偏度、峭度、波形因子、峰值因子、脈沖因子、裕度因子）分析功能及錄波數據的時域分析、頻域分析功能。③故障預測，通過自學習的方法分析歷史數據的各類時域指標，形成故障閾值，自動識別異常部件。根據部件的特征頻率設定錄波參數，定時采集振動數據，通過FFT變換、包絡解調分析等識別故障部位及損壞程度。（2）數據庫服務器。數據庫服務器作為在線振動系統的數據中心，搭建PostgreSQL12數據庫，按風機名稱建立數據表，存儲前臺監控軟件所獲取的風機振動、轉速、功率、溫度等所有信息，同時也以獨立文件形式存儲定時采集的高頻錄波數據。

3.3灌漿修補方案及漿料特性

處理方案為采用高壓灌漿對基礎進行加固修補。灌漿材料選用高強度改性環氧樹脂，所用環氧樹脂必須符合《JC/T1041-2007混凝土裂縫用環氧樹脂灌漿材料》行業標準要求。使用前進行配比試驗，取得相關的漿液參數，注漿料抗壓強度必須高于風力發電機組基礎混凝土強度，并具有良好的滲透性。通過填充基礎鋼環與混凝土間已形成的間隙，使基礎環與混凝土粘結成一個整體。環氧樹脂結構膠的性能滿足風力發電機組運行的長期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效對間隙和不密實區進行填充;（2）采用的環氧樹脂結構膠具較高的強度，并具有很好韌性、耐疲勞特性，能長期適用于風力發電機組運行動載情況;（3）能使基礎鋼環與混凝土結構有效粘結，增強整體性和強度。

3.4風機接地裝置施工質量控制要點

接地裝置施工過程中，要對容易出現質量問題的幾個環節重點控制。其中，接地裝置焊接質量控制中，施工過程中，地基、接地網、等電位和重復接地等位置焊接，要嚴格質量把關、避免出現漏焊、虛焊等，在焊接完成之后，要立即組織專業人員進行電阻值測量，做到每完成一個工序，電阻值測試一次，直至達標。在接地裝置防腐方面，當前國內接地裝置防腐主要有加大接地體截面積、采用銅或其他耐腐蝕的金屬、采用陰極保護法及涂抹導電防腐涂料等，前三種存在增加設備成本或接地電阻值問題，而導電防腐材料性價相比均較高，目前被廣泛采用。另外，掩蔽部分一定要經檢測合格后方可掩蔽，并及時填寫掩蔽資料備查。

結語

引起風力發電機組基礎環與混凝土出現間隙及表面開裂的主要原因為采用基礎環插入混凝土式塔筒結構，塔筒和混凝土在承載的過程中由于兩種材料的性能不同，變形不能協調一致，長期作用基礎環與混凝土界面防水止水措施損壞。當地充沛雨水侵蝕和臺風影響，雨水沿基礎環外壁進入基礎混凝土后不斷洗刷，引起基礎環周邊局部區域混凝土不密實，塔筒搖晃傳導至表面產生混凝土擠裂破碎。對于機組的運行狀態，尤其是對傳動鏈大機械部件的運行狀況趨勢的監測分析具有優秀的預報、診斷功能。為設備正常運行提供保障，提供精細化的設備管理依據，減少非計劃停機，提高設備可利用率，延長機組使用壽命。

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