基于大數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子槽楔脫落在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

榮必賢 成 偉 莫 堃 王 兵 鄧 超

（1.東方電氣集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，成都 610027；2.東方電氣風(fēng)電有限公司，德陽(yáng) 618000）

1 技術(shù)背景

風(fēng)電機(jī)組在長(zhǎng)期運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，其中槽楔松動(dòng)脫落問(wèn)題對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)了嚴(yán)重影響[1]。因此，做好槽楔松動(dòng)的監(jiān)測(cè)對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有極為重要的意義[2]。傳統(tǒng)的槽楔監(jiān)測(cè)方式主要為運(yùn)行管理人員的定期監(jiān)測(cè)，其主要監(jiān)測(cè)手段為人工敲擊，具有豐富監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)的工作人員可以根據(jù)敲擊反饋的音色不同或用手感受到的振動(dòng)不同判斷出槽楔是否松動(dòng)[3]。此種監(jiān)測(cè)方式無(wú)法客觀準(zhǔn)確地判斷槽楔的松動(dòng)程度，也無(wú)法大面積進(jìn)行推廣，只能依靠檢測(cè)人員的工作經(jīng)驗(yàn)，且主觀性較強(qiáng)，容易發(fā)生失誤[4-5]。

槽楔的松動(dòng)并非一次性松動(dòng)脫落，而是一個(gè)緩慢的過(guò)程，具備著一定的階段性[6]。槽楔的松動(dòng)脫落過(guò)程通常被劃分為4 個(gè)階段：第一階段，槽楔出現(xiàn)局部松動(dòng)；第二階段，局部松動(dòng)的面積擴(kuò)大，其松動(dòng)間隙逐漸增大；第三階段，由局部松動(dòng)擴(kuò)展為完全松動(dòng)，槽楔與線棒脫離；第四階段，槽楔脫落。其中：在第一階段和第二階段時(shí)，若槽楔松動(dòng)情況并不劇烈，風(fēng)電機(jī)組仍然可以照常運(yùn)行；待其發(fā)展為第三階段時(shí)，整個(gè)設(shè)備會(huì)處于危險(xiǎn)狀態(tài)，此時(shí)需得到維修人員的維護(hù)。在槽楔松動(dòng)的過(guò)程中，僅僅依靠人工憑借工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，無(wú)法準(zhǔn)確得到槽楔的松動(dòng)處于哪個(gè)階段。但因?yàn)? 個(gè)階段槽楔的振動(dòng)狀態(tài)不同，所以可以通過(guò)聲波檢測(cè)的手段實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)。

在槽楔未出現(xiàn)任何松動(dòng)時(shí)，其振幅微乎其微；當(dāng)設(shè)備受到?jīng)_擊而進(jìn)入到第一階段時(shí)，會(huì)產(chǎn)生微小振幅；隨著局部松動(dòng)面積的擴(kuò)大，其振幅會(huì)隨之逐漸增大，而振動(dòng)的頻率則逐漸縮小；當(dāng)槽楔已然完全松動(dòng)后，設(shè)備已開(kāi)始獨(dú)立振動(dòng)，其振動(dòng)頻率不在發(fā)生變化，但振幅將會(huì)增至最大。根據(jù)這種振動(dòng)變化情況，通過(guò)聲波頻率與振幅監(jiān)測(cè)槽楔的松動(dòng)情況，為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子槽楔脫落在線監(jiān)測(cè)提供了一定的理論基礎(chǔ)。本文在此基礎(chǔ)上，依托大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建了一款風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子槽楔脫落在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為槽楔脫落的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供了一定的參考依據(jù)。

2 基于大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

聲音檢測(cè)法是目前檢測(cè)槽楔松動(dòng)過(guò)程中較為常見(jiàn)的方法，本文以此為基礎(chǔ)，搭建了一款基于聲音檢測(cè)法的槽楔松動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)主要依靠安裝在槽楔上的傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)槽的楔松動(dòng)情況，檢測(cè)時(shí)通過(guò)激振器系統(tǒng)對(duì)槽楔進(jìn)行沖擊，然后經(jīng)過(guò)傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，再由信號(hào)調(diào)理器進(jìn)行處理，之后經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，從而得出想要的信號(hào)。

圖1 監(jiān)測(cè)設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子槽楔的在線監(jiān)測(cè)提供了新的思路。本文依托這些技術(shù)為整個(gè)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了3 層系統(tǒng)框架，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，具體架構(gòu)如圖2 所示。該框架底層為感知層，主要依靠監(jiān)測(cè)設(shè)備通過(guò)聲波頻率與振幅監(jiān)測(cè)槽楔的松動(dòng)情況，然后將最終得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行上傳并處理。

圖2 基于大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)示意圖

監(jiān)測(cè)設(shè)備中也有其自有的監(jiān)測(cè)程序，具體的程序流程圖如圖3 所示。因?yàn)椴坌ㄔ诓煌拿撀錉顟B(tài)中需要采集的信號(hào)也各不相同，所以在該監(jiān)測(cè)設(shè)備的程序流程中，選取了聲音分析、位移分析以及加速度分析這3 種形式來(lái)采集數(shù)據(jù)。

圖3 監(jiān)測(cè)設(shè)備程序流程圖

在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)過(guò)處理的數(shù)字信號(hào)將會(huì)被實(shí)時(shí)上傳到第二層的網(wǎng)絡(luò)層，其信號(hào)傳輸主要依靠局域網(wǎng)，因此在每一個(gè)風(fēng)站中均要搭建一款內(nèi)部局域網(wǎng)，以完成信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與上傳。網(wǎng)絡(luò)層的單一風(fēng)站數(shù)據(jù)將通過(guò)以太網(wǎng)傳輸至應(yīng)用層，該層的核心是槽楔松動(dòng)診斷管理平臺(tái)，該平臺(tái)以大數(shù)據(jù)云平臺(tái)為技術(shù)依托，可以完成槽楔松動(dòng)數(shù)據(jù)的處理、分析、存儲(chǔ)以及公司用戶和公司總部的上傳、下載，而且最終所得結(jié)論可以通過(guò)人機(jī)交互界面展示。

3 基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的槽楔狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷

槽楔的在線監(jiān)測(cè)將會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，由于工作量巨大，不能通過(guò)人工對(duì)其進(jìn)行處理分析，而采用大數(shù)據(jù)技術(shù)則可以輕松地完成數(shù)據(jù)的采集、處理與分析等工作。同時(shí)，使用該技術(shù)還可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，深入分析槽楔故障信息與故障規(guī)律，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)槽楔狀態(tài)的快速診斷。采用這種監(jiān)測(cè)模式時(shí)，需要通過(guò)建立專家知識(shí)庫(kù)以及診斷規(guī)則才能完成對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的診斷，其具體流程如圖4 所示。

圖4 基于知識(shí)庫(kù)的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷流程圖

監(jiān)測(cè)診斷過(guò)程中，除了被動(dòng)地對(duì)槽楔的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施診斷處理，還可以通過(guò)大數(shù)據(jù)技術(shù)，根據(jù)上傳的歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)分析設(shè)備故障，并自動(dòng)聯(lián)系相關(guān)部門為其提供解決方案，具體流程圖如圖5 所示。

圖5 基于大數(shù)據(jù)分析的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷流程圖

將專家知識(shí)庫(kù)與大數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，可以實(shí)時(shí)分析槽楔的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而判斷槽楔的松動(dòng)狀態(tài)，而且其結(jié)果可以直觀、動(dòng)態(tài)的形式展示在人機(jī)交互界面上，通過(guò)提前預(yù)警槽楔的松動(dòng)以及其他故障信息，可以有效延長(zhǎng)設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間間隔，同時(shí)縮短損壞設(shè)備的維修時(shí)間，提高設(shè)備的維保效率，切實(shí)保障風(fēng)電機(jī)組的安全、高效運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

做好槽楔松動(dòng)的監(jiān)測(cè)工作對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的安全平穩(wěn)運(yùn)行具有極為重要的意義。本文在此背景下，將槽楔的松動(dòng)劃分為4 個(gè)階段，并利用大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，搭建了一款風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)定子槽楔脫落在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)合專家知識(shí)庫(kù)與大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析槽楔的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，從而判斷槽楔松動(dòng)的狀態(tài)，同時(shí)，還可以根據(jù)以往的運(yùn)行數(shù)據(jù)，提前預(yù)警槽楔的松動(dòng)以及其他故障信息，為搭建槽楔脫落的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了基礎(chǔ)。