劉勇峰

（東方電氣（酒泉）新能源有限公司，甘肅 酒泉 736100）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行維護(hù)故障分析及解決辦法

劉勇峰

（東方電氣（酒泉）新能源有限公司，甘肅 酒泉 736100）

風(fēng)能作為一種無污染、無輻射的清潔能源受到了電力企業(yè)的廣泛關(guān)注和青睞。為了確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以穩(wěn)定、安全、可靠的運(yùn)行，降低機(jī)組旋轉(zhuǎn)發(fā)電過程中的故障率，需要做好風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的維護(hù)工作。本文首先對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過程中遇到的問題進(jìn)行分析，然后提出了相應(yīng)的解決措施。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；旋轉(zhuǎn)機(jī)械；運(yùn)行維護(hù)；故障分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組中齒輪箱、風(fēng)輪、發(fā)電機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械是重要的組成部分，一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械產(chǎn)生故障，需要立即采取相關(guān)措施對故障進(jìn)行診斷和分析，避免影響機(jī)組的正常運(yùn)行。相對于國外發(fā)達(dá)國家來說，我國風(fēng)力發(fā)電起步比較晚，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)組故障診斷方面還比較落后，所以，提高對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷在保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全性、可靠性和有效性方面具有重要意義。

1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)組成

我國當(dāng)前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)類別的差距劃分為兩種形式，即垂直旋轉(zhuǎn)和水平旋轉(zhuǎn)兩種。其中垂直軸旋轉(zhuǎn)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)軸與地面為垂直狀態(tài)；而水平軸旋轉(zhuǎn)的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)軸和氣流方向?yàn)槠叫袪顟B(tài)。而根據(jù)葉片的形狀進(jìn)行劃分則可以將其劃分為雙葉、三葉以及多葉三種形式，但是無論何種形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其組成機(jī)構(gòu)都基本相同，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)機(jī)械結(jié)構(gòu)組織組成圖如圖1所示。

圖1　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)組成

2　常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障

根據(jù)當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀況分析，在實(shí)際工作中常常會出現(xiàn)大量旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障，而故障部位則主要為主軸軸承、主軸、齒輪箱以及葉片和發(fā)電機(jī)等。

2.1主軸軸承在實(shí)際運(yùn)行過程中的故障

主軸軸承的故障主要包括磨損和擦傷、點(diǎn)蝕以及壓痕和腐蝕、斷裂等。主軸軸承作為發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，在風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中主軸軸承在承受軸向載荷的同時還承擔(dān)著一定的徑向載荷，倘若風(fēng)輪和主軸軸承的轉(zhuǎn)動難以平衡，則會使軸承所承受的載荷大大增加，倘若再遭遇潤滑問題時，則會造成多種主軸軸承故障。

2.2主軸在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的基本故障

軸承故障主要包括斷軸、軟磨損、腐蝕、斷裂、壓痕以及軸振動偏心等故障。主軸承是保證風(fēng)輪機(jī)和主軸穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要的結(jié)構(gòu)部件，在運(yùn)行過程中需要承擔(dān)比較大的徑向荷載和軸向荷載，當(dāng)主軸承和風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動不平衡、軸承潤滑效果差、承受荷載值過大時就會導(dǎo)致主軸承出現(xiàn)故障。

2.3齒輪箱在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障

齒輪箱在實(shí)際運(yùn)行中存在的故障主要為齒面磨損和斷齒、偏心、膠合以及點(diǎn)蝕等，當(dāng)齒輪表面過于粗糙或者齒輪潤滑條件較差時，往往會導(dǎo)致齒輪產(chǎn)生故障。

2.4葉片在實(shí)際運(yùn)行過程中產(chǎn)生的故障

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中葉片常見故障主要為葉片磨損、斷裂、偏移、彎曲以及疲勞等。

而導(dǎo)致葉片產(chǎn)生上述故障的根本原因?yàn)椴牧鲜褂煤桶惭b不符合要求，疲勞運(yùn)行以及風(fēng)速和風(fēng)向的極具變化等多種惡劣天氣的影響。

2.5發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在的故障

在發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)主要存在震動過大、發(fā)電機(jī)過熱以及線圈短路等多種現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生故障的根本原因是長期處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，從而使得各個部件出現(xiàn)老化的同時不能及時進(jìn)行處理，最終造成絕緣物質(zhì)老化失效以及轉(zhuǎn)子和定子的不對稱。

3　對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷

在我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展過程中對國外故障診斷的先進(jìn)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)行了充分借鑒，輔以大量總結(jié)和研究，當(dāng)前已經(jīng)形成了具有較強(qiáng)先進(jìn)理念的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷技術(shù)。根據(jù)當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用情況分析，當(dāng)前使用的診斷技術(shù)主要包括潤滑油液的分析診斷、信息故障特征提取、人工智能診斷以及設(shè)備狀態(tài)在線診斷等多種技術(shù)。

3.1對于信號故障特征提取技術(shù)的應(yīng)用

在發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過程中，借助信號故障特征提取診斷技術(shù)能夠?qū)C(jī)組中存在的各種信號進(jìn)行檢測，并通過收集和整理以及分析對所獲得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對于其中存在的故障進(jìn)行深入分析，判斷出其中存在的機(jī)械故障部位和類型以及嚴(yán)重狀態(tài)。針對上述存在的主軸、主軸軸承、發(fā)電機(jī)、齒輪以及葉片等多種故障，借助信號故障特征提取診斷技術(shù)能夠完成診斷。

3.2對于潤滑油油液的深入分析

在當(dāng)前的技術(shù)診斷過程中，往往是根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械所使用潤滑油的基本狀態(tài)完成故障診斷的。對潤滑油油液的分析技術(shù)主要包括油中微粒分析診斷和油質(zhì)分析兩種技術(shù)。其中，油中微粒分析診斷技術(shù)主要指鐵譜分析和光譜分析兩種方式，對于潤滑油的顆粒計(jì)數(shù)進(jìn)行分析，并根據(jù)其自身的分布情況和大小等多種信息，確定故障產(chǎn)生的根本原因和當(dāng)前的實(shí)際情況。油質(zhì)分析診斷技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過程中借助磨粒直徑和油質(zhì)以及其中的微量水分含量準(zhǔn)確判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障產(chǎn)生的位置和故障部件所產(chǎn)生的磨損程度。

3.3對設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的在線監(jiān)測診斷技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中充分融合了信號采集和在線監(jiān)測以及信號分析等多種技術(shù)。借助風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動、溫度、壓力以及電信號等多種信號參數(shù)對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測，并將所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)和事先設(shè)定的數(shù)值進(jìn)行仔細(xì)比對，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常運(yùn)行狀況時則會立刻報警，進(jìn)而準(zhǔn)確獲得設(shè)備故障的基本類型和發(fā)生位置，進(jìn)而采取有針對性的處理方式和預(yù)警方案。當(dāng)前，該種監(jiān)測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中已經(jīng)得到了廣泛推廣。

信號采集、狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和狀態(tài)顯示以及報警、儲存等多種功能是風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能。一是借助各種設(shè)備對不同監(jiān)測點(diǎn)的振動信號、電信號以及溫度信號進(jìn)行收集；二是在狀態(tài)監(jiān)測過程中主要包括初始化設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)測等；三是借助多種分析方式對風(fēng)機(jī)啟動和變速以及日常運(yùn)行等多種信號進(jìn)行分析，從而確定風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的各種機(jī)械故障；四是借助數(shù)字表格和模擬儀表等對風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障進(jìn)行深入分析，清楚直觀的反應(yīng)機(jī)械部件的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。并設(shè)定安全值，在超出安全值之后，應(yīng)當(dāng)立即發(fā)出報警信號，準(zhǔn)確反應(yīng)故障的相關(guān)信息；五是通過對機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中的振動、電信號以及溫度等多種信號進(jìn)行收集和分析以及儲存形成歷史資料，從而對后期的數(shù)據(jù)分析和查找形成幫助；六是借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行診斷，借助遠(yuǎn)程監(jiān)視風(fēng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，最終得出故障結(jié)果。借助多種先進(jìn)技術(shù)能夠確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中安全運(yùn)行，提升設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量。

3.4充分利用現(xiàn)代化智能監(jiān)測技術(shù)

在對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障進(jìn)行診斷時，要充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)和模式識別技術(shù)，借助該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對文字和語音以及圖像的識別，進(jìn)而達(dá)到旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷和分析的目的。此外還應(yīng)當(dāng)在其中融入圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用以及系統(tǒng)辨識等多種技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的診斷實(shí)現(xiàn)智能化處理。

4　結(jié)論

總而言之，在診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障時，需要采用先進(jìn)、科學(xué)的診斷技術(shù)進(jìn)行分析，準(zhǔn)確的判斷出故障出現(xiàn)的位置、故障的種類以及故障的嚴(yán)重程度，并根據(jù)診斷結(jié)果制定出具體的應(yīng)對措施，保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

[1] 王闖，李凌均，陳宏.基于頻譜頻段的旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)評價方法[J].機(jī)床與液壓，2011,39(19):137~140.

[2] 趙賀嘉.淺議風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].科技與企業(yè)，2013,12(12):390.

[3]趙賀嘉.淺議風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].科技與企業(yè)，2013,(12):165~167.

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1671-0711（2016）09（上）-0043-02