王志偉

摘 要：現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投運(yùn)規(guī)模在進(jìn)行不斷的擴(kuò)大，運(yùn)行時(shí)間也在不斷的延長(zhǎng)，機(jī)械故障現(xiàn)象無(wú)可避免。為在真正意義上實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備故障的監(jiān)測(cè)以及預(yù)防，我們必須實(shí)現(xiàn)對(duì)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的有效利用，有計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)設(shè)備的維護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)利用率的有效提高。這不僅對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)自身的建設(shè)與發(fā)展有促進(jìn)作用，同時(shí)對(duì)社會(huì)以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極意義。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電機(jī)；主軸承；齒輪箱

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)狀

為實(shí)現(xiàn)對(duì)震動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用的有效分析，我們首先將其與實(shí)際工程相結(jié)合，下面我們對(duì)其進(jìn)行仔細(xì)分析。該公司屬于能源投資有限公司，在國(guó)內(nèi)是一家規(guī)模較大的風(fēng)電投資商。截至到2009年，該公司投運(yùn)的風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量已經(jīng)實(shí)現(xiàn)1.2GW，一共有850多臺(tái)風(fēng)機(jī)在同時(shí)運(yùn)行。這些風(fēng)機(jī)現(xiàn)階段依舊由廠家進(jìn)行維護(hù)工作，該公司不能實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的自行維護(hù)。因此保證設(shè)備的正常運(yùn)行是該公司亟待解決的問題之一。

首先我們實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電機(jī)組故障的科學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。變槳、變頻以及電氣控制是導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障的主要原因。同時(shí)發(fā)電機(jī)組周以及齒輪箱也在上述范圍涵蓋之內(nèi)，也是造成停機(jī)現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因。齒輪箱的損壞對(duì)風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量的維護(hù)以及成本有直接影響，因此該公司為實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的最大獲取，必須實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱以及機(jī)械零部件可靠性的有效預(yù)防與維護(hù)。

二、安裝狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

1.風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)

（1）地理位置受限

電場(chǎng)一般修建于人跡罕至的草原以及荒漠等地區(qū)，這主要是受到風(fēng)資源的限制。

（2）維修力量薄弱

我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的研究起步較晚，因此現(xiàn)在仍然處于初級(jí)階段。維修人員缺乏經(jīng)驗(yàn)以及運(yùn)行維修技術(shù)不成熟是存在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的明顯缺陷。面對(duì)這一現(xiàn)象我們需要進(jìn)行不斷的努力與探索。

（3）發(fā)電效益低

相對(duì)于傳統(tǒng)的火力發(fā)電來(lái)說，風(fēng)力發(fā)電年發(fā)電時(shí)間較少。引起這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，原因是風(fēng)力資源的限制。

（4）運(yùn)行和維修費(fèi)用高

運(yùn)行以及維修費(fèi)用較高也是存在于我國(guó)風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的主要問題。引起上述現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因就是沒有成熟的運(yùn)行以及維修經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)與調(diào)查顯示，相對(duì)于傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠來(lái)說，風(fēng)力發(fā)電廠的運(yùn)行以及維修比火力發(fā)電廠高出三倍。

2.在線監(jiān)測(cè)的作用

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增加和在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的日益完善，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)提高風(fēng)機(jī)設(shè)備的可利用率、有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、提高風(fēng)能利用率等起到重要的作用。使用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以后，能增加風(fēng)電場(chǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間、優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行工況、降低風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的維修費(fèi)用、提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全性。具體表現(xiàn)如下：

（1）減少非計(jì)劃性軸承和齒輪的維修工作，可進(jìn)行基于狀態(tài)監(jiān)測(cè)的維修；

（2）為制定維修計(jì)劃提供依據(jù)，可在無(wú)風(fēng)或枯風(fēng)期安排維修；

（3）減少現(xiàn)場(chǎng)日常巡視次數(shù)；

（4）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)損失；

（5）減少故障部件的二次損傷；

（6）延長(zhǎng)機(jī)組使用壽命；

（7）減少備件數(shù)，降低損耗率。

三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施方案

該公司是國(guó)內(nèi)在風(fēng)機(jī)上安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的第1家風(fēng)電運(yùn)營(yíng)商，在呼倫貝爾、東臺(tái)和榮成3個(gè)風(fēng)電場(chǎng)對(duì)4種機(jī)型、11臺(tái)風(fēng)機(jī)實(shí)施在線監(jiān)控。

1.呼倫貝爾風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施方案

呼倫貝爾風(fēng)電場(chǎng)安裝了33臺(tái)東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的FB70B-1500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)采用山西永濟(jì)發(fā)電機(jī)廠和蘭州電機(jī)廠電機(jī)，齒輪箱選用南高齒和重齒產(chǎn)品，主軸軸承選用SKF公司瓦軸軸承。為了能夠?qū)⒏鲝S家的產(chǎn)品均覆蓋在內(nèi)，在呼倫貝爾風(fēng)電場(chǎng)3臺(tái)風(fēng)機(jī)上安裝了在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)選用1套便攜振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

2.東臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施方案

東臺(tái)風(fēng)電場(chǎng)安裝了41臺(tái)GE1.5S和51臺(tái)華銳風(fēng)力發(fā)電機(jī)，GE公司的發(fā)電機(jī)、齒輪箱和主軸軸承都選用同一廠家的產(chǎn)品，華銳公司的風(fēng)機(jī)齒輪箱由華銳公司生產(chǎn)，發(fā)電機(jī)采用山西永濟(jì)發(fā)電機(jī)廠和大連天元電機(jī)廠產(chǎn)品。為了覆蓋到所有部件廠家產(chǎn)品，東臺(tái)公司在GE和華銳的風(fēng)機(jī)上各裝2套在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)選用1套離線振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備。

四、風(fēng)力發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施效果

目前，榮成、東臺(tái)、呼倫貝爾風(fēng)電場(chǎng)在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)安裝調(diào)試完成，試運(yùn)行近半年，完成了系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置，如轉(zhuǎn)速觸發(fā)范圍、加速度包絡(luò)頻譜的頻寬范圍、趨勢(shì)數(shù)據(jù)和頻譜圖的保存時(shí)間間隔等；收集風(fēng)機(jī)各部件（包括主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)）振動(dòng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，了解風(fēng)機(jī)在不同風(fēng)況下運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)趨勢(shì)，為風(fēng)機(jī)量身定做了振動(dòng)預(yù)警和報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到逐步實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)測(cè)的目的。

1.主軸承

主軸承加速度包絡(luò)頻譜顯示運(yùn)行時(shí)主軸承沖擊能量平緩，未發(fā)現(xiàn)有故障頻率，軸承情況良好，但在包絡(luò)時(shí)域波形中有很弱的雜亂的沖擊信號(hào)，應(yīng)為潤(rùn)滑油中的雜質(zhì)所產(chǎn)生，暫不影響設(shè)備的運(yùn)行，應(yīng)注意潤(rùn)滑維護(hù)。

2.齒輪箱

分析振動(dòng)速度頻譜，發(fā)現(xiàn)有輕微不對(duì)中征兆，徑向與軸向均存在較低1倍與2倍峰值，但通過對(duì)發(fā)電機(jī)振動(dòng)的分析，認(rèn)為高速軸不對(duì)中征兆是由發(fā)電機(jī)振動(dòng)引起，需要進(jìn)行后續(xù)跟蹤確認(rèn)。不對(duì)中對(duì)軸承狀態(tài)影響較大，建議跟蹤查看軸承的振動(dòng)值趨勢(shì)。

3.發(fā)電機(jī)

（1）驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)

從驅(qū)動(dòng)端的振動(dòng)頻譜來(lái)看，1～6倍發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻處均存在峰值，且峰值相對(duì)較高，符合機(jī)械松動(dòng)的征兆，表明發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。整體振動(dòng)值處于黃色預(yù)警期，可繼續(xù)運(yùn)行，但要經(jīng)常跟蹤振動(dòng)變化趨勢(shì)，需要定期潤(rùn)滑維護(hù)。

（2）非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)

從非驅(qū)動(dòng)端的振動(dòng)頻譜來(lái)看，存在與驅(qū)動(dòng)端相同的征兆，1～6倍發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻處均存在峰值，符合機(jī)械松動(dòng)的征兆，表明發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。

在對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)進(jìn)行故障沴斷方法的分析中，只是使用了常見的時(shí)域分析、頻域分析以及共振解調(diào)分析。這些方法需要在實(shí)際的情況下相互結(jié)合使用，而不是單純的使用一種，因?yàn)橥ǔＧ闆r下故障的發(fā)生往往伴隨著多個(gè)故障的混合，需要綜合各種信息才能對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的工作狀態(tài)做出準(zhǔn)確的判斷。

五、結(jié)語(yǔ)

振動(dòng)監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)備故障診斷方法，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析、運(yùn)行狀態(tài)的對(duì)比可提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)的有效性。因此，建議從設(shè)備使用的初期開始，逐步做到熟練使用、培養(yǎng)人才、診斷分析、形成標(biāo)準(zhǔn)、推廣使用，最終達(dá)到指導(dǎo)運(yùn)行維護(hù)、提高設(shè)備可靠性和利用率的目的。

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