李靖

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展，風(fēng)能作為一種可以再生的清潔型新能源，在能源危機和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的今天，具有著巨大的發(fā)展空間和環(huán)保力。所以近年來風(fēng)力發(fā)電在電力市場中占有的比例日益增高，但是風(fēng)電機組高額的運行維護成本在很大程度上限制了風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，風(fēng)力發(fā)電裝置的運行環(huán)境惡劣，復(fù)雜多樣，傳統(tǒng)的人工維修成本既高昂又易發(fā)生安全問題，因此，關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機的故障診斷方法的研究意義重大。

關(guān)鍵詞：振動 風(fēng)力發(fā)電機 故障診斷

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（c）-0054-02

1 風(fēng)電機組概述

1.1 風(fēng)電機組的基本結(jié)構(gòu)

風(fēng)力發(fā)電機組的使用原理是通過風(fēng)輪葉片將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為機械能，從而帶動機組內(nèi)的發(fā)電機運轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能；風(fēng)力發(fā)電機組由：輪毅、主軸、主軸軸承、齒輪箱、高速軸、發(fā)電機等一系列部件組成，葉片的主要功能是捕獲風(fēng)能，輪毅的功能是連接葉片與主軸，包含變槳距系統(tǒng)，主軸負(fù)責(zé)傳遞風(fēng)輪扭矩至齒輪箱；主軸軸承用以支撐風(fēng)輪與主軸齒輪箱的作用是；將低速旋轉(zhuǎn)扭矩轉(zhuǎn)化為高速旋轉(zhuǎn)扭矩，高速軸是傳遞高速旋轉(zhuǎn)扭矩至發(fā)電機；發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)化為電能。

1.2 風(fēng)力發(fā)電機組的常見故障類型

風(fēng)力發(fā)電機組在運行過程中，收到的力是自然力，是不可控的風(fēng)力，輸出頻率并不是一成不變的，不斷變化帶來的沖擊力是風(fēng)力發(fā)電機組的葉片、主軸、齒輪箱、高速軸等都極易發(fā)生故障，部件發(fā)生故障以后勢必會造成發(fā)電機組停機，從而影響到電力的生產(chǎn)。

由于風(fēng)機發(fā)電機組裝置多建造于偏遠(yuǎn)的山區(qū)或近海地區(qū)，風(fēng)力較大的環(huán)境中，再加上風(fēng)力發(fā)電機組往往都建設(shè)在高空，所以存在著維護困難、維護成本高昂等問題，因此建立起全面的監(jiān)測檢驗系統(tǒng)是十分必要的[1]。

2 風(fēng)力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷

狀態(tài)檢測主要內(nèi)容分為3個部分：（1）對風(fēng)力發(fā)電機組的設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行檢測；（2）是當(dāng)設(shè)備狀態(tài)異常時對故障內(nèi)容部位進(jìn)行診斷；（3）設(shè)備故障的早期診斷與預(yù)報。風(fēng)力發(fā)電機組的檢測診斷主要有故障信息收集、故障信號處理、狀態(tài)辨識、檢測與診斷決策最后輸出診斷結(jié)果組成。故障信息的收集主要依靠安裝在設(shè)備上，設(shè)備附近的傳感器進(jìn)行采集，傳感信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換、傳輸、提取然后送入信號處理裝置，去掉無用信息，將異常信息進(jìn)行提取再將異常信號傳入狀態(tài)辨識模塊，得到結(jié)果后輸出到檢測與診斷決策階段，從而規(guī)劃嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓收咸幚碛媱?，最后將處理計劃進(jìn)行實施，就是風(fēng)力發(fā)電機組狀態(tài)檢測與故障診斷處理的整個循環(huán)。

風(fēng)力發(fā)電機的狀態(tài)檢測技術(shù)有很多種，在葉片的檢測上，大多都是根據(jù)葉片的振動、轉(zhuǎn)速、溫度等主要核心問題進(jìn)行檢測，在傳動裝置的檢測上，依據(jù)傳動部件的振動、轉(zhuǎn)速、溫度的不同來進(jìn)行檢測，其他的檢測行為還有對電能的時域與頻域分析、油液質(zhì)量方面分析等[2]。按照檢測方式的不同可以分為以下幾個方面。

2.1 振動檢測

主要是用來檢測齒輪箱的齒輪、軸承、發(fā)電機的軸承、主軸等部件的振動情況來進(jìn)行故障檢測與分析。對收集檢測到的信息進(jìn)行分析與比較，從而得出較為準(zhǔn)確的故障信息。振動檢測的方式投入成本較高，但是技術(shù)相對成熟，診斷結(jié)果也比較準(zhǔn)確，所以被廣泛應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機組的故障檢測。

2.2 油液檢測

對油液的狀態(tài)進(jìn)行檢測與分析，可以得出兩個結(jié)論：一是檢測油液質(zhì)量；二是通過對于油液想接觸的部件的運行狀態(tài)進(jìn)行分析。采用的手段有污染度測試、紅外光譜分析、油濾壓降分析等。目前風(fēng)力發(fā)電機組的油液分析一直采用離線檢查的技術(shù)，但是隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，油液檢測正逐步想在線監(jiān)測發(fā)展。

2.3 溫度檢測

電路系統(tǒng)出現(xiàn)故障，往往伴隨著高溫、著火等現(xiàn)象的發(fā)生，通過對電子和電氣部件的溫度檢測，可以有效的監(jiān)測與識別故障部位，檢測出是否由于原件的惡化和接觸不良造成的電路問題。隨著熱成像技術(shù)的發(fā)展，在線溫度檢測也變得切實可行[3]。

2.4 過程與性能參數(shù)檢測

指的是通過風(fēng)力發(fā)電機組運行過程中檢測得到的數(shù)值，通過與政策情況下安全運行的允許數(shù)值進(jìn)行對比來直接決定是否發(fā)出進(jìn)步，此種檢測系統(tǒng)比較落后，錯誤率較高，傳統(tǒng)的檢測方法有待提高。

振動檢測由于其應(yīng)用范圍廣、簡單易行、處理技術(shù)成熟、因此振動檢測是最廣泛的應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電機故障診斷的方法之一，本文將基于振動分析風(fēng)力發(fā)電機故障診斷方法進(jìn)行探討，從而實現(xiàn)對風(fēng)電機組狀態(tài)的分析與故障診斷。

3 基于振動分析風(fēng)電機故障診斷方法

振動信號的基本處理方法：首先要先進(jìn)行振動信號的進(jìn)行收集與整理，然后將原始信號進(jìn)行處理，改變信號的形式，從而更方便地將有用故障征兆信息進(jìn)行提取，主要分為3種方法：時域、頻域、時頻分析法。

3.1 時域分析方法

時域分析又包括了：（1）信號幅值分析，對振動信號幅值進(jìn)行峰值、均值、最大最小值、方差、斜度等指標(biāo)進(jìn)行分析處理；（2）波形分析，就是對振動時域信號隨著時間的變化而變化的過程進(jìn)行分析與評估，這種方式簡單可行又有效，唯一缺點就是應(yīng)用面較窄；（3）時域同步平均法，也叫想干檢波法，即從振動信號中剔除混有的噪聲干擾，從而進(jìn)一步提取出純凈的周期性分量；（4）相關(guān)函數(shù)法，分為自相關(guān)函數(shù)和互相關(guān)函數(shù)，自相關(guān)函數(shù)是描述不同時刻的取值之間的依賴關(guān)系，互相關(guān)函數(shù)是描述不同組數(shù)據(jù)之間相依賴關(guān)系。

3.2 振動信號的頻域分析方法

（1）頻譜、頻譜密度函數(shù)分析：是指通過傅里葉變換將時間波形拆分為一個個單一的凱波分量進(jìn)行分析研究，以獲得信號的頻率結(jié)構(gòu)以及各凱波幅值和相位信息[4]。

（2）功率譜密度函數(shù)分析：是在頻域中對信號能力或功率分布情況的分析。分為自功率密度函數(shù)分析和互功率密度函數(shù)分析。

（3）相位譜分析：在旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷過程中，對于振動信號的相位譜和幅值譜數(shù)據(jù)的分析對比同樣重要。相位是將旋轉(zhuǎn)不見上的某一個點作為參考點，轉(zhuǎn)動件上其他任意一點的相位就是與該點之間所夾得圓心角。

4 結(jié)語

設(shè)備具有復(fù)雜性的特點，設(shè)備的故障與故障原因之間的關(guān)系極其復(fù)雜，故障的診斷是一個探索過程，所以不能僅僅依靠一種方法進(jìn)行診斷推理。要在知識的層次上進(jìn)行處理技術(shù)的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，從而增加故障處理人員的專業(yè)性素質(zhì)，通過概念和處理方式上的知識化，來實現(xiàn)職能化的診斷設(shè)備故障問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 孔德同，賈思遠(yuǎn)，王天品，等.基于振動分析的風(fēng)力發(fā)電機故障診斷方法[J].發(fā)電與空調(diào)，2017，38（1）：54-58.

[2] 楊靜懿.風(fēng)力發(fā)電機的整機故障診斷[D].東華大學(xué)，2014.

[3] 曲弋.MW級風(fēng)力發(fā)電機組關(guān)鍵部件振動分析與故障診斷方法研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué)，2012.

[4] 徐展.基于振動法的風(fēng)電機組傳動鏈狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷研究[D].浙江大學(xué)，2012.