崔玉彬

摘要：文章基于對風(fēng)電機組運行安全以及振動分析，總結(jié)其運行中的常見故障以及相應(yīng)的振動診斷方法，提出了一種在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機組;振動故障;原因;解決

1、引言

目前隨著我國經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钜约肮まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對電能的需求量與日俱增，與此同時，全球生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，我國也因此提出了發(fā)展低碳經(jīng)濟的戰(zhàn)略要求。風(fēng)能作為一種清潔型能源，在發(fā)電行業(yè)中廣泛應(yīng)用，近年來風(fēng)電機組的裝機容量也有逐步快速增長的發(fā)展趨勢。但是此類風(fēng)力發(fā)電機組運行中出現(xiàn)概率較高的故障就是振動故障，不僅會引發(fā)安全事故，而且還會耽誤正常生產(chǎn)，影響機組的發(fā)電效率等。為此就需要研究引發(fā)風(fēng)電機組振動故障的原因并尋求相應(yīng)的預(yù)防和解決方法。

2、風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全分析

風(fēng)力發(fā)電機組在運行中采取主動對風(fēng)的方式，也就是始終保證風(fēng)機葉輪處于迎風(fēng)狀態(tài)，將風(fēng)能最大化轉(zhuǎn)換為機械能來驅(qū)動發(fā)電機運轉(zhuǎn)發(fā)電。而由于風(fēng)機葉片的直徑較大，且處于環(huán)境惡劣的野外，在長時間的運行過程中，容易由于不可預(yù)見的自然因素以及其他外力等對機組造成影響或者破壞，進而會影響其運行安全。加之目前的風(fēng)電機組采取全自動的運行方式，通過自動化系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)自我控制，結(jié)合狀態(tài)檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)自動運行和無人值守的管理模式。為了實現(xiàn)上述目的，在其機組控制系統(tǒng)中采用的是基于PLC以及傳感器、執(zhí)行機構(gòu)、控制器等組成的控制系統(tǒng)。其主要原理就是通過傳感器來收集機組運行參數(shù)信號，在控制器監(jiān)測到系統(tǒng)運行參數(shù)或者某項指標(biāo)發(fā)生異常時則向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出相應(yīng)的調(diào)整命令。總結(jié)其中容易出現(xiàn)的異常，主要以振動故障為主，且直接影響機組的運行安全，這也是本文討論的重點。

3、風(fēng)力發(fā)電機組振動分析

在此機組中的機艙內(nèi)部安裝有振動傳感器，可以監(jiān)測超過允許幅值的最大振動信號，并將此信號發(fā)動給機組的主控制器并發(fā)出振動異常報警，或者根據(jù)情況決定是否要停機。這就是應(yīng)用機組自我保護的主要方式，可以及時提醒工作人員來處理或者停機避免故障進一步擴大。但是這也會影響機組的正常運行而造成經(jīng)濟損失。對機組運行中的故障進行總結(jié)可知，由于振動問題而引發(fā)的故障占到故障綜述的2/3左右，如果風(fēng)速達到10～14m/s，由于振動原因而造成的機組停機概率會達到84.6%以上，而在風(fēng)速處于其他范圍之內(nèi)時的振動故障概率則較低。為此，此時段則成為風(fēng)機發(fā)電的黃金區(qū)域。要重點分析此區(qū)域中的振動故障原因并加以控制，以大幅度提升風(fēng)電機組發(fā)電效率，提升其發(fā)電經(jīng)濟效益。

4、風(fēng)力發(fā)電機組的振動故障類型

首先是塔筒和機艙振動故障。此部位的振動主要由自然風(fēng)引起，且表現(xiàn)為低頻振動。其中由于風(fēng)輪葉片受到扭矩和推力等因素而引起水平方向上的振動故障，或者是受到不平衡力以及塔影效應(yīng)而引發(fā)振動。盡管在設(shè)計階段會特意避開葉片的激振頻率，但是由于自然風(fēng)在不斷改變頻率，仍然可能會發(fā)生與塔筒和機艙的共振現(xiàn)象。針對此問題則需要應(yīng)用變槳系統(tǒng)對速度、曲線進行調(diào)整并增加系統(tǒng)阻力，實現(xiàn)塔筒振動幅度的降低。

其次是軸承振動故障。作為機組傳動系統(tǒng)中最為精密的軸承類型，其一旦出現(xiàn)振動故障中通常會出現(xiàn)以下振動頻率：一是在故障初期的隨機超聲頻率，大概在5000～60000Hz的范圍之內(nèi)。二是軸承零部件的自振頻率，此范圍為500～2000Hz，不會受到轉(zhuǎn)速的影響。三是軸承出現(xiàn)故障時會表現(xiàn)出外環(huán)故障、內(nèi)環(huán)故障、滾珠體故障以及保持架故障等特征頻率，此頻率不會受到轉(zhuǎn)速影響，而且最早會出現(xiàn)內(nèi)環(huán)故障，也不會因為基頻而引發(fā)保持架故障，但是在出現(xiàn)滾珠體故障時通常會同時出現(xiàn)保持架故障，外環(huán)故障的幅值在內(nèi)環(huán)故障的幅值以上。四是內(nèi)環(huán)或者外環(huán)故障頻率以及和頻、差頻等屬于軸承滾珠體的通過頻率。

最后是齒輪箱振動故障。此類故障主要表現(xiàn)出不同故障的齒輪振動頻率、振動特征以及振動頻譜線的表現(xiàn)不同，針對此類故障則需要采取在線監(jiān)測的方式，將正常的振動頻譜作為基準(zhǔn)來在線監(jiān)測齒輪箱的運行情況，比較實際運行的振動頻譜與此基準(zhǔn)來診斷和監(jiān)測齒輪箱故障。引起此故障的原因可能是由于潤滑不當(dāng)而造成軸承和吃面損壞，比如潤滑劑失效或者散熱不佳等原因。或者是在設(shè)計階段存在參數(shù)精度方面的設(shè)計問題，以及由于齒輪箱部件出現(xiàn)共振等原因而引發(fā)齒輪斷裂或者偏移故障等劇烈振動引發(fā)的危害等。

5、風(fēng)力發(fā)電機組振動故障的診斷

在目前的振動故障診斷過程中，主要采取倒頻譜分析、沖擊脈沖技術(shù)、包絡(luò)譜分析技術(shù)、尖峰能量技術(shù)、小波分析技術(shù)、峭度、偏斜度和峰值因子分析方法等開展故障診斷，得出準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài)的數(shù)據(jù)和結(jié)果。為了降低故障概率，需要對潤滑劑進行定期檢查，及時補充和更換潤滑劑。還要結(jié)合不同用戶的實際需求對設(shè)計數(shù)據(jù)進行調(diào)整，以應(yīng)對不同地區(qū)的不同風(fēng)力變化以及交變應(yīng)力等。最后就是通過在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用對風(fēng)電機組傳動鏈運行狀態(tài)等進行評估和診斷，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并進行準(zhǔn)確和快速的診斷與處理。

6、風(fēng)電機組在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

在風(fēng)電機組中針對振動故障所采用的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要是SCADA系統(tǒng)，主要用于對風(fēng)電機組各部件以及子系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)進行采集和記錄，經(jīng)過對比分析來判斷設(shè)備和系統(tǒng)運行情況。此系統(tǒng)主要有振動傳感器和轉(zhuǎn)速傳感器、智能采集單元等組成，通常在傳動鏈的主軸、齒輪箱以及發(fā)電機等容易出現(xiàn)振動故障的部位設(shè)置振動監(jiān)測點，將低頻加速度傳感器安裝在主軸承、一級行星輪大齒圈等轉(zhuǎn)速較低的位置，其他部位則需要安裝通用型加速度傳感器。此系統(tǒng)所采用的技術(shù)主要有頻譜分析、時域分析以及變速變載分析技術(shù)等，可以評估齒輪箱、發(fā)電機的平衡、對中、連接和齒輪嚙合等狀態(tài)，結(jié)合風(fēng)速、轉(zhuǎn)速以及功率等參數(shù)對評估標(biāo)準(zhǔn)進行智能調(diào)整并作出歸一化的評估值。

7、結(jié)語

振動故障是風(fēng)電機組運行中的常見故障，其會對機組的正常和安全運行產(chǎn)生直接影響。為此就需要基于其安全運行以及出現(xiàn)振動的原理，總結(jié)其常見故障，采取正確且有效的故障診斷技術(shù)以及應(yīng)用在線振動狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來預(yù)防和處理振動故障，保障機組的穩(wěn)定運行。

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