風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)分析

聶偉光

摘 ?要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行條件較為復(fù)雜，其設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中所受到外部激振力和振動(dòng)自由度相對(duì)較多，在這種情況下，為保證發(fā)電機(jī)組 能夠正常、安全地運(yùn)行，需要對(duì)其振動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并按照實(shí)際情況判斷其故障，進(jìn)行故障的排除。由于風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的艱難運(yùn)行條件，風(fēng)力發(fā)電機(jī)出 現(xiàn)故障的可能性增加。因此本文基于風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)分析。實(shí)現(xiàn)了故障的快速診斷和處置，具有較好的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電;發(fā)電機(jī)組;振動(dòng)監(jiān)測(cè);故障排除

風(fēng)能是自然界中常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，特別是在經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，風(fēng)能資源 豐富的山地地區(qū)。增加本地風(fēng)力發(fā)電機(jī)的數(shù)量不僅可以增加我國(guó)的經(jīng)濟(jì)價(jià) 值，而且可以提供本地能源供應(yīng)。因此為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障診斷及處置工 作提供有力指導(dǎo)，從而不斷提升風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)的穩(wěn)定性和經(jīng) 濟(jì)性十分重要。

1 故障診斷難點(diǎn)及常用監(jiān)測(cè)方法

近年來(lái)，隨著技術(shù)的不斷成熟，風(fēng)電機(jī)組的故障率得到了較好控制， ?但由于風(fēng)電機(jī)組大多安裝在山區(qū)、近海、高原等交通不便區(qū)域，且風(fēng)力發(fā) 電機(jī)機(jī)械及電氣系統(tǒng)主要分布在遠(yuǎn)離地面的機(jī)艙內(nèi)，這就給風(fēng)力發(fā)電機(jī)的 日常狀態(tài)維護(hù)、故障監(jiān)測(cè)、檢修維修工作造成較大困擾，且隨著風(fēng)電機(jī)組 功效及尺寸的增大，其故障率也有升高趨勢(shì)，對(duì)于風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行造 成威脅，同時(shí)也大大增加了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)成本。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作環(huán)境惡劣，且由于其特定的發(fā)電原理，機(jī)組會(huì)根據(jù) 風(fēng)力大小情況不斷切換啟停狀態(tài)，設(shè)備啟停過(guò)于頻繁不可避免的會(huì)造成故 障率升高或者壽命降低。機(jī)組常見(jiàn)故障主要分為機(jī)械故障和電氣故障兩大 類機(jī)械故障一是轉(zhuǎn)子本體故障，如轉(zhuǎn)子發(fā)生不對(duì)稱、產(chǎn)生裂紋或松動(dòng)等， ?二是支架基礎(chǔ)故障，如基礎(chǔ)松動(dòng)、定子產(chǎn)生裂紋或共振失效等，三是軸承 類故障，如軸承油膜失效、軸承開(kāi)裂、轉(zhuǎn)動(dòng)故障等。電氣故障一是定子故 障，如定子繞組異常發(fā)熱、絕緣損毀甚至失效、定子繞組短路、其他短路 故障等，二是轉(zhuǎn)子故障，如氣隙偏心故障、氣隙過(guò)大、漏磁過(guò)多等，三是 冷卻系統(tǒng)故障，冷卻系統(tǒng)故障對(duì)機(jī)組危害較大，極易引發(fā)次生嚴(yán)重故障。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障監(jiān)測(cè)最基本的依據(jù)是故障時(shí)發(fā)出的各類征兆信號(hào)，例 如電壓電流異常、機(jī)組異常振動(dòng)、溫度過(guò)高、共振信號(hào)等。但是，在發(fā)電 機(jī)出現(xiàn)故障的初始階段，這些常用的故障信號(hào)異常情況有時(shí)并不突出，不 易被監(jiān)測(cè)到，對(duì)故障類型及故障點(diǎn)的識(shí)別能力差，導(dǎo)致早期故障因處置不 及時(shí)引發(fā)更為嚴(yán)重的后果。當(dāng)前我國(guó)風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，根據(jù)不同的征兆信號(hào) 進(jìn)行故障診斷，衍生出定子模式識(shí)別法、電流分析法、溫度分析法、振動(dòng) 分析法、油液分析法等故障診斷方法，均得到一定程度的應(yīng)用，很多情況 下往往只是基于一種征兆信號(hào)進(jìn)行分析，有各自優(yōu)勢(shì)，但缺點(diǎn)同樣明顯， ?如振動(dòng)分析法所采集的振動(dòng)信號(hào)易被噪聲干擾，電流分析法的信號(hào)采集較 為困難，微弱信號(hào)不易識(shí)別，強(qiáng)烈信號(hào)又預(yù)示較嚴(yán)重故障。基于以上分 析，需要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷工作進(jìn)行更為系統(tǒng)和深入的研究。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 ?技術(shù)特征分析

監(jiān)視風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況的一種廣泛使用的方法是從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的不 同運(yùn)行參數(shù)啟動(dòng)，并觀察監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的改變來(lái)確定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。 風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有幾個(gè)重要參數(shù)，可以將其大致分為兩類：測(cè)量參數(shù)和計(jì)算 參數(shù)。一，計(jì)算參數(shù)是指需要讀取可測(cè)量的參數(shù)并使用特定算法進(jìn)行計(jì)算 并將計(jì)算結(jié)果用作操作參數(shù)的需要。取決于單元的當(dāng)前狀況，選擇合適的 測(cè)量設(shè)備或算法以滿足需求是確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)的重要條件。風(fēng)扇的功 率由用于通過(guò)測(cè)量電壓，電流等來(lái)獲取電力的模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果算法使用 不正確或編寫不正確，則會(huì)得到錯(cuò)誤的計(jì)算參數(shù)，這會(huì)直接影響了設(shè)備的 常規(guī)運(yùn)行，但是，不同類型和制造商的測(cè)量設(shè)備和算法各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根 據(jù)設(shè)備的實(shí)際需求進(jìn)行選擇。

2.2 ?可測(cè)量參數(shù)異常監(jiān)測(cè)

對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，必須掌握一些方法和原理，應(yīng) 注意以下幾點(diǎn)：（ 1 ）風(fēng)扇的測(cè)量參數(shù)通常為電壓、電流、頻率、液壓、 溫度等。應(yīng)根據(jù)類型選擇不同的測(cè)量?jī)x器和測(cè)量參數(shù)，是必須一起工作的 眾多測(cè)量?jī)x器;（ 2 ）分析并確定測(cè)量參數(shù)的上限和下限，并根據(jù)范圍選

擇適當(dāng)?shù)姆秶?（ 3 ）分析并確定測(cè)量值的正常/異常值的范圍測(cè)量參數(shù)導(dǎo) 致采取措施的措施和條件。

2.3 ?計(jì)算參數(shù)異常監(jiān)測(cè)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的計(jì)算參數(shù)需要選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)視技術(shù)和檢測(cè)方法。在 實(shí)際操作中，請(qǐng)注意以下幾點(diǎn)：第一，在確定計(jì)算參數(shù)的過(guò)程中，有不同 類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)。在某些風(fēng)力發(fā)電機(jī)中的許多地方都需要運(yùn)用不一樣的 算法，并且每種類型的算法都有許多策略可供選擇。有必要針對(duì)風(fēng)力發(fā)電 機(jī)的現(xiàn)狀和要求選擇合適的算法，由于不同的算法直接影響最后的計(jì)算結(jié) 論，因此選擇正確的算法可以大大提高監(jiān)視計(jì)算參數(shù)的計(jì)算精度和效率。 其次，選擇正確的硬件來(lái)運(yùn)行算法。所謂的工具適用于：（ 1 ）路由算法 穩(wěn)定并且可以長(zhǎng)時(shí)間工作。設(shè)備的完整性需要硬件支持。（ 2 ）風(fēng)力發(fā)電 機(jī)應(yīng)配備可靠，穩(wěn)定的傳輸和測(cè)量設(shè)備，以計(jì)算和輸出數(shù)據(jù)的算法操作提 供基本通道。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷系統(tǒng)

時(shí)代在不斷發(fā)展的同時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷要求也在不斷地提 升，在進(jìn)行其系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，也需要按照實(shí)際情況，合理地進(jìn)行設(shè)計(jì) 方案的選擇。

故障特征分析指系統(tǒng)在對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集后，對(duì)原始的信號(hào)進(jìn)行分 析處理，尋找信號(hào)中具有特點(diǎn)的信息，并按照自身所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)進(jìn)行故障 特征的分析工作。其組成部分在實(shí)際應(yīng)用中能夠在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù) 的整理與分析工作，為故障維修等工作提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)分析，提升故障維 修的質(zhì)量與效率。

故障識(shí)別指系統(tǒng)在應(yīng)用中，能夠通過(guò)對(duì)故障信息監(jiān)測(cè)和故障特征分析 的數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)律，進(jìn)行故障、故障產(chǎn)生原因、故障產(chǎn)生部位等信息 的排除，進(jìn)而為維修人員提供較準(zhǔn)確的故障發(fā)生原因分析、故障產(chǎn)生位置 分析、故障影響情況分析等方面的數(shù)據(jù)。以及其在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中也能 夠與模糊診斷手段相互結(jié)合使用，提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

4 大數(shù)據(jù)背景下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)和故障診斷

傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)檢測(cè)和故障排除方法基于少量數(shù)據(jù)，需要靠工 程師自身積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)以及檢測(cè)和診斷設(shè)備狀態(tài)所需的相關(guān)設(shè)計(jì)。這種 方法有一定風(fēng)險(xiǎn)：首先，缺乏分析數(shù)據(jù)或缺乏工程經(jīng)驗(yàn)會(huì)影響測(cè)試和診斷 結(jié)果。其次，在收集和傳輸期間，傳感器干擾，通信介質(zhì)和外部噪聲會(huì)影 響使用常規(guī)技術(shù)接收的數(shù)據(jù)。通過(guò)分析此類數(shù)據(jù)獲得的測(cè)試和診斷結(jié)果通 常無(wú)法反映實(shí)際情況。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)可以通過(guò)收集，分析和處理大量數(shù) 據(jù)來(lái)有效糾正這些缺陷。并使用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)消除潛在的故障。通常很難 找到可靠的解決方案。此外，大數(shù)據(jù)技術(shù)可以檢測(cè)到風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的微 小狀態(tài)變化，并及時(shí)檢測(cè)和消除潛在的風(fēng)機(jī)故障，從而降低了風(fēng)機(jī)故障的 可能性。有效并提高安全性和操作穩(wěn)定性。

總之，受到工作環(huán)境和內(nèi)部設(shè)計(jì)的影響，與傳統(tǒng)的電氣設(shè)備相比，風(fēng) 力渦輪機(jī)容易發(fā)生故障，我們應(yīng)該重視風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的檢測(cè)與故 障診斷工作，能夠較及時(shí)地進(jìn)行設(shè)備的管理與維修工作，降低發(fā)電機(jī)損壞 程度，進(jìn)而降低更換成本，提升發(fā)電機(jī)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳艷標(biāo).風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究[J].城市建設(shè)理論研 究（電子版），2018，（07）：1.

[2]李剛，胡紅利，李亞妮.風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)近況[J].工 業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2017，（05）：16-20+55.

[3]張曉良.風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的研究與進(jìn)展[J].環(huán)球市場(chǎng) 信息導(dǎo)報(bào)，2016，（14）：141-142.