風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)分析

風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)是一種重要的動(dòng)力設(shè)備，在長期的運(yùn)行過程中，容易受到多種因素的影響，導(dǎo)致運(yùn)行故障頻發(fā)。利用風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障，積極采取有效措施，保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。本文分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，闡述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)和風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)。標(biāo)簽：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；狀態(tài)監(jiān)測；故障診斷技術(shù)近年來，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)快速發(fā)展，風(fēng)能資源已經(jīng)成為世界各國研究的重點(diǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)作為一種重要的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，對于降低風(fēng)力發(fā)電成本，產(chǎn)生高質(zhì)量、安全可靠的電能有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。風(fēng)力風(fēng)電機(jī)長期暴露在室外，運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，發(fā)生故障的概率比較高，通過分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)，加強(qiáng)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和故障維護(hù)，盡量減少不必要的經(jīng)濟(jì)損失。一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)概述近年來，我國數(shù)據(jù)處理技術(shù)、信號分析技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展，狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)主要基于計(jì)算機(jī)技術(shù)，將監(jiān)測到數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，綜合分析這些數(shù)據(jù)，顯示幅值圖、時(shí)域頻譜圖倒頻譜圖、倍頻譜圖等圖譜，最終由計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)分析和處理所測數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測和在線監(jiān)測。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)集信息分析、在線監(jiān)測以及信息采集等功能為一體［1］，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電氣、壓力、溫度和振動(dòng)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，通過比較分析預(yù)先設(shè)定值和監(jiān)測結(jié)果，在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行異常，并且及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，對系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析處理，從而確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行故障。風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要由診斷結(jié)果、診斷和監(jiān)測決策、狀態(tài)辨識(shí)、信號處理以及信號采集組成，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)中的傳感器設(shè)備可以及時(shí)采取運(yùn)行數(shù)據(jù)，診斷和監(jiān)測決策、狀態(tài)辨識(shí)以及信號處理主要由系統(tǒng)的專用儀器設(shè)備或者計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成。二、風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)1、振動(dòng)監(jiān)測振動(dòng)信號是風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生運(yùn)行故障的主要特征，風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生不同類型的運(yùn)行故障，會(huì)產(chǎn)生不同的運(yùn)行頻率，振動(dòng)信號也會(huì)隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的狀態(tài)而發(fā)生變化。利用振動(dòng)分析法，監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以準(zhǔn)確檢驗(yàn)和診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生故障的部位和故障類型，如結(jié)構(gòu)共振、轉(zhuǎn)軸裂紋、旋轉(zhuǎn)喘振及世俗、油膜振蕩、轉(zhuǎn)子失衡等。利用分風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)可以快速診斷出風(fēng)力發(fā)電機(jī)共振、電氣故障、葉片振動(dòng)、塔筒振動(dòng)、機(jī)械松動(dòng)、軸彎曲等故障［2］。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，采用振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱的軸承和齒輪，發(fā)電機(jī)的機(jī)艙、主軸承以及軸承的振動(dòng)，也可以用來監(jiān)測葉片的運(yùn)行狀態(tài)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的振動(dòng)信號，采用精密診斷和簡易診斷，首先監(jiān)測出風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)生運(yùn)行故障，然后利用元件頻率計(jì)算和頻譜分析技術(shù)，將故障精確定位到具體的元件上。2、油液監(jiān)測油液監(jiān)測技術(shù)通過全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)的液壓油和潤滑油的性能，監(jiān)測油中的磨屑微粒，全面理解和掌握風(fēng)力發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中零部件和潤滑的磨損情況，利用油液監(jiān)測技術(shù)，可以全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)各種零部件從磨合初期、磨損階段到磨損嚴(yán)重的整個(gè)過程。風(fēng)力發(fā)電機(jī)的油液監(jiān)測主要包括鐵屑檢查和油液性能檢查，有時(shí)也可以進(jìn)行油溫監(jiān)測和油濾壓降監(jiān)測。油液監(jiān)測技術(shù)采用油液光譜分析、油液鐵譜分析、污染度監(jiān)測以及油液液化指標(biāo)等，全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部的油液情況，主要目的在于監(jiān)測被潤滑的風(fēng)力發(fā)電機(jī)潤滑工件質(zhì)量和潤滑油質(zhì)量。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的油液監(jiān)測，通過先取樣，然后進(jìn)行離線分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)油液中的微粒和水分。3、溫度監(jiān)測溫度監(jiān)測技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在電氣和電子元件的狀態(tài)監(jiān)測中，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備過負(fù)荷運(yùn)行或者劣化的情況下，溫度的異常變化可以直接反映出風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行故障，因此可以在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的齒輪箱、交流器和發(fā)電機(jī)上設(shè)置溫度傳感器，從而全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)的溫度變化。4、應(yīng)變監(jiān)測應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)可以全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)的低速軸轉(zhuǎn)矩和結(jié)構(gòu)荷載，對于驗(yàn)證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和預(yù)期使用壽命有著非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前，應(yīng)變監(jiān)測技術(shù)主要采用光纖應(yīng)力傳感器監(jiān)測發(fā)電機(jī)組的應(yīng)力狀態(tài)，這種監(jiān)測技術(shù)具有靈敏度高、體積小、抗電磁干擾、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。三、風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障經(jīng)常出現(xiàn)兩大類故障：機(jī)械故障和電氣故障。機(jī)械故障主要包括對中故障、液壓故障、機(jī)械運(yùn)行故障、葉片故障、軸承故障、支撐回轉(zhuǎn)故障、齒輪箱故障等；電氣故障主要包括電網(wǎng)故障、變流器故障、通信故障、傳感器故障等［3］。常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷技術(shù)主要有以下幾種：1、齒輪箱故障診斷常見的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有混合驅(qū)動(dòng)、直接驅(qū)動(dòng)和齒輪驅(qū)動(dòng)等驅(qū)動(dòng)方式。當(dāng)前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)多采用齒輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，齒輪箱是凰力發(fā)電機(jī)組中關(guān)鍵的變速傳動(dòng)元件，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中齒輪主要負(fù)責(zé)傳遞能量，主軸和齒輪箱的使用情況對于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的使用壽命有著直接的影響，因此必須加強(qiáng)齒輪箱故障診斷，而齒輪故障有很多種，凡是齒輪輪廓位置和形狀發(fā)生變化，這都是齒輪故障，常見的齒輪箱故障主要有油溫過高、潤滑不良、軸承損壞、齒輪偏心、齒輪斷齒、齒輪磨損等。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱故障的特點(diǎn)，應(yīng)用在線檢測和故障診斷系統(tǒng)，通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱設(shè)置傳感器，采集齒輪箱的溫度信號、噪聲信號和振動(dòng)信號，然后將這些信號傳送到Web服務(wù)器上，服務(wù)器將這些信號數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的客戶端，全面監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱狀態(tài)。這種系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以有效提高在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和有效性。2、發(fā)電機(jī)故障診斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)內(nèi)部包含通風(fēng)散熱系統(tǒng)、絕緣系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、磁路系統(tǒng)、電路系統(tǒng)等多個(gè)工作系統(tǒng)，因此發(fā)電機(jī)的故障征兆和故障原因也具有多樣性。風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障主要連軸器故障、轉(zhuǎn)軸故障、端環(huán)故障、轉(zhuǎn)子導(dǎo)條故障、軸承故障、定子繞組故障等。利用在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)定子電流信號的能量譜、離散小波變換，判斷風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障類型。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的電磁場和溫度場耦合計(jì)算，得出仿真數(shù)據(jù)，然后根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)信息，結(jié)合振動(dòng)、溫度場、電磁場和電流等信號，利用概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP網(wǎng)絡(luò)、智能診斷技術(shù)，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，分析故障原因，確定診斷結(jié)果。3、人工智能故障診斷人工智能故障診斷方法主要包括專家系統(tǒng)、模糊邏輯、數(shù)據(jù)挖掘、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，近年來，為了不斷提高故障診斷準(zhǔn)確率，利用基于模糊推理的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)，通過采集滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障模型，在經(jīng)過一致性檢驗(yàn)和歸一化處理之后，確定風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障元器件和故障類型。結(jié)束語：風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)融合了人工智能、數(shù)據(jù)處理、信號分析、計(jì)算機(jī)、電子測試等多門學(xué)科，要結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機(jī)自身的特點(diǎn)和故障類型，要積極運(yùn)用多種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的準(zhǔn)確性。參考文獻(xiàn)：[1