冀賽龍++高偉

【摘 要】近年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在風(fēng)電場(chǎng)發(fā)揮的重要作用越來(lái)越得到人們的重視。在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障的早期振動(dòng)征兆，揭示故障的原因、程度、部位、發(fā)展趨勢(shì)等，便于風(fēng)力機(jī)維護(hù)，避免和減少重大事故的發(fā)生，節(jié)約成本。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；在線震動(dòng)監(jiān)測(cè)；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

引言

風(fēng)電機(jī)組工況與一般機(jī)械相比較為復(fù)雜，時(shí)常在變速變載的條件下工作。風(fēng)電機(jī)組在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組各部件（齒輪、軸、軸承）損壞之前，便能給出設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)報(bào)告進(jìn)行預(yù)報(bào)警，使現(xiàn)場(chǎng) 人員能夠制定合理的維修計(jì)劃，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修，從而避免了由損壞部件的運(yùn)轉(zhuǎn)造成關(guān)聯(lián)部件的損傷。

一、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)

對(duì)于單個(gè)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括：聲發(fā)射/振動(dòng)一體傳感器，數(shù)據(jù)傳輸線，數(shù)據(jù)采集終端，數(shù)據(jù)處理軟件。主要采集傳動(dòng)系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)前后軸承處的聲發(fā)射/振動(dòng)信號(hào)，發(fā)電機(jī)的接地電壓等信號(hào)。對(duì)于某風(fēng)電場(chǎng)，采用分層的管理架構(gòu)對(duì)每一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)監(jiān)控和故障診斷，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為硬件和軟件兩部分，硬件主要包括振動(dòng)傳感器、8通道數(shù)據(jù)采集儀、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器和中心服務(wù)器，軟件部分如下圖1：

二、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)時(shí)測(cè)試布置在風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)前后軸承座表面的聲發(fā)射和振動(dòng)數(shù)據(jù)。對(duì)于聲發(fā)射數(shù)據(jù)，通過(guò)時(shí)域信號(hào)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)的分析方法記錄下每一時(shí)刻的測(cè)試結(jié)果，在一個(gè)較長(zhǎng)的監(jiān)測(cè)周期內(nèi)進(jìn)行趨勢(shì)分析，確定發(fā)電機(jī)前后軸承的健康狀況，提早發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部損傷。對(duì)于振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)頻域信號(hào)處理分析確定振動(dòng)幅值是否超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合機(jī)組當(dāng)前工作狀態(tài)，判斷下一步需要進(jìn)行的動(dòng)作。

經(jīng)過(guò)對(duì)風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)狀態(tài)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，最終形成一個(gè)完整機(jī)組部件故障數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步采用FEMA故障診斷方案確定發(fā)電機(jī)故障來(lái)源奠定基礎(chǔ)。

三、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理與分析

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)管理部分與數(shù)據(jù)分析程序，其中數(shù)據(jù)管理涉及程序管理和權(quán)限管理功能，數(shù)據(jù)分析程序主要對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)和頻域分析處理，利用分析結(jié)果，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)組當(dāng)前工作信息一起，對(duì)機(jī)組發(fā)電機(jī)健康狀況進(jìn)行識(shí)別。

四、系統(tǒng)功能介紹

（一）振動(dòng)分析流程

振動(dòng)分析數(shù)據(jù)處理流程如圖2所示，頻域處理所包括的速度譜分析是將加速度傳感器得到的加速度信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字積分得到速度信號(hào)，再進(jìn)行分析。

（二）測(cè)點(diǎn)部置

進(jìn)行準(zhǔn)確振動(dòng)分析必須遵循如下的測(cè)點(diǎn)選擇原則：一是能夠反映真實(shí)振動(dòng)情況的部位；二是盡可能靠近軸承的承載區(qū)，軸承到傳感器之間有堅(jiān)實(shí)金屬。風(fēng)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)部分主要由主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)組成。在各部件軸承位置安放振動(dòng)加速度傳感器采集它們的加速度信號(hào)，同時(shí)在主軸葉輪端安放轉(zhuǎn)速傳感器采集機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)。

（三）數(shù)據(jù)采集

根據(jù)各部件轉(zhuǎn)速的不同設(shè)定相應(yīng)的采樣率，實(shí)時(shí)采集各部件的振動(dòng)數(shù)據(jù)。根據(jù)采集周期的不同，可以分為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和波形數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)主要是反映部件整體振動(dòng)狀態(tài)的時(shí)域振動(dòng)指標(biāo)，波形數(shù)據(jù)主要是存儲(chǔ)一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)數(shù)據(jù)。

（四）數(shù)據(jù)上傳

傳感器采集到的振動(dòng)數(shù)據(jù)傳至采集儀，再通過(guò)電纜傳輸由機(jī)艙頂部傳至機(jī)艙底部，經(jīng)由光纖轉(zhuǎn)換設(shè)備通過(guò)機(jī)組備用光纖傳至主控室現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器，最后通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳到診斷中心服務(wù)器。

（五）時(shí)域分析

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)上傳到診斷中心服務(wù)器，首先經(jīng)過(guò)時(shí)域處理，時(shí)域處理方法主要涉及以下指標(biāo)：均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)差、均方值、有效值、峰值、峰峰值、波形指標(biāo)、峰值指標(biāo)和脈沖指標(biāo)。通過(guò)時(shí)域指標(biāo)統(tǒng)計(jì)，可以進(jìn)行定性診斷，卻無(wú)法指出具體的故障部位。選取有效值，實(shí)時(shí)顯示設(shè)備各部件的振動(dòng)總值來(lái)反映它們的振動(dòng)水平。設(shè)定不同級(jí)別的閾值：報(bào)警閾值和警告閾值，通過(guò)在風(fēng)電場(chǎng)采用離線振動(dòng)設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)近300臺(tái)次4種機(jī)型風(fēng)電機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)振動(dòng)閾值不斷地調(diào)整和修改，從而總結(jié)出不同機(jī)型機(jī)組相應(yīng)的閾值。低于報(bào)警閾值屬于正常，高于警告閾值屬于嚴(yán)重故障狀態(tài)，中間階段屬于一般故障狀態(tài)。

五、結(jié)束語(yǔ)

在線振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于振動(dòng)分析的原理，在機(jī)組部件損壞之前對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，有效避免了現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員采取處理措施的盲目性，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組的危害和管理有著具體的指導(dǎo)意義。

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