房艷平

摘 要：為響應我們國家最新倡導的有關節(jié)能和環(huán)保的政策和要求，利用風能發(fā)電大大提高了我國電力供應的比重。風電場惡劣的運行環(huán)境增加了風力渦輪機故障的可能性。為保證風電的穩(wěn)定供應，我們可以進行關與風機運行狀態(tài)的監(jiān)測跟診斷故障的技術，實時監(jiān)測風機實時動態(tài)，增強維護跟故障診斷的效果效率，確保穩(wěn)定供應電能。本文首先分析了使用風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障排除技術的必要性，然后闡述了如何應用風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測與故障排除技術。

關鍵詞：技術分析;故障;發(fā)電機;診斷;狀態(tài)監(jiān)測

風電不僅可以解決目前電力資源緊缺的問題，而且在中國實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的理念，并且具有非常環(huán)保的效果。由于風力發(fā)電機在運行過程中比較危險，在運行過程中無法準確判斷風力發(fā)電機主要部件的狀況，風力發(fā)電機的維修一般采用售后維修或計劃維修。監(jiān)測發(fā)電機組的實時狀態(tài)跟對其的實時故障診斷可以對發(fā)電機的主要部件進行監(jiān)測，保證各部件的正常運行。

1 風力發(fā)電機概述及發(fā)電機組故障特點

1.1 風力渦輪機

風力發(fā)電機主要是指通過風力發(fā)電機將風能和電能進行轉(zhuǎn)換，利用電磁感應原理，轉(zhuǎn)換后的電能通過調(diào)壓操作傳輸?shù)接脩糁行母娋W(wǎng)。經(jīng)過這些年的相關發(fā)展，我國風力發(fā)電機組的建設也日趨完善，而傳統(tǒng)的恒速恒頻電機逐漸改進，采用新的技術和設備對風力發(fā)電機組進行升級和改進。而出現(xiàn)了新的變速恒頻的技術它可以引入變流技術，結(jié)合風速變化調(diào)節(jié)動態(tài)調(diào)節(jié)風機葉輪的轉(zhuǎn)速，使風力發(fā)電機組保持相對恒定的輸出頻率。變速恒頻技術也可以用來保證風力發(fā)電的質(zhì)量，因此變速恒頻技術在我國風電并網(wǎng)系統(tǒng)中也得到了非常廣泛的應用。

1.2 發(fā)電機組故障特征

風電場通常位于偏遠地區(qū)和高山，在風力變化不定、自然環(huán)境惡劣、外載荷不確定等相關因素的變化下，風機內(nèi)部部件發(fā)生故障的概率非常高。常見的設備故障包括變速箱、發(fā)電機和逆變器。例如，風力發(fā)電機的故障主要是由發(fā)電機過熱引起的、運行振動過大和溫度過高引起的。而這些容易出現(xiàn)的故障主要因為軸承的損壞、定子繞組的絕緣磨損和轉(zhuǎn)子平衡引起。因此，有必要采用一種有效的方法來監(jiān)控運行狀態(tài)，并對不同的故障和部件進行故障診斷。

2 風力發(fā)電機組常出現(xiàn)的故障

2.1 雙饋感應的發(fā)電機組相關故障

定子與轉(zhuǎn)子：繞組接地、匝間短路、相間短路、絕緣電阻低、絕緣燒毀、轉(zhuǎn)子電橋斷線、電纜引線斷線、燒壞等;軸承：軸承燒損、軸承振動、軸承噪音等。冷卻系統(tǒng)：冷水機故障，冷卻風扇故障、進出口溫度偏差等，滑環(huán)碳刷系統(tǒng)：環(huán)火、滑環(huán)損壞、碳刷燒毀等;整機：三相電磁場不對稱、氣隙偏心、相電流諧波分量增大、電機損耗增大、振動異常、噪音過大等。此外，潤滑油（脂）泄漏、自動注油器故障、編碼器故障、機內(nèi)異物等也是發(fā)電機的常見故障。

2.2 直驅(qū)永磁的發(fā)電機相關故障說明

由于轉(zhuǎn)子的永磁結(jié)構(gòu)，存在磁鋼脫落、磁鋼失去磁力等缺陷。除了滑環(huán)碳刷系統(tǒng)沒有故障外，其他故障與上述常見故障類似。你提到了雙饋感應發(fā)電機。

2.3 失效分析

繞組故障會在短期內(nèi)引起大電流，導致溫度急劇上升，同時三相繞組不對稱，在繞組中容易產(chǎn)生諧波分量。軸承故障會導致轉(zhuǎn)子偏心和振動。而定子繞組中的間隙偏心感應出相應的諧波電流。冷卻系統(tǒng)故障導致溫度異常升高?；h(huán)碳刷系統(tǒng)故障增加接觸電阻或斷開勵磁回路，導致勵磁磁場失效，定子繞組不能產(chǎn)生感應電勢，磁體氣隙失效，磁電勢不平衡，感應電勢改變定子繞組。機器中的異物會導致過度振動和過度噪音。即使是定子和轉(zhuǎn)子的掃描也會導致電壓、電流、效率和損耗的變化。

3 風力發(fā)電機中對于狀態(tài)監(jiān)測跟故障診斷技術的應用

3.1 齒輪箱故障診斷跟狀態(tài)監(jiān)測

齒輪箱是連接風力發(fā)電機組主軸和發(fā)電機的重要部件。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和受力情況復雜，特別是工況和載荷變化時，失效概率增大。由于齒輪箱的故障，對齒輪箱的狀態(tài)進行監(jiān)測非常重要。風電機組故障率高，維護費用高，停機造成發(fā)電損失。齒輪和軸承是齒輪箱中常見的缺陷零件。牙齒斷裂、牙面疲勞和粘連是常見的牙體缺損。磨損、孔洞、裂紋和表面裂紋是軸承常見的失效形式。所有類型的故障都會影響齒輪。箱子運轉(zhuǎn)正常。隨著風電機組規(guī)模的擴大，對變速箱的性能要求越來越高，因此必須保證變速箱的安全可靠運行。齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測通常采用振動監(jiān)測和溫度監(jiān)測。振動監(jiān)測主要是用振動計檢測并記錄齒輪箱的振動頻率，然后將實測的實際運行數(shù)據(jù)與設計數(shù)據(jù)進行比較，找出齒輪?？蛑忻總€組件的運行狀態(tài)。由于故障特征頻率是判斷齒輪和軸承狀態(tài)的一個重要指標，時域信號統(tǒng)計可以對齒輪箱的優(yōu)點和原因進行預診斷，并對其進行快速傅立葉變換和功率譜的測量。用于再次確認初步診斷。

3.2 葉片健康監(jiān)測與故障診斷

風力機的葉片主要吸收風能，長期暴露在外會對葉片造成很大的損傷。葉長一般為30-40m。在運行過程中，顫振會導致葉片疲勞開裂。在近岸海域，當葉片受到海水腐蝕時，陣風和雷電也是影響葉片安全運行的重要因素。對葉片的材質(zhì)、質(zhì)量和體積都有嚴格的要求，以保證葉片的安全運行。當葉片發(fā)生故障時，不僅會損壞葉片，還會威脅到整機的安全。雖然葉片的健康監(jiān)測和故障診斷主要通過應力應變測量來實現(xiàn)，但由于葉片材料和工作環(huán)境的影響，對應力應變傳感器有一定的要求。光纖光柵傳感器具有抗靜電電磁干擾、抗腐蝕、體積小、使用壽命長等優(yōu)點，更適合于葉片應力和變形的檢測，對預測葉片的使用壽命具有重要作用。聲發(fā)射檢測和紅外成像檢測也可以結(jié)合起來，彌補光纖光柵傳感器的不足。

3.3發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷

發(fā)電機是風力發(fā)電機組的關鍵部件，其主要功能是將機械能轉(zhuǎn)化為電能。運行工況和電磁環(huán)境的長期變化，以及裝置尺寸的擴大，在一定程度上增加了發(fā)電機的密封保護，往往導致發(fā)電機的過度振動和過熱。軸承和轉(zhuǎn)子/定子線圈短路故障、軸承故障、定子故障和轉(zhuǎn)子故障占很大比例。發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷主要監(jiān)測轉(zhuǎn)子/定子電流信號、電壓信號和輸出功率信號。通過對電流信號進行時域分析，得到幅值信息，進而確定諧波含量。確定發(fā)電機故障類型。

3.4監(jiān)控其他組件的健康狀態(tài)并診斷錯誤

電氣系統(tǒng)也是風電機組的重要組成部分。風力發(fā)電機組通過變頻器和其他電氣設備將電能傳輸?shù)诫娋W(wǎng)，并相應地控制電氣系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)的常見故障主要有短路、過壓、過流、過熱等。任何故障都可能損壞發(fā)電機。根據(jù)電氣系統(tǒng)的故障特點，性能參數(shù)檢測方法主要用于監(jiān)測輸出電壓、電流、功率、溫度等數(shù)據(jù)，然后與標準值進行比較，確定電氣系統(tǒng)的狀態(tài)。液壓傳動的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要是通過油液監(jiān)測來檢測潤滑油和液壓油中的微粒。液壓系統(tǒng)的故障可以通過形狀、粒度、狀態(tài)和狀態(tài)來判斷。顆粒物應采取相應的防治措施。

結(jié)束語：

風力發(fā)電機的工作狀況直接影響著人們的生活質(zhì)量。預計風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術將在未來得到推廣。

參考文獻：

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