風力發電機組振動監測技術的應用分析

王志偉

摘 要：現階段風力發電機組投運規模在進行不斷的擴大，運行時間也在不斷的延長，機械故障現象無可避免。為在真正意義上實現對風機設備故障的監測以及預防，我們必須實現對在線狀態監測技術的有效利用，有計劃的實現對風機設備的維護，最終實現對利用率的有效提高。這不僅對風力發電行業自身的建設與發展有促進作用，同時對社會以及經濟發展有積極意義。

關鍵詞：振動監測技術；風力發電機；主軸承；齒輪箱

一、風力發電機組運行現狀

為實現對震動監測技術在風力發電機組中應用的有效分析，我們首先將其與實際工程相結合，下面我們對其進行仔細分析。該公司屬于能源投資有限公司，在國內是一家規模較大的風電投資商。截至到2009年，該公司投運的風電場裝機容量已經實現1.2GW，一共有850多臺風機在同時運行。這些風機現階段依舊由廠家進行維護工作，該公司不能實現對風機的自行維護。因此保證設備的正常運行是該公司亟待解決的問題之一。

首先我們實現對風電機組故障的科學統計分析。變槳、變頻以及電氣控制是導致風力發電機出現故障的主要原因。同時發電機組周以及齒輪箱也在上述范圍涵蓋之內，也是造成停機現象出現的主要原因。齒輪箱的損壞對風電場發電量的維護以及成本有直接影響，因此該公司為實現對經濟效益的最大獲取，必須實現對齒輪箱以及機械零部件可靠性的有效預防與維護。

二、安裝狀態監測系統的必要性

1.風力發電的特點

（1）地理位置受限

電場一般修建于人跡罕至的草原以及荒漠等地區，這主要是受到風資源的限制。

（2）維修力量薄弱

我國對風力發電行業的研究起步較晚，因此現在仍然處于初級階段。維修人員缺乏經驗以及運行維修技術不成熟是存在風力發電行業中的明顯缺陷。面對這一現象我們需要進行不斷的努力與探索。

（3）發電效益低

相對于傳統的火力發電來說，風力發電年發電時間較少。引起這種現象出現的原因，原因是風力資源的限制。

（4）運行和維修費用高

運行以及維修費用較高也是存在于我國風力發電行業中的主要問題。引起上述現象出現的主要原因就是沒有成熟的運行以及維修經驗。根據相關統計與調查顯示，相對于傳統的火力發電廠來說，風力發電廠的運行以及維修比火力發電廠高出三倍。

2.在線監測的作用

隨著風力發電機組單機容量的增加和在線監測技術的日益完善，在線監測技術對提高風機設備的可利用率、有計劃地進行設備維護、提高風能利用率等起到重要的作用。使用在線監測系統以后，能增加風電場的正常運行時間、優化設備運行工況、降低風力發電設備的維修費用、提高風力發電機組的運行安全性。具體表現如下：

（1）減少非計劃性軸承和齒輪的維修工作，可進行基于狀態監測的維修；

（2）為制定維修計劃提供依據，可在無風或枯風期安排維修；

（3）減少現場日常巡視次數；

（4）降低生產成本，減少生產損失；

（5）減少故障部件的二次損傷；

（6）延長機組使用壽命；

（7）減少備件數，降低損耗率。

三、風力發電機振動監測系統實施方案

該公司是國內在風機上安裝振動監測系統的第1家風電運營商，在呼倫貝爾、東臺和榮成3個風電場對4種機型、11臺風機實施在線監控。

1.呼倫貝爾風電場實施方案

呼倫貝爾風電場安裝了33臺東方汽輪機廠生產的FB70B-1500型風力發電機組，發電機采用山西永濟發電機廠和蘭州電機廠電機，齒輪箱選用南高齒和重齒產品，主軸軸承選用SKF公司瓦軸軸承。為了能夠將各廠家的產品均覆蓋在內，在呼倫貝爾風電場3臺風機上安裝了在線振動監測系統，同時選用1套便攜振動監測設備。

2.東臺風電場實施方案

東臺風電場安裝了41臺GE1.5S和51臺華銳風力發電機，GE公司的發電機、齒輪箱和主軸軸承都選用同一廠家的產品，華銳公司的風機齒輪箱由華銳公司生產，發電機采用山西永濟發電機廠和大連天元電機廠產品。為了覆蓋到所有部件廠家產品，東臺公司在GE和華銳的風機上各裝2套在線振動監測系統，同時選用1套離線振動監測設備。

四、風力發電機振動監測系統實施效果

目前，榮成、東臺、呼倫貝爾風電場在線振動監測系統已經安裝調試完成，試運行近半年，完成了系統軟件的參數設置，如轉速觸發范圍、加速度包絡頻譜的頻寬范圍、趨勢數據和頻譜圖的保存時間間隔等；收集風機各部件（包括主軸、齒輪箱、發電機）振動的基礎數據，了解風機在不同風況下運行時的振動數據趨勢，為風機量身定做了振動預警和報警標準，達到逐步實現智能監測的目的。

1.主軸承

主軸承加速度包絡頻譜顯示運行時主軸承沖擊能量平緩，未發現有故障頻率，軸承情況良好，但在包絡時域波形中有很弱的雜亂的沖擊信號，應為潤滑油中的雜質所產生，暫不影響設備的運行，應注意潤滑維護。

2.齒輪箱

分析振動速度頻譜，發現有輕微不對中征兆，徑向與軸向均存在較低1倍與2倍峰值，但通過對發電機振動的分析，認為高速軸不對中征兆是由發電機振動引起，需要進行后續跟蹤確認。不對中對軸承狀態影響較大，建議跟蹤查看軸承的振動值趨勢。

3.發電機

（1）驅動端振動

從驅動端的振動頻譜來看，1～6倍發電機轉頻處均存在峰值，且峰值相對較高，符合機械松動的征兆，表明發電機驅動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。整體振動值處于黃色預警期，可繼續運行，但要經常跟蹤振動變化趨勢，需要定期潤滑維護。

（2）非驅動端振動

從非驅動端的振動頻譜來看，存在與驅動端相同的征兆，1～6倍發電機轉頻處均存在峰值，符合機械松動的征兆，表明發電機驅動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。

在對風力發電機進行故障沴斷方法的分析中，只是使用了常見的時域分析、頻域分析以及共振解調分析。這些方法需要在實際的情況下相互結合使用，而不是單純的使用一種，因為通常情況下故障的發生往往伴隨著多個故障的混合，需要綜合各種信息才能對風力發電機的工作狀態做出準確的判斷。

五、結語

振動監測是一項技術與經驗相結合的設備故障診斷方法，通過對數據的分析、運行狀態的對比可提高狀態監測的有效性。因此，建議從設備使用的初期開始，逐步做到熟練使用、培養人才、診斷分析、形成標準、推廣使用，最終達到指導運行維護、提高設備可靠性和利用率的目的。

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