雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測ぜ骯收險鋃戲椒ǖ姆治

趙鐵印

摘要：滾動軸承是雙饋式風力發電機組中應用較為廣泛的一類部件，但是在實際的運行工作中極易受到相關工況的影響出現磨損情況，從而造成發電機組的故障問題。本文從風力發電機的振動分析和滾動軸承的振動診斷兩個方面入手，對雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測及故障診斷方法進行分析，希望能為機組的平穩運行做出相應的貢獻。

關鍵詞：雙饋式風力發電機組；發電機滾動軸承；狀態監測；故障診斷

雙饋式風力發電機組中的滾動軸承非常容易受到相關運行設備實際工況的影響而出現不同程度的磨損情況，如果不對其采取相應的狀態監測及故障診斷方法，很有可能會由此引發機組整體出現更大的故障。滾動軸承的缺陷會使設備出現異常振動，通過對軸承保持架、軸承內外圈故障特征頻率等進行科學的計算分析，可以更早的明確滾動軸承的實際運行狀態，從而提升設備的整體運行可靠性。

一、雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測及故障診斷原理[WT][ST]

（一）風力發電機的振動分析

一般情況下，雙饋式風力發電機的震動分析主要應用的是時域分析方法，但是這種分析方式能夠提供的數據信息量往往非常有限，只能對機械設備進行粗略的故障判斷。當機械設備出現較為嚴重的故障時，則需要對滾動軸承采取震動信息頻譜分析方法，通過對頻譜圖中展現的頻率成分和各類頻率成分的不同幅值的分析，配合時域分析方法對故障嚴重程度、故障位置以及故障的具體類型進行明確。利用對雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測及故障診斷采取的綜合分析，從而提出最為合理的維護檢修方案。[1]

（二）滾動軸承的振動診斷

滾動軸承的震動診斷一般是利用頻譜分析方法對不同的部件進行故障特征頻譜的初步分析，再根據分析結果判斷滾動軸承出現故障的具體部位和故障發生的實際嚴重程度。在這一過程中，想要對故障頻率清晰定位需要對各個部件之間的理論特征頻率進行計算。不同的故障頻率有著不同的計算方式，根據實際故障特點的來對診斷方式進行合理的選擇，從而最大程度的降低設備檢修維護成本，達到機組經濟效益的提升目的。

二、滾動軸承狀態監測及故障診斷方法實例研究

（一）設備參數及故障頻率分析

在某省的風力發電企業中一共安裝了風力發電機組66臺，且總裝機容量為99MW，其中共有55臺帶有齒輪箱的雙饋式風力發電機組，裝機總容量為82.5MW，占總體裝機容量的83.3%。而常見的風力發電機組有四種型號，不同的機組之間設備型號各不相同，而在整體的發電機組中，發電機驅動端與發電機非驅動端一共存在三種型號的滾動軸承，因此在進行相應的故障頻率分析過程中需要根據滾動軸承的不同幾何尺寸、滾動體數量以及公稱接觸角對內圈故障特征頻率、外圈故障特征頻率、滾動體故障特征頻率、保持架故障特征頻率和對應軸回轉頻率進行計算。以滾動體故障特征頻率為例，6326型號、6328型號、6332型號三種軸承型號對應的故障特征頻率為：2197、2.201、2.359。

（二）振動監測與分析診斷系統

根據對發電機組滾動軸承狀態監測及故障診斷模型可以建立相應的振動監測和分析診斷系統，振動監測與分析診斷系統是由速度傳感器、動態數據采集卡以及微型計算機組成，其中微型計算機包括監測、通訊、分析和診斷軟件等。該系統也被稱為TCPC機械故障巡檢系統，系統內部的動態數據采集卡和微型計算機兩者之間一般需要通過USB接口形式進行連接。

（三）離線監測

在對相應的測試參數進行選擇以及實際監測點進行布置工作過程中，利用離線監測與分析診斷系統可以對雙饋式風力發電機組中的不同風機采取獨立式的振動監測。在對垂直以及水平兩個方向的振動值進行測量時需要利用到系統中的速度傳感器裝置，并根據現場實際的振動監測情況對發電機組的驅動端位置軸承以及發電機非驅動端位置軸承采取重點振動測試。具體的離線監測測試點可以依據現場情況的不同進行不同方式的布置。例如：如果在整個機組中想要布置五處測點，可以在葉輪與齒輪箱之間的兩處軸承點分別設置測點1、測點2，在齒輪箱與發電機之間的兩處軸承位置設置測點3、測點4，最后在發電機非驅動端軸承處選擇設置測點5。

（四）測試結果分析

通過對整體發電機組的測試數據信息對比可以發現，在風機驅動端軸承的振動烈度相對較大，且驅動端軸承在垂直方向的振動幅值在1.764mm左右，驅動端軸承在水平方向的振動幅值在0.591mm左右，與其他4臺風機的振動幅值相比超出了整整5倍。另外，選取風力發電機組中驅動端軸承與非驅動端軸承振動幅值均處于較小幅值的一臺風機進行分析，編號為F1。F1的實際運行工況為：軸轉速1706r/min、軸回轉頻率2844Hz、輸出電壓690V、輸出功率1450kW。經過對F1號風力發電機驅動端軸承在水平方向以及垂直方向的監測振動數據進行時域分析和頻譜分析之后，可以明顯發現頻譜中實際的頻率值與6326軸承的外圈故障特征頻率和其倍頻出現吻合的現象，因此可以總結出F1號風力發電機在驅動端軸承的外圈存在較為嚴重的損傷情況。針對F1號風力發電機的嚴重損傷情況，需要對其進行及時的更換處理，以免出現較大的機組運行事故。

三、總結

綜上所述，在雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測及故障診斷工作中，利用振動監測以及分析診斷系統方式所提出的基于滾動軸承故障特征頻率的頻譜分析方法，除了可以實現機組的平穩運行和避免重大運行事故的發生之外，還可以進一步降低故障停機次數。通過對故障停機時間的有效縮減，到達控制檢修成本的目的，從而在根本上大大提升機組的實際經濟效益。

參考文獻：

[1]王廣義.基于數據驅動的風力發電系統優化控制及故障診斷[D].西安理工大學，2017.

[2]張巍，秦玉志，崔瑞.雙饋式風力發電機組發電機滾動軸承狀態監測及故障診斷方法探究[J].吉林電力，2015，43（06）：1618.