風力發電機組狀態監測和故障診斷技術研究

李建輝

摘要：風能作為可再生能源，利用風能進行發電不但能夠降低對資源的消耗，緩解我國資源緊張問題，而且可大大減少對環境造成的污染，為推動我國能源消費結構也作出了巨大的貢獻。風力發電機是進行風能發電的核心設備，主要是將動能轉化為機械能，然后再將機械能轉換為電能。本文主要針對風力發電機組狀態監測和故障診斷技術進行簡要分析。

關鍵詞：風力發電;機組狀態;監測;故障診斷;技術

1風力發電機采用狀態監測和故障診斷技術的必要性

為了便于風能的獲取，風場一般都設在比較偏遠的山區或者近海區域，所以風力發電機會受到陣風、侵蝕等因素的影響。風力發電機組一般設在50～80m的高空，在機組運行時需要承受較大的受力載荷。由于設計不合理、焊接質量缺陷等原因會引發機組運行故障，當出現陣風時，會對葉片造成短暫而頻繁的沖擊載荷，而葉片受到的荷載又會對傳動鏈上的部件產生不同程度的影響而引發故障，其中風輪、主軸、齒輪箱、發電機等受到的影響較大。計劃維修和事后維修是風力發電機比較常用的維修方式，但是這兩種維修方式都存在一定的缺陷，計劃維修的檢修范圍不大，維修內容不詳細，無法全面的反應出機電設備的運行狀況。而事后維修的維修時間長，維修效率低，所以造成的經濟損失較大。所以需要提高風力發電機維修水平，采用狀態監測和故障診斷技術可大大提高風力發電機運行的穩定性和可靠性。

2機組各類狀態監測技術

2.1監測技術特點

風力發電機組狀態監測中，基于發電機組各項運行參數，監測機組運行參數變化基礎上判斷機組運行是否正常。風力發電機組包含很多種運行參數，主要包含可測量與計算兩種參數。其中，計算參數主要指對可測量參數進行讀取，并采用相關算法計算，計算結果視為運行參數。結合機組實際運行情況，合理選用測量裝置或算法，這是風力發電機組狀態監測的基礎。假若測量裝置不相符，則無法對電力參數能力狀態及數值大小變化進行準確測量;如果算法使用不規范或編寫不正確，計算參數就會出現錯誤，由此對機組正常運行帶來嚴重的影響。不同種類及廠家其測量裝置與各類算法有其相應的優缺點，因而要根據機組實際情況合理選用。

2.2監測異常可測量參數

風力發電機組運行中，必須要采取有效的方法與原則監測可測量參數。通常需要注意以下問題：（1）風力發電機組運行中，可測量參數主要涉及電壓、電流、頻率、壓力及溫度，要結合可測量參數類型合理選用測量設備，協調各測量設備。（2）分析并明確可測量參數上下限范圍，以此選擇合理量程。（3）對可測量參數正常或異常值區間范圍與動作觸發條件進行分析。

2.3異常監測參數的計算

風力發電機組運行中，參數計算離不開有效監測技術與方法的支持，實際操作中要注意以下問題：（1）參數檢測計算時，要合理選用算法。風力發電機組類型比較多，各類型機組內需要不同的算法，且每一種算法有很多可供選擇的策略。因而要結合風力發電機組實際情況與需求合理選擇算法。（2）選擇有效的設備運行算法。合適設備主要指算法穩定且設備自身硬件條件能夠支撐長期運行，設備內部配置可靠且可以進行穩定的數據傳輸與測量。

2.4監測測量設備異常

風力發電機組測量設備自身會出現故障，需要制定相關監測機制予以防范。其常用監測方法為：（1）測量設備隨附檢測觸點，一般保持常開與常閉狀態，異常情況下為常閉或常開。結合觸點狀態變化判斷設備狀態。（2）測量設備輸入與輸出端分別連接另一組信號以此進入主控系統，而主控系統事先存儲與測量設備相應算法，時刻讀取并對比輸入輸出值，一旦輸入輸出值不相符，就可判斷設備監測不正常。

3風力發電機組故障診斷技術

3.1分析機組故障診斷

診斷風力發電機組故障時，要結合機組自身復雜結構與特殊運行環境，綜合分析相關因素，以此獲得準確的故障診斷結果。風力發電機組結構復雜，因而故障診斷難度大。實際工作中對傳統診斷技術進行創新，應用新技術與理念，準確診斷各類故障以此為解決故障提供參考。風力發電機組的故障診斷要準確了解各故障本質，綜合分析機組電力參數、振動、壓力、磨損、形變及溫度等特點，有效進行故障診斷工作。

3.2分析熱力參數

風力發電機組運行中分析熱力參數，即分析機組運行溫度與濕度變化以此明確其運行狀態。對于風力發電機組而言，內部溫度包含發電機、齒輪箱、運動電機及變流器等大部件、機艙及控制柜等內部溫度。有效監控風力發電機組內部熱力參數，有效監測其運行情況。此外結合機組熱力參數變化趨勢與反饋結果，準確判斷機組故障設備部位，為故障原因分析提供可靠的參考依據。

3.3分析機組運行振動

振動分析應用原理是指將振動傳感器安裝于機組內齒輪箱、發電機、主軸及機組支架等大部件上，以此準確測量機組大部件振動狀態。利用傳感器所反饋的振動信號處理并分析，快速而準確地判斷機組各部件振動狀態，綜合分析振動來源及成因，由此判斷機組運行是否正常。

4風力發電機組安全運行建議

4.1做好設備檢修

風力發電機組運行中，設備安全質量對發電質量有著決定性地影響，如果其中任何部件或設備出現問題，都會對發電機組正常運行造成困擾。所以風力發電機組運行中，必須定期檢修并維護各項設備與部件，保障各零部件與設備質量，同時確保準確設置各部件與設備參數。如果檢測發現問題，則要深入分析問題及潛在安全隱患，有效規避機組故障。此外，此類戶外風力發電機組，惡劣天氣環境下還要做好檢測維護，極端天氣到來前要全面檢查風力發電機組，確保風力發電機組在惡劣天氣下保持良好運行狀態，實現正常運行。工作人員還要加強自身專業素養并提高技術水平，更好地進行風力發電機組設備檢修。

4.2保障風機安裝質量

對風力發電機組而言，要嚴格依照相關規范與標準安裝流程，從根本上保障機組安裝質量，提高風力發電效益與安全性?，F階段，風力發電機組所處環境惡劣，由此加大了設備安裝難度。因而安裝時要加大控制力度，依照標準與規范安裝機組設備。此外安裝完成后還要檢查安裝質量，安裝不合格機組要責令整改或重建，做好安裝質量驗收，從根本上實現高質量的完成風力發電機組安裝，實現預期運行效果目標。

4.3分析數據監測

風力發電機組運行中，自然環境等各種因素直接影響著設備運行狀態，因而加強監控風力發電機組實際運行狀態，比如環境溫度、風機轉速、電力功率監測及并網電力信息監測。如果監控數據出現異常，要結合實際情況初步分析并確定故障部位，再現場調查實際情況，找到異常原因及是否有安全隱患，獲得最終解決異常問題的方案，促使風力發電系統穩定運行。

5結束語

綜上所述，因為風力發電機的組件檢修較為繁瑣，加之運行環境比較惡劣，所以為發電機維修增加一定的困難。計劃檢修和停機檢修是發電機維護的主要手段，但卻會提高維修成本，并且會因為拆裝等環節增加不必要的故障隱患。為了提高發電機運行的可靠性和穩定性，利用狀態監測和故障診斷技術可有效監測出傳動系統和發電機系統的內部故障，減少因為非計劃停機和定期維修等產生的維修成本。

參考文獻

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