風力發電機狀態監測與故障診斷技術分析

房艷平

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

關鍵詞：技術分析;故障;發電機;診斷;狀態監測

風電不僅可以解決目前電力資源緊缺的問題，而且在中國實現了可持續發展的理念，并且具有非常環保的效果。由于風力發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電機主要部件的狀況，風力發電機的維修一般采用售后維修或計劃維修。監測發電機組的實時狀態跟對其的實時故障診斷可以對發電機的主要部件進行監測，保證各部件的正常運行。

1 風力發電機概述及發電機組故障特點

1.1 風力渦輪機

風力發電機主要是指通過風力發電機將風能和電能進行轉換，利用電磁感應原理，轉換后的電能通過調壓操作傳輸到用戶中心跟電網。經過這些年的相關發展，我國風力發電機組的建設也日趨完善，而傳統的恒速恒頻電機逐漸改進，采用新的技術和設備對風力發電機組進行升級和改進。而出現了新的變速恒頻的技術它可以引入變流技術，結合風速變化調節動態調節風機葉輪的轉速，使風力發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電的質量，因此變速恒頻技術在我國風電并網系統中也得到了非常廣泛的應用。

1.2 發電機組故障特征

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

2 風力發電機組常出現的故障

2.1 雙饋感應的發電機組相關故障

定子與轉子：繞組接地、匝間短路、相間短路、絕緣電阻低、絕緣燒毀、轉子電橋斷線、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：冷水機故障，冷卻風扇故障、進出口溫度偏差等，滑環碳刷系統：環火、滑環損壞、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、機內異物等也是發電機的常見故障。

2.2 直驅永磁的發電機相關故障說明

由于轉子的永磁結構，存在磁鋼脫落、磁鋼失去磁力等缺陷。除了滑環碳刷系統沒有故障外，其他故障與上述常見故障類似。你提到了雙饋感應發電機。

2.3 失效分析

繞組故障會在短期內引起大電流，導致溫度急劇上升，同時三相繞組不對稱，在繞組中容易產生諧波分量。軸承故障會導致轉子偏心和振動。而定子繞組中的間隙偏心感應出相應的諧波電流。冷卻系統故障導致溫度異常升高。滑環碳刷系統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。即使是定子和轉子的掃描也會導致電壓、電流、效率和損耗的變化。

3 風力發電機中對于狀態監測跟故障診斷技術的應用

3.1 齒輪箱故障診斷跟狀態監測

齒輪箱是連接風力發電機組主軸和發電機的重要部件。其內部結構和受力情況復雜，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，對齒輪箱的狀態進行監測非常重要。風電機組故障率高，維護費用高，停機造成發電損失。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。箱子運轉正常。隨著風電機組規模的擴大，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。齒輪箱狀態監測通常采用振動監測和溫度監測。振動監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據與設計數據進行比較，找出齒輪。框中每個組件的運行狀態。由于故障特征頻率是判斷齒輪和軸承狀態的一個重要指標，時域信號統計可以對齒輪箱的優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、質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。雖然葉片的健康監測和故障診斷主要通過應力應變測量來實現，但由于葉片材料和工作環境的影響，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。聲發射檢測和紅外成像檢測也可以結合起來，彌補光纖光柵傳感器的不足。

3.3發電機狀態監測和故障診斷

發電機是風力發電機組的關鍵部件，其主要功能是將機械能轉化為電能。運行工況和電磁環境的長期變化，以及裝置尺寸的擴大，在一定程度上增加了發電機的密封保護，往往導致發電機的過度振動和過熱。軸承和轉子/定子線圈短路故障、軸承故障、定子故障和轉子故障占很大比例。發電機狀態監測和故障診斷主要監測轉子/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。確定發電機故障類型。

3.4監控其他組件的健康狀態并診斷錯誤

電氣系統也是風電機組的重要組成部分。風力發電機組通過變頻器和其他電氣設備將電能傳輸到電網，并相應地控制電氣系統。電氣系統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電機。根據電氣系統的故障特點，性能參數檢測方法主要用于監測輸出電壓、電流、功率、溫度等數據，然后與標準值進行比較，確定電氣系統的狀態。液壓傳動的狀態監測與故障診斷主要是通過油液監測來檢測潤滑油和液壓油中的微粒。液壓系統的故障可以通過形狀、粒度、狀態和狀態來判斷。顆粒物應采取相應的防治措施。

結束語：

風力發電機的工作狀況直接影響著人們的生活質量。預計風力發電機組狀態監測和故障診斷技術將在未來得到推廣。

參考文獻：

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