振動監(jiān)測技術(shù)在風(fēng)電機組齒輪箱故障診斷中的應(yīng)用

趙萬東

摘要：振動檢測技術(shù)的形成，在風(fēng)力發(fā)電中起到至關(guān)重要的作用。這套系統(tǒng)由本機監(jiān)測、風(fēng)場集中監(jiān)測、以及遠程監(jiān)測三個方面所形成的。本機是通過采集系統(tǒng)的各個零部件所發(fā)出的工作信號來監(jiān)測的，然后通過系統(tǒng)將收集的信息發(fā)送到場地集中檢測中心。在場地檢測中心系統(tǒng)完成信息儲存，顯示分析完成本機狀況后再將信息傳送到遠程終端，從而實現(xiàn)風(fēng)電場的群體化管理，以及本機的故障分析和設(shè)備檢修等問題。

關(guān)鍵詞：檢測技術(shù);故障診斷;如何應(yīng)用

前言：振動監(jiān)測是齒輪箱的最初故障檢測必備的一項重要監(jiān)測方式。風(fēng)電在全球正在飛速的發(fā)展，對于國內(nèi)而言，風(fēng)電設(shè)備正在成倍不斷地增長著。運行安全問題也在行業(yè)內(nèi)逐步的得到完善。齒輪傳動機組是風(fēng)動電機的重要組成部分，與傳統(tǒng)的齒輪傳動機組比較風(fēng)電機組的增速齒輪箱有著傳動功率大，載荷繁瑣，運行工況良好等特點。

一、什么是檢測系統(tǒng)

由于受到設(shè)計條件的限制，尤其是傳動軸的載荷狀態(tài)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)的特性研究不足等原因，齒輪箱的實際壽命與實際使用壽命有著很大差異。為此，齒輪箱成為風(fēng)電機組中故障率較高，造成發(fā)電量損失較大的部件之一。因此，將振動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用在齒輪傳動設(shè)備的運行監(jiān)測以及故障診斷方面。當零部件發(fā)生變化時，部件發(fā)生劇烈的變化，結(jié)構(gòu)振動也將發(fā)生相對的變化。運用傳感器對齒輪箱體進行監(jiān)測，提取故障中的信號特征，可以提早現(xiàn)故障，并且對故障的部位以及受損程度、故障的發(fā)展做出準確的分析，為維護設(shè)備的安全運行，有效的安排維護以及保養(yǎng)等有效信息。

二、系統(tǒng)的組成及其作用

1、風(fēng)電機組的基本組成

風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)振動監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)由三個方面組成。本機監(jiān)測模塊、風(fēng)電場集中檢測系統(tǒng)、以及遠程診斷檢測中心等組成。本機監(jiān)測模塊是安裝在機體內(nèi)部的一個監(jiān)測系統(tǒng)，是為了完成機體的信號采集所設(shè)置的一個模塊。本機監(jiān)測模塊采集信號以后會將信息發(fā)送到風(fēng)電場集中檢測診斷系統(tǒng)。風(fēng)電場集中檢測診斷系統(tǒng)會對機組信息進行儲存，并且顯示分析故障原因。為此，就可以通過互聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)測診斷中心進行互聯(lián)，實現(xiàn)遠程精細化管理。

2、本機監(jiān)測系統(tǒng)

每一臺風(fēng)電機組都會有一套本機監(jiān)測模塊，本機檢測模塊其主要作用就是完成傳動系統(tǒng)的振動，并且將信號進行采集傳輸。

傳感器信號通過電纜輸入到檢測當中，使用軟件操控實現(xiàn)瞬時信號采集，并且分析，通過網(wǎng)絡(luò)將信號傳輸?shù)斤L(fēng)電場集中檢測系統(tǒng)當中。通常情況下，監(jiān)測模塊有兩種模式可以選擇：多通道模塊，可以同時采集多條瞬變振動信號以及其他的緩慢信號;單通道模塊：只有一條輸入通道，可以根據(jù)需要組合成多條通道的檢測模塊。

監(jiān)測模塊每一套通道都有著一定的動態(tài)范圍，一般情況下動態(tài)范圍會大于60dB;每個通道都會有模擬信號放大，以及抗擊混波等功能。放大的倍數(shù)和低通濾波在一定的范圍是可調(diào)的。

由于齒輪箱的振動性比較復(fù)雜，僅僅依據(jù)其特征是無法進行做出準確的故障診斷的，必須要通過振動信號的更深入的分析，這樣才可以查找到最早的故障特征，才能精準的診斷故障，只有這樣才會達到預(yù)測的目的。

3、風(fēng)電場集中監(jiān)測系統(tǒng)

集中監(jiān)測系統(tǒng)是通過檢測模塊傳輸?shù)男盘栃畔磉M行保存以及分析的一個程序，其中包括如下幾點：

數(shù)據(jù)的傳送以及管理。通過本機檢測模塊以無線網(wǎng)絡(luò)或者定期傳輸?shù)确绞竭M行信號的傳送儲存，進而形成一個數(shù)據(jù)庫，將信息統(tǒng)一管理，然后通過光纖網(wǎng)絡(luò)與遠程監(jiān)控中心進行溝通。

監(jiān)測與顯示。通常會以圖形變換、數(shù)據(jù)報表、以及曲線圖等方式對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，可以選擇顯示機組的信號變化，通過趨勢、波形、以及圖形的差異來判斷故障是否存在。

對接受的信號進行分析。對于波形以及特征等問題進行提取，將信號概率進行分布，以及分析;將振動信號頻率和功率方面進行分析，對齒輪和滾動軸承一些高級信號進行分析，其中包括時頻分析，小波分析，經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒治?，以及獨立成分分析等等?/p>

故障診斷功能。系統(tǒng)中含有故障診斷庫，可以對故障進行自動識取，大大的提高了故障診斷的識別性以及診斷的可靠性，實現(xiàn)了故障診斷的壓縮提取以及故障模式的識別。可以得出故障診斷的可信程度，使診斷結(jié)果具有依據(jù)，并且會給出合理的處理意見，從而提高了設(shè)備檢修的便捷。

4、遠程監(jiān)控中心

通過網(wǎng)絡(luò)將每個風(fēng)電場的集中監(jiān)測系統(tǒng)整合為一個整體，集中檢測系統(tǒng)通過服務(wù)器將數(shù)據(jù)定時定向的發(fā)送至檢測中心當中，遠程中心可以隨時隨地對設(shè)備的狀況進行監(jiān)測，可以更好的了解設(shè)備的運行狀況，對有異常情況的機組進行故障篩查。要知道齒輪變速箱的準確故障，就要通過多種渠道對設(shè)備進行綜合的篩查分析，通過網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備進行振動數(shù)據(jù)的提取，檢測設(shè)備的運行狀況，這樣可以及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常，并及時的上報與檢修。

二、實際操作的應(yīng)驗

在風(fēng)電場安裝研發(fā)的系統(tǒng)，將風(fēng)電機組的信號進行采集，然后傳送到集控中心，集控中心對采集的信息做詳細的測試與驗證。在驗證的過程中，可以選用兩臺機組進行對比測試，一臺機器為正常狀態(tài)（稱其為A機組），另一臺機組齒輪箱輪軸存在故障（稱其為B機組），所監(jiān)測的風(fēng)電機組為 1 500 kW 變速恒頻雙饋機組，投入運行時間2 a左右。該機組的風(fēng)輪主軸采用前后軸承支撐結(jié)構(gòu)，齒輪箱為 2 級行星+1 級平行軸結(jié)構(gòu)。振動傳感器分別安裝在主軸軸承座、齒輪箱和發(fā)電機組座上。

首先要登陸系統(tǒng)，進入系統(tǒng)以后，即可看到本次的登錄用戶，進入系統(tǒng)以后，首先要對風(fēng)場進行配置。在完成設(shè)置后要進行對數(shù)據(jù)的監(jiān)測，在機組節(jié)點中選中機組的總貌圖展示了機組實時測量數(shù)據(jù)及報警狀態(tài)?？偯矆D是在服務(wù)器端使用總貌圖配置工具配置的。總貌圖的特征值也是使用總貌圖配置工具添加的標簽組。特征值采集，是用于表現(xiàn)機組實時運行狀態(tài)的屬性。此處的特征值根據(jù)系統(tǒng)配置—報警定義配置里設(shè)置的注意、危險值來報警。趨勢分析，是查詢該機組所有測量位置下特征值數(shù)據(jù)的歷史趨勢圖。查詢條件中，工況默認為全部。采集單元監(jiān)測，是用來展示采集單元采集數(shù)據(jù)以及采集設(shè)備是否正常。

通過振動監(jiān)測系統(tǒng)的實際操作得出：

1、此套系統(tǒng)是通過監(jiān)測以及分析振動信號對傳動系統(tǒng)以及故障特點進行分析以及維護的，可以高效的識別細小的故障信息，能夠滿足風(fēng)電機組的傳動系統(tǒng)狀態(tài)檢測以及故障診斷等要求。此套系統(tǒng)可以在硬件上實現(xiàn)信號采集以及傳輸，通過數(shù)據(jù)調(diào)整可以選擇最優(yōu)質(zhì)的采集方式，大大提高了采集數(shù)據(jù)的重要性以及分析數(shù)據(jù)的快捷能力。

2、風(fēng)電機組齒輪箱一般會呈現(xiàn)典型的旋轉(zhuǎn)機械特征。振動信號中轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)頻率與齒輪的嚙合頻率以及波動成分會十分的明顯，這些成分的強度會隨著轉(zhuǎn)速的變化發(fā)生變化。這種信號特征會將信號提取帶來一定的困難。

結(jié)語：

經(jīng)過對風(fēng)電機組齒輪箱故障的研究，通過傳感器采集不同情況下的信號，對振動信號進行分析，可以準確的分析出齒輪箱的故障頻率，判斷故障發(fā)生的位置。在故障診斷時相同型號的機組可以參考比較，另一臺機組存在明顯的調(diào)制現(xiàn)象時，表示該機組處于異常高速的狀態(tài)，可能就存在著故障。

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