風力發電機狀態監測與故障診斷技術綜述

張明

（黑龍江省哈爾濱市龍源新能源發展有限公司，黑龍江 哈爾濱 154800）

風力發電不僅僅可以滿足當前比較緊缺的電力資源，并且使用風力進行發電還非常的環保，貫徹了中國可持續發展的理念，具有非常環保的作用。由于風發電機在運行的時候比較危險，所以說沒有辦法及時了解風力發電機在運行時候關鍵部件的狀況，在維護風力發電機的時候一般采用事后維修或者是計劃維修的方式。而風力發電機狀態監測以及故障診斷可對發電機的關鍵部件進行監測，保障各個零部件正常運行。

一、風力發電機的機械故障監測以及診斷

機械故障包含的內容非常多，有發電機振動的幅度以及頻率過大，發電機的軸承壞了，等等。機械故障信號的診斷可以通過控制發電機在運行過程中的振動、溫度、轉速等來實現。在監測發電機機械故障的時候還可以通過發電機在運行時候輸出的電壓、電流以及電阻這些方面的頻率來診斷。一旦發電機振動幅度比較頻繁的話，那么就有可能是因為軸承出現了故障。一般情況下軸承故障以后發電機的轉動頻率是正常情況才的一千多倍甚至于更高，利用振動傳感器獲取軸承轉動的頻率，然后對轉動的頻率進行分析就可以獲得軸承故障的信號。當前在診斷軸承故障的時候采用的方法主要有峰值能量法、小波分析法、包絡解調法等這幾種方法。軸系不對稱的故障可以通過對發電機振動的信號進行放大、過濾以后來獲得故障的信號。發電機在不斷的運行，而發電機的軸承在長期的運行不斷地受到磨損，磨損以后溫度就會升高，這樣就會造成軸承變形，這樣發電機就會出現轉子偏心故障，該故障還可以通過監測發電機輸出的電壓以及電流頻率。在診斷發電機轉子偏心故障的時候還可以使用連續小波的方法進診斷。假如是較為輕微的機械故障在發電機運行時候，轉軸就會通過振動而引起氣隙振動，這樣也會造成機械故障，也可以通過這個方面進行機械故障站診斷

二、監測和診斷風力發電機的電氣故障信號

除了上述文章中描述的機械故障，還有電氣故障信號監測以及診斷。在監測發電機電氣故障的時候一般通過發電機的電子圈的溫度、發電機的定子電壓、發電機的定子與轉子的電流等等方面進行監測，利用這些方面的監測數據，然后進行處理以后就可以得出發電機是否出現了電氣故障。當前在診斷電氣故障的時候一般采用電流檢測法、振動檢測法、磁通監測法、電流高次諧波法等等方法.當發電機出現轉子、定子線圈絕緣損壞的時候就睡造成匝間短路、相間短路等等短路請況，所以說發電機的電氣故障診斷需要集中短路上面。為了更好的檢測發電機的狀況就需要監測發電機的電壓以及轉子扭矩，而且還可以適當的借助大氣溫度以及壓力等情況。發電機最經常發生的電氣故障就是匝間短路，而一旦發生匝間短路以后發電機的定子電流就會失去對稱性，一旦對稱性打破以后，發電機就會生成一個反向的磁場，然后就會產生故障諧波分量。當前診斷匝間短路的方法也有很多，常用的有電流park 矢量軌跡、電流諧波成分等方法。但是當發電機的匝間短路的匝數比較少的時候，定子電流的變化量非常地微弱，甚至有些不明顯，這個時候諧波的成分就會比較難以監測。在使用的方法中較為明顯、較為好用的方法是park 矢量軌跡的方法，因為當發電機出現匝間短路的時候，park 矢量軌跡表現的最為明顯，該種方法可以在最短的時間內通知你發電機出現了問題，發電機壞了。發電機壞以后表現出來特征就是溫度升高、定子轉流出現故障，這個時候帕克矢量軌跡的方法可以將這些變化通過軌跡表現出來，并且變現的非常清晰，大家在觀察的時候也會比較容易，不至于說表現得內容大家看不明白。發電機短路不僅僅有匝間短路這一種表現形式，還有相間短路，這種短路的形式也是非常獨特的，它有三種表現的形式。相間短路發生以后，發電機的溫度、磁場都會發生非常明顯的變化，發電機相間短路可以通過發電機的電流、溫度以及振動信號等這些方面確定，常用的相間短路診斷方法是BP、EIMAN、PNN 神經網絡法。這三種神經網絡法經過長時間的實踐以后發現各自有各自的優點。BP 神經網路法主要的優點是收斂的速度比較快，ELMAN 神經網絡法的主要優點是解構非常的簡單，PNN 神經網路法的優點主要是容錯能力非常的強大，這三種方法各自都有各自的優點，誰也沒有辦法取代誰。該方法還處于研究的階段，還沒正式的投入使用，但是，該方法一旦投入使用以后一定能為發電機狀態監測和診斷做出巨大的貢獻。

結束語

簡言之，風力發電技術是非常環保的技術，對于滿足當前用電量起到了非常重要的作用。為了更好的保障風力發電的正常運行需要采用風力發電機狀態監測以及故障診斷技術，將故障扼殺在搖籃里，減少故障發生的頻率，提升風力發電的效率。發電機的及西厄診斷和電氣診斷的方法都可以將發電機中蘊含的問題得到較好的解決。