風電齒輪箱健康狀態遠程監測系統

張士雄

摘要：風電齒輪箱是風力發電機組中非常核心的部件，同時也是風電機組中容易發生故障的部件。對風電齒輪箱健康狀態實行遠程監測，并及時發送維護預警信息，這樣對風電齒輪箱部件的二次損壞有防止作用，降低維護成本具有非常重要的意義。風電齒輪箱在進行具體的運行過程中，各種傳感器的數據值是以系統的方式，并以此作為基礎條件從而構件相對較多的信息融合評價機制，通過相應的評價機制能夠對各種健康狀態得分情況進行實時的監控，健康狀態在得分相對較低的情況下，可以通過GSM網絡信號以及手機短信的方式發送遠程維護預警信息，為了能夠使單一傳感器報警閾值的誤報現象得到有效的避免，使維護預警信息準確性得到明顯的提升。疲勞壽命臺架試運行所得到的研究結果表明，該項系統的應用，可以對風電齒輪箱健康狀態進行有效的監測，預警準確性高，因而具有非常好的應用前景。

關鍵詞：風電齒輪箱;健康狀態評價;遠程監測;系統

在低碳能源發展中，發電技術非常快的是風電。隨著風電機組使用壽命的不斷增長，機組產生的故障越來越多，維護所應用到到的成本也相應的增加的增加，使用風電機組的運行維護是目前需要解決的重要問題之一。風電齒輪箱是風力發電機組中非常重要的核心部件，主要的功能是將風輪在風力作用下，將產生的動力有效的傳遞給發電機，并采取“增速降扭”，以此來滿足發電機動力輸入端的轉速轉矩要求。風場運行的有關數據表明，風電齒輪箱是風電機組中故障率發生最高的部件，同時也是導致停機時間和維修費用相對比較高的故障。因此，對風電齒輪箱健康狀態進行實時評估，以及及時發送維護預警信息，能夠有效的防止部件的二次損壞，從而能夠使維護成本得到有效的降低。

一、風電齒輪箱監測系統的基本概述

風電齒輪箱運行狀態在進行具體的監測過程中，一直以來都是國內外研究的重點對象。C.philip提出了基于模型，采取的是非線性系統識別技術，而風電齒輪箱狀態監測系統是以此作為基礎條件來進行有效的應用。H.W.Qin主要是應用發射技術，然后設計出一種狀態監測與故障識別系統，這樣系統的應用是從早期的初始缺陷中的能量損失，以及作為判斷的依據來對風電齒輪箱的早期故障進行預警[1]。Y.N.Qiu基于SCA-DA系統，然后是構建系統模型，之后以該模型作為基礎條件，對風電齒輪箱故障系統進行有效的判別，最后通過多種振動小號中低頻信號對風電齒輪箱的健康狀態進行實時的監控。盛迎新通過對振動領域進行分析，以及振動領域中的頻譜分析和包絡譜分析，從而以此為基礎開發了風電機組在線振動監測系統，進而能夠有效的將風電機組傳動部件的故障以及損失進行診斷。郭鵬通過對非線性狀態估價方法的應用，從而構建了齒輪箱能夠正常故障的溫度模型，并對溫度進行預測。

通過以上所述，盡管部分齒輪箱運行狀態的監測得到了很好的實現，但是傳感器信息融合下的健康狀態評估、遠程預警信息發送等諸多方面依然存在很大的局限性。因此，需要對風電齒輪箱設計運行健康狀態遠程監控系統，采取有效的針對性措施進行合理的改進，從而能夠達到實際需求[2]。

二、風電齒輪箱健康狀態評價機制的合理設計

（一）風電齒輪箱傳感器系統的基本概述

風電齒輪箱具體上而言是機械傳動系統，主要的組成部分是，齒輪、軸、軸承、箱體組成，產生故障的主要原因有，部件之間的相對運動，從而導致有磨損現象的產生，以及部件產生變形的現象，還有就是潤滑不良等現象產生，主要是由溫度、壓力、振動等比較明顯的特征表現出來，因此，風電齒輪箱通常情況下都會安裝溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器等，從而能夠在具體的運行狀態中對傳感系統進行有效的監測。

通常情況下，風電機組控制中心會在風電機組進行具體的運行過程中，對風電齒輪箱上的傳感器數值進行實時的收集，同時與正常數值的有效范圍進行良好性的比較，在有異常現象出現時必須要進行停機維護[3]。但是在具體情況下，風場負荷會產生一定的變化，從而使風電齒輪箱運行過程中，會有單個傳感器的數值會超出額定的范圍而使誤報的現象產生，進而對風電機組的正常運行產生非常重要的影響。

（二）健康狀態下實時評價所應用到的具體方法

針對上述（1）中所出現的各種問題，在對齒輪箱傳感器基礎不產生額外的增加過程中，通過對齒輪箱運行過程中各種傳感器數值的有效利用，然后應用加權評分法對齒輪箱運行健康狀態的具體評估情況進行有效的分析，從而使故障所具有的準確性得到明顯的提升。

三、系統臺架運行試驗

由于風電齒輪箱健康狀態遠程監測系統，在最后的應用過程中，需要與風電齒輪箱實行配套安裝的方式[4]。因此，需要在可靠性、安裝空間等采取進一步優化措施。為了能夠滿足風電齒輪箱健康狀態監測的實際需求，必須要通過反復的驗證，所以需要在風電齒輪箱疲勞壽命試驗臺架上安裝健康狀態監測系統的樣機。與此同時還需要安裝巡檢顯示器，從而使系統中的數據能夠得到顯示和準確無誤的記載。

結束語：風電齒輪箱健康狀態遠程系統，能夠將多種傳感器數據進行一定程度上的集中，以及有效的采集、儲存以及對健康狀態評分，然后通過手機GSM網絡遠程發送維護預警信息，從而使野外安裝的風電機組中部件的運行監測難題能夠得到有效的解決，所應用到的成本非常的低。風電齒輪箱疲勞壽命臺架試運行的最終實驗研究結果表明，監測系統監測系統能夠做到精確度非常高的將風電齒輪箱運行狀態與預警信息維護發送，鑒于該項系統的應用具有非常多的優點，所以非常的具有工程應用前景。

參考文獻：

[1]孫新田，劉仕民，于力強， 等.風機預測維護系統在東辛營風電場故障診斷中的應用[Z].河北建投新能源有限公司東辛營風能分公司.2013.

[2]浙江大學.一種基于GPRS的風電齒輪箱遠程監測診斷方法：CN201510098192.9[P].2015-07-08.

[3]中國長江三峽集團公司， 華北水利水電大學， 中國水利水電科學研究院.基于振動和油液的風電機組在線狀態監測與健康評估系統及方法：CN201510433298.X[P].2015-10-14.

[4]中國長江三峽集團公司， 華北水利水電大學， 中國水利水電科學研究院.基于振動和油液的風電機組在線狀態監測與健康評估系統：CN201520534542.7[P].2015-11-18.