摘要：在我国倡导节能环保的政策号召下，利用风能进行发电在我国电能供应中占有一定的比例，对于优化我国能源消费结构具有重要意义。由于风电场的运行环境比较恶劣，所以增加了风力发电机发生故障的几率。为了保证风力发电的稳定供应，可对风力发电机实施状态监测和故障诊断技术，及时监控发电机的运行状态，提高故障诊断和维修效率，确保电能的稳定供应。文章首先对风力发电机采用状态监测和故障诊断技术的必要性进行分析，然后阐述了状态监测和故障诊断技术在风力发电机中的应用，对于提高风力发电机的运行效率具有重要意义。
关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断
引言
随着日常生产生活对能源需求的不断增加以及不可再生能源（石油、天然气等）储量的不断减少，可再生能源成为能源及环保领域内的研究和开发重点。在追求环保节能的大背景下，风能发电已经成为一种重要的可再生能源发电方式。目前风能发电技术发展较为成熟，具有一定的商业化发展优势，近年来风电产业规模不断增加，促使大型／超大型风力发电机组的使用数量随着不断增加，需合理地定制风力发电机运维决策计划，以确保风力发电机可靠运行，这就对风力发电机系统的状态监测及故障分析提出了更高的要求[1]。
1、风电机组电气与控制系统检修概述
在风电机组运行过程中，可以说控制系统是风电机组的大脑与神经，控制系统能够对风电机组的运行情况进行全面感知与控制，促使风电机组能够正常运行。结合风电机组系统的实际运行情况来看，该系统主要由安全链模块、模拟输入模块AI以及PLC通讯模块、PLC主机等模块组成。在风电机组运行过程中，通信模块会按照某种通讯协议，将主机传送的信息命令进行传输，使得电气设备能够在要求下有效运行。保障机组得以安全运行的重要回路为风电机组安全链回路，此回路主要由多个节点进行串联回路进行连接而成，因此在运行过程中，只要回路当中的一个节点发生问题，那么安全链中便会发出紧急停止的指令，使得风电机组尽快停机，避免发生安全事故。从机组的运行逻辑上来看，安全链的各个环节逻辑是与的关系，在安全链运行过程中，只有安全链中的各个逻辑量为1，才能够允许风电机组正常运行。在安全链运行过程中，主要对风电机组当中的紧急停机按钮、振动、超速、偏航扭缆、PLC主机等设备进行监控。当风电机组在运行过程中出现故障报警之后，检修人员往往是对故障部位进行针对性的检修，头痛医头、脚痛医脚，不能够对风电机组进行系统性的检查[2]。
2、状态监测和故障诊断技术在风力发电机中的应用
2.1、风力发电机的故障诊断方法及应用
（１）齿轮箱的故障诊断。长时间置于恶劣环境中的风力发电机组的齿轮箱的损坏率较高，需定期进行故障诊断监测。具体可根据采集到的异步电机电流信号完成对齿轮箱故障的分析判断，再将电流信号通过幅值和频率解调完成对转轴旋转频率的监测以及电流信号的离散小波变换，实现降噪和移去干扰的处理过程，齿轮故障通过特定层次的谱完成诊断。（２）叶片的故障诊断。前置于风力发电机组中的叶片出现问题时较难发现，因此需对其进行定期的故障监测处理，尤其是对叶片的故障集中方面进行分析（包括转子不平衡、气动力不对称平衡），实际工作中常用的有效分析方法为小波不变化方法、功率谱密度、光纤电流传感器网络分析方法等。（３）数学解析模型的构建（基于精确的数学模型，以便获取准确的参数及实时状态）。将实际测量数据同模型输出信息对比，分析计算二者的差值完成故障分析过程。在风力发电系统实际运行过程中，对应的数学解析模型需根据实际情况（如时间、温度等因素发生变化）进行动态调整。
2.2、安全链检查
在对风力发电机组控制系统中的通讯功能检查完毕之后，需要对系统中的安全链回路进行全面检查。
在检修过程中，要始终遵循风电组的设计原理，全面检测安全链回路的运行情况与控制情况，确保风力发电机组能够正常运行。对回路中的所有安全节点进行全面排查，以便能够逐一发现安全链回路中的问题，对故障信息进行全面排查，进行维修。一般情况下，安全链回路发生故障问题都是由信号干扰导致的，这就需要检修人员对安全链故障进行逐一排查。当所有故障排除之后，才能够确保风力发电机组安全、可靠的运行[3]。
2.3、叶片状态监测和故障诊断
叶片在风力发电机中主要是吸收风能，长期处于露天环境下，对叶片造成的损伤较大。叶片长度一般在30~40m，所以在运行过程中出现的颤振会导致叶片出现疲劳裂纹，如果在近海地区还会受到海水湿气的腐蚀，阵风和雷击也是影响叶片运行安全的重要因素。为了保证叶片运行的安全性，对叶片的材料、质量和体积都有严格的要求。一旦叶片发生故障，不仅会造成叶片本身的损坏，还会威胁到整机运行的安全性。对叶片的状态监测和故障诊断主要是通过应力应变测量来实现，但是受到叶片材料以及运行环境的影响，对应力应变传感器有一定的要求。光纤光栅传感器因为具有较好的抗电磁干扰、抗腐蚀、尺寸小、寿命长等优点，比较适用于叶片的应力应变检测，在预测叶片使用寿命中具有重要作用。为了弥补光纤光栅传感器的不足，还可将声发射检测和红外成像检测结合运用。利用声发射检测能够检测出叶片因与空气冲击导致的内部应力集中断裂以及变形时释放的应力波，以此来判断叶片健康状况。红外成像检测技术可对叶片表面裂纹、剥落等呈现的热辐射能量分布状态来识别叶片的健康状态[4]。
2.4、调试过程与方法
主控与变流调试：对永磁机组的调试进行分析，方法上与双馈机组相仿，但是，在调试内容上却不完全一致。要按照调试手册的规定进行操作，然后测量地效线是否接通，除底线和中性线N之外，保证接线无差错后，再给主控上电，随后检查电动电缆的电压，是否为400V，以及相序表的电动电缆相序是否为400V，最后再对其进行刷程序、设置和更新面板，同时，重新设置主控开关的拨码。观察其变流器的接线，当上电之后，再对变流器的通讯程序以及水冷、风扇、散热面进行测试与调试。
双馈机组的机舱调试：双馈机组的机舱调试，要严格按照手册规定执行，并排查主控图纸和主控接线，然后再检查地效线的连接是否正常。除底线与中性线N接地外，一定要保证接线无差错以及在首次送电之前，锁扣的负荷开关、空气开关和电机保护线路都处于断开状态。合上机舱控制柜400V和690V的开关，静等45min左右，再打开机柜，检查其中有无异常现象，采用万用表检测400V和690V的电压相序，最后进行plc刷程序，把风机型号录入主控，完成面板的设置和更新[5]。
结束语
风力发电作为一种可再生能源发电方式，在对其发电机组进行故障诊断和状态监测过程中涉及较多的领域和学科，风能开发过程中对于发生故障若未能及时检修会使风力发电系统的安全稳定受到显著影响。本文主要阐述了风力发电机组监测管理与故障分析方案以及相关状态监测与诊断的技术和方法，需注重对不同学科技术及方法的有效融合，不断提高风力发电机组的监测与管理水平。
参考文献：
[1]王旭强.风力发电机组的调试方案探讨[J].黑龙江科学,2019,10(24):104-105.
[2]郑大周,兰杰.直驱风力发电机组变桨距自抗扰控制器设计和分析[J].可再生能源,2019,37(12):1875-1881.
[3]邢作霞,王鸿毅,王海鑫,李云路.基于有限位置集锁相环的永磁风力发电机转子位置估计方法[J].电机与控制学报,2019,23(11):10-17+26.
[4]马铁强,闫闯,林耀坤,孙传宗,单光坤,陈涛.双馈风力发电机温度场与环境温度相关性研究[J].重型机械,2019(06):27-33.
[5]马勇,韩斌,周国栋.风力发电机绝缘状态评估模型[J].大电机技术,2019(06):7-12.