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摘要：近年来，随着工业的发展，环境污染日益严重，新能源风力发电在各行业领域应用日益广泛。一般风力发电场多建于偏远地区，地处环境恶劣，无法应用有效监测技术解决风力发电机组各种故障与信号不统一等问题。因此，基于风力发电机不同监测数据，全面分析风力发电机组运行时遇到的故障，深入研究风力发电机组监测与故障技术具有非常重要的意义
关键词：风力发电机组；状态监测；故障诊断技术
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风力发电机采用状态监测和故障诊断技术的必要性
为了便于风能的获取，风场一般都设在比较偏远的山区或者近海区域，所以风力发电机会受到阵风、侵蚀等因素的影响。风力发电机组一般设在50~80m的高空，在机组运行时需要承受较大的受力载荷。由于设计不合理、焊接质量缺陷等原因会引发机组运行故障，当出现阵风时，会对叶片造成短暂而频繁的冲击载荷，而叶片受到的荷载又会对传动链上的部件产生不同程度的影响而引发故障，其中风轮、主轴、齿轮箱、发电机等受到的影响较大。计划维修和事后维修是风力发电机比较常用的维修方式，但是这两种维修方式都存在一定的缺陷，计划维修的检修范围不大，维修内容不详细，无法全面的反应出机电设备的运行状况。而事后维修的维修时间长，维修效率低，所以造成的经济损失较大。所以需要提高风力发电机维修水平，采用状态监测和故障诊断技术可大大提高风力发电机运行的稳定性和可靠性。、
2机组各类状态监测技术
2.1监测参数的计算
风力发电机组运行中，参数计算离不开有效监测技术与方法的支持，实际操作中要注意以下问题：（１）参数检测计算时，要合理选用算法。风力发电机组类型比较多，各类型机组内需要不同的算法，且每一种算法有很多可供选择的策略。因而要结合风力发电机组实际情况与需求合理选择算法。（２）选择有效的设备运行算法。合适设备主要指算法稳定且设备自身硬件条件能够支撑长期运行，设备内部配置可靠且可以进行稳定的数据传输与测量。
2.2系统结构监测
状态监测和故障诊断系统主要通过在风力发电机组上安装传感器实现了对相关信号与信息的采集过程，接下来向信号处理模块传输采集信息并由其完成包括去除冗余信息等操作在内的初步处理后，完成发电机组运行状态特征量的获取，进一步分析辨识运行状态特征量结果（通过状态辨识模块），并通过监测与诊断决策模块对该分析辨识结果进行深层次的分析和决策，最后通过输出设备输出相关结果。
2.3风力发电系统试验装置
为有效完成对风力发电系统故障问题的判断，本文设计了一种状态监测与故障诊断系统试验装置，风力发电系统（主要由发电机组、叶轮、传动系统等构成）具体通过叶轮完成所捕获风能到机械能的转化，再通过传动系统向双馈电机传输实现最终电能的输出过程。实际状态监测和故障诊断系统应用及调查分析发现系统故障通常由发电机、风轮叶片、齿轮箱等引起，齿轮箱故障诱因频次最高的为以高速平行轴为主的轴承故障。
2.4测控方案设计及应用
设计测控方案时使用了伺服运动控制与数据采集系统，在仿真模型中输入风速时域信号后实现了系统转速与桨距角信息的有效获取（通过尖速比计算与桨距角控制模块），再通过风能利用系数估计模块对所获取信息进行处理后完成对风力发电机的模拟。对于数据采集模块可通过将ＩＥＰＥ压电加速度传感器安装于齿轮箱盖顶部，能够有效实现对振动参数的实时采集；在高速轴与负载电机间通过动态扭矩转速传感器的安装实现对传动轴数据的采集。然后将所获取的数据对比标准数值（振动参数、转矩、转速等）完成对风力发电系统故障问题的判断并及时发出警报，在此基础上通过合理有效的处理技术的使用解决相关故障，从而实现了对风力发电系统故障问题的更加准确高效的判断过程。
3风力发电机组故障诊断技术
3.1保障风机安装质量
对风力发电机组而言，要严格依照相关规范与标准安装流程，从根本上保障机组安装质量，提高风力发电效益与安全性。现阶段，风力发电机组所处环境恶劣，由此加大了设备安装难度。因而安装时要加大控制力度，依照标准与规范安装机组设备。此外安装完成后还要检查安装质量，安装不合格机组要责令整改或重建，做好安装质量验收，从根本上实现高质量的完成风力发电机组安装，实现预期运行效果目标。
3.2发电机故障诊断技术
发电机是风力发电机组的核心电气设备，能将传动轴上的机械能转化为电能，为后续电网提供电能。但是，因风力发电机组多建设在高原地区或沿海地区，环境比较恶劣，长期低气压、湿度大、强风沙、强风雪，易造成发电机的定子和转子腐蚀或磨损，破坏发电机绝缘部分发生短路现象，或加速发电机定子绕线和电气元件老化现象，影响发电机的使用寿命。发电机故障主要体现在发电机轴承偏移、定子和转子绕组短路以及发电机内气隙变化等方面。
3.3故障诊断结果的验证
此后风电场运营单位对箱变断路器内的控制器进行了整体更换，该风力发电机的故障被彻底消除，可正常运行发电。由此可见，故障的来源为箱变断路器的控制器，其引发了箱变断路器C相接触不良，断开。实勘结果与故障诊断结果相吻合。以上案例说明采用该故障诊断分析技术，可以节省很多盲目排查工作，节省了人力、物力成本，并可减少停机损失。
3.4传动轴与齿轮箱故障
齿轮箱与传动轴组成风力发电机组力传动系统，是风力发电机组传动链最重要的机械部件。因力传动时各机械部件受力情况复杂，各类故障点多，排查困难，维修过程多油污、费时费力，严重影响风力发电机组的正常运行。因此，强化对传动轴与齿轮箱故障提前预警与诊断，能有效缩短维修周期，提高维修质量。一般传动轴与齿轮箱故障主要体现在传动轴偏心或偏移、传动轴承磨损、传动轴承裂纹或点蚀、齿轮断齿以及齿轮胶合等方面。传动轴故障机理多因风力发电机组受风力影响发生振动，导致传动轴偏心或偏移而使轴承磨损，加之灰尘、颗粒或雨水等影响发生点蚀和磨损，严重时将导致传动轴承出现裂纹。
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。
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