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风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究张越

发表时间：2020/7/21 来源：《电力设备》2020年第8期作者：张越

[导读] 摘要：风能作为可再生能源，利用风能进行发电不但能够降低对资源的消耗，缓解我国资源紧张问题，而且可大大减少对环境造成的污染，为推动我国能源消费结构也作出了巨大的贡献。

        （内蒙古华电新能源分公司内蒙古呼和浩特市 010000）
        摘要：风能作为可再生能源，利用风能进行发电不但能够降低对资源的消耗，缓解我国资源紧张问题，而且可大大减少对环境造成的污染，为推动我国能源消费结构也作出了巨大的贡献。风力发电机是进行风能发电的核心设备，主要是将动能转化为机械能，然后再将机械能转换为电能。这一系列的过程需要通过发电机组内部所有元部件的共同配合完成，但是由于风电场一般都位于比较偏远的地区，发电机在运行过程中受环境影响较大，一旦发生故障，将会造成严重的经济损失。所以需要加强对风力发电机的故障预防工作，通过对发电机进行状态监测可以实时掌握发电机的运行状态，并且通过对状态监测获取的数据进行分析，能够为故障诊断提供有力的参考依据，既能够有效避免故障的发生，又能够缩短故障维修的时间，提高维修效率。
        关键词：风力发电机组；状态监测；故障诊断技术
        引言
        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。
        １风力发电机系统的状态监测现状分析
        近年来以风力发电为代表的可再生能源产业得到了快速发展，不断完善的风力发电技术凭借自身独特的优势为风力发电规模的不断扩大提供了支撑，但风力发电系统在运行时的安全问题逐渐凸显，需对风力发电系统进行科学有效的监控，确保及时发现潜在隐患及故障，进而保证系统正常运行。风力发电过程中将风能转化为电能主要通过使用风机实现（电磁感应原理），再对转换后的电能进行调压等操作后向电网中的用户输送。目前我国的风力发电机组建设较为完善，基于恒速恒频的风力发电机组进一步完善了风力发电系统。目前变桨距技术在监测风力发电机系统的状态过程中较为常用，该技术能够根据实际情况动态调整风机叶轮转速，并以实际风速变化情况为依据对变流技术进行调整，以确保风力发电输出频率的恒定。风力发电质量在引入变速恒频技术（在风力发电并网系统中应用较多）后得以显著提高。
        2风力发电机组运行情况检测的重要性
        电能是当前社会建设与人们生活重要的应用势能，不但经济建设需要电能作为重要的保障，人们的生活、工作、学习更离不开电能的大力应用。风力发电是借助于自然的力量，应用能量转换的办法，为人们的生活及社会的建设提供强大能源建设保障。风力发电机组的应用，不但可以解决我国电力能源应用不足的现状，同时还能使环境得到更好的保护，风力是自然界中常见的物理现象，特别是经济欠发达的一些山区，风力资源丰富，加大地方的风力发电机组建设，不仅可以为国家创造更大的经济价值，还能够保证地方的电力供应。鉴于风力发电对于当前社会建设的重要意义，加大风力发电机组运行检测力度，能够及时的发现整个发电机组运行期间的问题，通过对故障发生的原因进行合理的分析，从而找到风力发电运行期间故障处理的主要策略。使整个风力发电机组运行更加平稳。
        3风力发电机运行中存在的故障问题
        3.1发电机叶片故障
        叶片是整个风力发电机的重要组件之一，其作用非常大，叶片的好坏可以影响到风力发电机的发电效能以及基础性能。实际上，风力发电机的叶片经常性的发生故障，即发电机叶片故障问题占据整个故障发生原因的30%。
        3.2齿轮箱故障
        齿轮箱位于风电机组机舱内，是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是将主轴上较低的转速提高到相对较高的转速，以满足发电机工作所需的转速要求。齿轮箱包括行星齿轮与两级平行齿轮。

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其工作环境较为恶劣，内部结构和受力情况复杂，长期在变工况、变载荷的情况下运行，受交变应力、冲击载荷等作用的影响，齿轮容易发生齿面磨损、齿面擦伤、点蚀、断齿等故障。
        4状态监测和故障诊断技术在风力发电机中的应用
        4.1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。
        4.2发电机组运行异常情况进行动态监察
        在风电机组运行的期间，要适时的对发电机组运行的异常情况进行动态的监察。在进行监察期间要对机组内的相关设备参数进行掌握，包括：压力、电压、机组作业的相关频率以及设备运行期间的主温度。同过比对测量的方式，将正常运行机组数据与误差数据，进行比对的形式，通过参数的合理区间数值的分析能力，确定设备运行异常与各参数之间的差别。
        4.3热力参数分析
        风力发电机组热参数分析通过分析风力发电机组运行过程中的温度和湿度变化来确定工作状态。风力发电机组的温度主要是各种零件的内部温度(例如b .发电机、变速器、发电机、运动电机、变压器等。)，机箱内部温度，机箱内部温度，各种液压油和润滑油温度。风力发电机组的湿度主要为:机柜空气湿度、开关柜空气湿度等。风力机机组热参数监测可有效监测机组运行状态。根据热参数变化的趋势和反馈结果准确确定故障设备在组中的位置，可以为故障原因分析提供准确的依据。
        4.4计算参数异常监测
        风力发电机组中的计算参数需要选择合适的监测技术和检测方法。在实际操作过程中，需要注意以下几点:(1)在检测计算参数的过程中选择合适的算法。风力涡轮机有多种类型，每种类型的风力涡轮机需要在许多地方使用不同的算法，并且在每种类型的算法中有许多策略可供选择。根据风力机的实际情况和需要，选择合适的算法，因为不同的算法直接影响最终的计算结果。选择合适的算法可以显著提高计算参数监测的准确性和计算效率。(2)选择合适的设备操作算法。所谓合适的设备是指:1)稳定的算法和长期的运行需要执行设备本身的硬件条件支持；2)风力发电机组应配置可靠稳定的数据传输设备和测量设备，为算法的运行提供计算依据和输出通道。
        结束语
        因为风力发电机的组件检修较为繁琐，加之运行环境比较恶劣，所以为发电机维修增加一定的困难。计划检修和停机检修是发电机维护的主要手段，但却会提高维修成本，并且会因为拆装等环节增加不必要的故障隐患。为了提高发电机运行的可靠性和稳定性，利用状态监测和故障诊断技术可有效监测出传动系统和发电机系统的内部故障，减少因为非计划停机和定期维修等产生的维修成本。同时通过对发电机进行的状态监测能够比较全面而详细地获取发电机运行过程中的各项数据，在对这些数据进行分析整理后，可有针对性的进行优化设计，并且做好各项防范措施，减少发电机发生故障的几率，提高风力发电的效率和质量。
        参考文献
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