东方电气（天津）风电科技有限公司公司
摘要：随着环境的日益恶化，作为绿色能源的风能，其被广泛的应用与发电行业，风力发电机技术已经成为当前世界各国研究的热点。由于风场位于环境恶劣的偏远地区，使得风力发电机发生故障的位置比较复杂，对风力发电机运行状态的监测工作造成很大的困难。因此为降低风力发电机的故障发生率，需要大力发展状态监测与故障诊断技术。本文对风力发电机状态监测与故障诊断进行分析探讨。
关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断
1引言
我国具有非常丰富的风能资源，风能作为一种清洁资源，具有广阔的发展前景。目前各国都将风力发电技术作为一项研究热点，积极研究如何保障风力发电机的稳定运行，降低其故障率，降低风力发电的成本，提高电能的质量和稳定性。但是风力发电机面临着非常恶劣的工作环境，具有较高的故障率，因此研究风力发电机状态监测与故障诊断意义重大。
2风力发电机组的故障特点
风力发电机组是风力发电的主要设备，风力发电机首先将风能通过风轮转换为机械能，再通过主轴、齿轮箱等将机械能转化为电能，进而实现风力发电。一般而言，适合风力发电的环境往往地域辽阔、人烟稀少，而且大型风力发电厂还具有离集控中心远、分布范围广、风机数量多的特点，容易受到腐蚀性降雨、振动、强风沙、大温差、长期低温的影响，因此其故障的发生率是比较多的。根据相关资料研究表明：风力发电机组的典型故障主要集中在齿轮箱、发电机、叶片、电气系统等部位。针对不同的故障部件和故障特征，采取合适的故障诊断方法是有效实施状态监测和故障诊断技术的保证。
3状态监测与故障诊断的系统的基本结构
风力发电机组的监测与故障诊断依赖于现代化计算机技术以及电气技术的有效结合，计算机的控制系统可将信号的采集、监测、分析等融合为一个一站式的监测系统。通过对风力发电机组的温度、振动以及压力的数值与标准数值进行对比分析，能够有效的掌握发电机组的运行状况，并且可以根据计算机信息采集系统收集到的数值进行分析，根据计算机的自动分析准确的分析出风力发电机设备的故障。风力发电机组的监测与故障的诊断系统的工作模式主要是对信息的收集--信息的处理--信息的分析--判断信息的准确性--结果的诊断。对于信息的处理和收集是基于前期对发电机组安装或进行周期性的检测，在检测设备对于检测到的信号传输给计算机控制系统对于信息进行分析，从而得出相应的结果。由始至终都有计算机对信息进行分析和处理。
4风力发电机的监测诊断技术
4.1齿轮箱
齿轮箱是风力发电机的主要部件，是连接主轴与发电机的重要枢纽，齿轮箱的内部结构比较复杂，因此该部位的故障发生率也就比较多，比如轴承故障、齿轮故障以及润滑系统故障等等。可以说随着风力发电机组的投产使用，齿轮箱的故障发生率也会随之增多，为避免因齿轮箱故障而带来的停工，人们开始加大了对齿轮箱运行状态的监测，目前的监测技术主要有振动测量方法、温度测量方法。其中温度测量方法是基于零部件的温度变化实现异常状态识别的诊断方法。温度作为状态量，测量方便，操作简单。鉴于温度测量方法的简单易行等特点，该方法已集成在风力机的控制系统中，用于检测齿轮箱、发电机以及主轴等部件的健康状态。
4.2叶片
叶片的主要作用是吸收风能，由于处于露天环境，加之长时间运行，叶片很容易受到雷击、阵风和湿气腐蚀的影响，或者产生疲劳裂纹。一般风力发电机的叶片长度在30～40厘米，主要材质是纤维增强型复合材料。由于具有较大的质量和体积，叶片发生故障之后可能会损伤整机的安全性。。根据当前对叶片故障的检测诊断技术文献资料分析，叶片的故障检测主要是根据叶片的受力变化而进行分析，因为叶片在发生故障时运行的效果与没有发生故障时的效果是完全不相同的。我们对叶片的检测主要是利用光纤光栅传感器对叶片的应力应变的变化范围进行分析，根据检测的结果分析叶片的运行状态。之所以应用该方法主要是因为光纤光栅传感器的运行效果比较适用于恶劣的环境中。
4.3发电机
必须通过发电机才能将叶片旋转的机械能转化为电能，然后再向电气系统供电，因此发电机对于风力机组非常重要。风力机的容量越大，发电机的规模也就越大，一定程度上制约了发电机的密封保护。而且发电机的运行环境往往为电磁环境和变工况环境，很容易出现绝缘损坏、转子断条、定子／转子线圈短路、轴承过热、发电机过热、发电机振动过大等故障。根据相关统计，发电机故障中故障率最高的是轴承故障，占所有发电机故障的40%，其次为定子故障，占所有发电机故障的38%，转子故障和其他故障分别占所有发动机故障的10%和12%。
以输出功率信号、电压信号、定子／转子电流信号为基础的状态检测方法比较符合发动机的故障特点，是当前发动机故障诊断的主要方法。有研究者提出可以根据转子和定子的电流信号，并对其进行时域分析，了解其幅值信息，然后再使用FFT分析电流信号的谐波分量，并对其进行判断，从而识别发电机的3种故障。还有研究者提出了在发电机定子开环故障中应用短时傅里叶变换方法来进行故障诊断，分析瞬时功率信号中的故障信息。在变转速的前提下，研究者提出了可以使用故障特征分析法对发电机转子的偏心故障进行检测，但这种方法只能对发电机的故障类型进行判断，尚不能找出故障源。
4.4电气系统
电气系统是整个风力发电机向电网输出信号的主要部分，是控制电能输出的重要装置。由于电气系统属于精密元件，其任何一个细微的故障都有可能对整个风力发电机的运行构成威胁，我们常见的电气系统的故障主要集中在线路短路、电流过大或者过小、过温故障等，对于电气系统的故障我们主要采取性能参数检测法，具体的检测措施就是利用计算机控制检测技术对发电机电气系统的输出电流、功率等数值与预定设置的数值进行对比，根据对比的效果判断电气系统的元件是否正常工作。
5结语
随着全球风力发电产业的快速发展，风力发电机组的可靠性将越来越受重视。研究风力发电机组的故障监测与诊断方法是降低机组日常维护成本行之有效的方式。因此，应积极构建风力发电机状态监测和故障诊断技术体系，针对风力发电机的故障特点，大力研发先进的状态监测和故障诊断技术，力求在不停机状态下监控设备的运行情况。
参考文献：
[1]风力发电机运行维护分析[J].尹亚南，韩浩.现代工业经济和信息化.2017（20）
[2]MW级风力发电机故障诊断系统[J].范国全，胡刚，马学亮，张博.通信电源技术.2014（01）