风电机传动系统振动故障的智能诊断方法

王志新　陈琳

摘 要：中国推行可持续性发展的战略给新能源的发展带来了机遇。由于煤炭等不可再生能源的消耗日益严重，国家不得不开发新型能源来满足需求，其中风能便是最为重要的一种新型能源，风电机组便是其产物，被广泛地应用。本文将对风电机传动系统振动故障的诊断技术现状进行分析，根据其出现振动故障的原因，提出智能的诊断方法。

关键词：风电传送系统；振动故障；智能诊断

中国是一个制造业大国，它所生产的产品均需依靠不可再生能源的消耗，由于不可再生能源的数量有限，便转向发展可再生能源，既能满足需要，又不污染环境。风能便是清洁可再生能源中的代表，随着风能的应用，相关产业也迅速发展，本文将对风电机进行深入研究。

1 风电机传动系统振动故障诊断技术的现状

能源消耗的逐渐扩大，导致了中国的能源危机。不仅仅是可利用资源的逐渐减少，而且会对环境造成污染，这就促使了风能以及相关产业的发展。然而风电机传动系统振动故障的问题困扰着相关企业，解决系统振动故障问题成为了最为重要的问题。要想使问题得到解决，必须要了解风电机传动系统振动故障的原因以及故障诊断技术的发展水平。本文首先讲述了风电机传动系统振动故障诊断的意义，然后结合国内外的故障诊断技术进行分析。

1.1 风电机传动系统振动故障诊断的意义

人类所需要的能源多种多样，但目前来看，由于科技水平的限制，很多种能量不能被开发利用。我国的煤炭资源丰富，但煤炭资源有限并且在使用过程中对环境造成了严重的影响，这不利于中国的发展。在这种情况下，中国便转向于开发新能源，新能源主要是自然界一些无限的资源，并且有易开发、对环境无污染等特点。但是由于我国技术水平的限制，很多种新能源都不能得到合理的应用，只有相对较少的几种被运用到生产中，其中风能最具代表性。但风能的转化需要依靠风电机组，风电机组传动系统由于其工作的条件而容易发生振动故障。风能的转化效率与风电机组的效率息息相关。我国风电机等产业的迅速发展的同时也存在很多问题，如果风电机传动系统振动故障诊断技术水平达不到，就会使得风电机的故障频频出现，而风能的转化效率也大打折扣，这不利于中国的经济发展，因此提高风电机传动系统振动故障诊断技术水平刻不容缓，也意义重大。

1.2 风电机传动系统振动故障诊断技术的水平

我国的风电机的发展比国外晚，因此在风电机传动系统振动故障诊断技术水平方面也落后于外国。风电机传动系统以及振动故障诊断技术是伴随新能源开发的产物，由于国外对新能源开发的起步较早，因此在诊断技术方面相对成熟，有较完整的一套风电机传动系统振动故障诊断技术体系，能确保风电机的效率。而在我国，普遍是以传统的不可再生能源为主，近年来才开始研究新能源的开发利用，虽然我国的风电机发展迅速，但由于没有相对成熟的振动故障诊断技术，因此大大降低了新能源开发的效率。我国由于技术的落后而导致了发电效率低下，因此提高振动故障诊断技术是我国在开发新能源方面的基础。无论是国内还是国外，振动故障诊断技术的原理基本相似，都是根据所采集到的故障信息进行分析，究其原因，从而提出解决方案。目前的诊断技术主要有三种，分别是：解析模型、信号处理和向机器学习三种方法。这三种方法都存在一定的弊端，因为风电机的内部结构复杂、信号不稳定等给研究造成了一定的阻碍，使得现阶段的诊断难成体系，这更加需要探索出智能的诊断方法来促进风电机效率的提升、减少故障发生频率。

2 风电传动系统振动故障的分析

2.1 风电传送系统振动故障形成的原因

经过大量的研究表明，风电机组内部机械部件的受力不平衡、长时间的磨损或者机械部件的断裂都会引发风电机组的振动故障，故障形成后，便以振动的形式表现出来。而这种故障发生最多的部位是在风电机的传动系统，传动系统的部件主要包括：风轮、低速轴、齿轮和高速轴以及发电机。其中最容易发生故障的部位是风轮、齿轮箱和发电机。在这三个部位中，每个部位如果操作不当均会发生振动故障，本文将对其进行详细研究。

2.2 风电传送系统振动故障形成的部位

风电传动系统是风电机组中最容易发生振动故障的部位，其中以风轮、齿轮箱和发电机三个部分为主。在这三个部件中，齿轮箱又是故障频率高发区。研究故障形成的主要部位和机理是对故障排除的最为直接有效的方法。以下将重点论述：第一，齿轮故障会以振动的形式表现出来，引起故障的原因主要有两个方面，分别是交变载荷过多和齿轮自身的原因。交变载荷损伤是由于交变载荷给齿轮施加交变应力，当超过齿轮的承受范围时会出现破裂现象，这种破裂逐渐积累造成振动故障；而齿轮自身的损伤是由于齿轮的操作不得当或者没有进行维护，这一方面会产生较大的应激力，造成齿轮损伤，另一方面是由于清洁不得当而造成磨损，这都会导致故障生成。第二，承轴受到交变载荷的作用，会使得在交变应力的作用下，承轴各部件发生接触，从而产生撞击，发生振动故障。

3 风电机组振动监测与故障诊断系统的实现

风电机组首先要对各部件进行监测，并根据监测数据得到诊断的方法，并通过报警或声音进行提示。它的实现需要一定的条件进行支持。第一，故障监测诊断出的数据要及时准确并且完整，之后要使数据系统清楚并且安全性高。第二，要实现智能故障诊断必须保证数据传输的可靠，还要保证高效率，使得访问容易进行。第三，要建立良好的人机界面，使得操作容易进行，可以直接显示出诊断结果，并且可以进行下一步的工作。

4 总结

新能源要想完全取代旧能源，必须要不断地改进设备，以提高风能等的转化率。风能转化主要是通过风电机组进行，但风电机组也有一些缺点，它由于工作环境差而经常出现振动故障，因此需要一套合适的方针来对风电机的各个部位进行监测和诊断，以使其故障发生概率不断降低。

参考文献：

[1]时献江，罗建，宫秀芳，等.无传感器诊断方法及在风力发电中的应用与展望[J].哈尔滨理工大学学报，2014，19（6）：82-87.

[2]谢里阳，刘建中，吴宁祥，等.风电装备传动系统及零部件疲劳可靠性评估方法[J].机械工程学报，2014，50（11）：1-8.

[3]徐芳，周志刚，李迎春，等.基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估[J].中国机械工程，2014（9）：1219-1224.