浅谈风力发电机组双馈发电机故障与处理

2016-08-11刘刚

大科技 2016年13期

关键词：双馈发电机组风力

刘刚

（大唐新能源通辽公司 028000）

浅谈风力发电机组双馈发电机故障与处理

刘刚

（大唐新能源通辽公司 028000）

本文简单介绍现阶段在风力发电过程中，风力双馈发电机的工作原理以及在发电机的运行中经常出现的故障，针对出现的故障会进行不同的双馈发电机故障诊断，在分析工作原理和发动机故障的基础上对故障诊断技术的发展状况进行分析，从而分析双馈式风力发电机组故障的诊断方法及对策，为后期更好对风力发电机组双馈发电机的故障进行处理提供理论支持和操作指导，提高处理风力发电机组双馈发电机故障的水平。

风力发电机组；双馈发电机；故障；处理

1 前言

人类社会的进步和发展都离不开能源的支撑。工业革命以来，人类大量使用煤炭、石油等不可再生资源，很大程度上依靠这些资源推动了整个社会的进步。但是近年来煤炭、石油等资源逐渐出现枯竭，而且在使用煤炭石油的过程中对自然环境也造成了很大的破坏。新的发展时代，风能资源的使用逐渐受到人们越来越多的关注。风能资源是可以无限次使用的过程性能源，而且在使用中不会造成对环境的污染破坏，在供能方面具有很大的优势。随着科学技术的进步和推广，许多新兴技术被应用到风能发电中，许多新型的风力发电机组逐渐投入使用。国内许多风力发电厂的发电机组在进行风力发电的过程中较多的使用双馈发电机，在正常使用的过程中经常会出现发电机或者机组的故障，影响风力发电过程。因此需要加强对风力发电机故障的诊断，提高诊断技术，研究更加合理的诊断方法，从而更好更快的处理发电机出现的故障，保障风力发电的正常进行。

2 风力双馈发电机工作原理及常见故障

2.1 风力双馈发电机工作原理

风力发电的基本原理就是利用风力的推动使风轮的叶片转动，将自然界的风能转化为叶轮转动的机械能，然后转动的机械能经过发电机的磁电作用产生电能。最后再经过变压器进行增压尽可以输送到电网中。对于风力双馈发电机而言，可以利用电机学的理论解释其工作原理。只要将三相对称的交流电通入正常转子的三相对称的电线绕组中，根据电磁理论，就会在发电机的气隙之间产生旋转的电磁场，其中磁场的转速由两方面的因素决定：①通入交流电的频率；②发电机中电机的对数。具体的关系式如下所示：

通入的电流频率f2越大，对应的流动磁场的转速n2也就越大。通过改变电流频率能够很容易的实现对流动磁场转速的控制。同理，发电机组的电流频率与机组的底子磁场速度也是由存在固定的数量关系。假设电网频率为50Hz的时候对应的发电机的转速为n1，发电机的转子的转速为n。根据相对速度原理可知，n+n2=n1。那么电流频率f2=f1-=sf1。

所以双馈发电机的风力不同，转速不同的情况下，能够通过对发电机中转子电流频率的控制来维持发电机定子频率的恒定，从而确保平稳发电，实现双馈发电机的变速恒频运行。

2.2 风力双馈发电机常见故障

发电机常见的故障根据发生位置不同主要分为传动链失效和发动机失效两种：

2.2.1 传动链失效

风力双馈发电机在运行中需要经过传动链进行机械传递。传动链主要是由风机叶轮，传动轴，传递速度变速箱以及连接变速箱和发电设备的联轴器等几部分组成。齿轮变速箱内部构造比较复杂，使用齿轮较多，当风速变化较大的时候就会造成对齿轮的破坏。是风力双馈发电机出现故障频率最高的地方。风力发电过程中，主轴处于连续转动的状态，会导致主轴出现弯曲、窜动甚至断裂的情况。主轴的重量和转动磨损都需要轴承来承担，长期使用的情况下就会导致轴承磨损比较大，出现各种形式的失效，影响正常的发电，造成发电机故障。

2.2.2 发电机失效

发电机内部构造比较复杂，运行过程中受外部环境的影响较大，在发电机运行发电的过程中总会出现各种不同的故障，比如说异常振动，线圈短路以及发电机绝缘层故障等。往往需要根据安全方面的考虑对发电机装备必要的继电保护装置来降低发电机出现事故的概率。发电机的使用过程中许多故障处于检测和保护功能的盲区，正常的保护装置无法真正发挥保护作用，致使发电机出现故障，而且无法及时处理。

3 双馈发电机故障诊断技术的发展状况

为了及时发现发电机存在的问题，搞清楚内部的故障，需要对发动机的故障进行诊断。国内外的故障诊断技术起步时间和发展水平存在一定的差距。

3.1 国外诊断技术的发展状况

故障诊断技术最早起源于美国，起步时间较早。故障诊断技术的发展是以计算机技术、电子信息和电气技术的发展为基础逐渐取得进展的。国外关于双馈发电机故障诊断技术的研究已经取得了很大的发展，相关故障诊断系统的使用在电厂比较普遍，系统性能良好，运行比较稳定，能够很好的发挥诊断作用，在实际使用中为电厂实现了较好的经济效益。

3.2 国内故障诊断技术的发展状况

国内在故障诊断技术上的研究起步较晚。20世纪80年代开始进行相关研究，起步阶段主要是大量引进国外先进技术和研究成果；经过对国外技术的研究和整理，我国开始研究适用于国内实际应用的新型故障诊断技术和装置；在20世纪80年代末逐渐形成自己的理论体系，而且研究出既适用于我国发电行业又具备国际通用性的故障诊断装置。经过多年的努力，我国在故障诊断技术的研究中取得了巨大的进步，也研究出了具有实用价值故障诊断系统，很好的实现了发电厂的故障在线诊断，取得了较好的经济效益。

4 双馈式风力发电机组故障诊断方法及对策

经过十多年的研究积累和实践操作的经验总结，目前对双馈式风力发电机组进行故障诊断的研究已经取得了众多研究成果，形成了多种不用原理的诊断方法。根据国际上比较认可的说法，根据故障诊断方法的不同原理把故障诊断方法分为三种不同的类型：基于知识的故障诊断、基于解析模型的故障诊断和基于信号处理的故障诊断。

4.1 基于知识的故障诊断

在实际工作中对发电机组进行故障诊断的时候，无法精确得到故障的数学模型，所以不能按照数学计算的方法准确推理发电机组的故障。基于知识的故障诊断不需要精确的数学模型，降低了工作的难度，在实际诊断工作中也取得了很大的发展。基于知识的故障诊断分为三种模型：①基于浅知识的故障诊断，主要依靠的是人类在进行故障诊断的过程中积累的经验，将故障的表征现象与故障出现的原因建立对应的映射，多种映射集合构成一个比较完整的系统，实现对发电机组的故障诊断；②基于深知识的故障诊断，需要对发电机组故障，启发式症状等众多复杂信息进行模型构建，在此基础上进行故障诊断；③将以上两种方法进行结合，辅助进行故障诊断。

4.2 基于解析模型的故障诊断

基于解析模型的故障诊断，首先要建立一个完整的系统先验信息的表达模型，然后在诊断的过程中将诊断对象的测量信息与模型中的先验信息进行对比，得到一个残差值。然后对残差值进行相应的处理，从而确认发电机组的故障所在，实现故障诊断。发电机组正常运行时，残差值几乎为零，当发电机组出现故障的时候就会造成残差值的偏离。在实际使用中，将残差分为两种，从而实现对发电机组故障的分离。①结构化残差，主要是以零或非零区别；②固定方向性残差，涉及到残差向量的方向。

4.3 基于信号处理的故障诊断

基于信号处理的故障检测依赖强大的信号检测和信号处理系统。目前进行信号分析的方法主要有两种：①数字信号处理器；②计算机软件。两种方法各有特点，基本原理相同。通过对信号对处理黑可以实现对发电机组的信息反馈，实现对机组的反馈控制，出现故障能够及时调节，使其恢复正常运转。