风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究

李建辉

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。本文主要针对风力发电机组状态监测和故障诊断技术进行简要分析。

关键词：风力发电;机组状态;监测;故障诊断;技术

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區或者近海区域，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监测技术特点

风力发电机组状态监测中，基于发电机组各项运行参数，监测机组运行参数变化基础上判断机组运行是否正常。风力发电机组包含很多种运行参数，主要包含可测量与计算两种参数。其中，计算参数主要指对可测量参数进行读取，并采用相关算法计算，计算结果视为运行参数。结合机组实际运行情况，合理选用测量装置或算法，这是风力发电机组状态监测的基础。假若测量装置不相符，则无法对电力参数能力状态及数值大小变化进行准确测量;如果算法使用不规范或编写不正确，计算参数就会出现错误，由此对机组正常运行带来严重的影响。不同种类及厂家其测量装置与各类算法有其相应的优缺点，因而要根据机组实际情况合理选用。

2.2监测异常可测量参数

风力发电机组运行中，必须要采取有效的方法与原则监测可测量参数。通常需要注意以下问题：（1）风力发电机组运行中，可测量参数主要涉及电压、电流、频率、压力及温度，要结合可测量参数类型合理选用测量设备，协调各测量设备。（2）分析并明确可测量参数上下限范围，以此选择合理量程。（3）对可测量参数正常或异常值区间范围与动作触发条件进行分析。

2.3异常监测参数的计算

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。

2.4监测测量设备异常

风力发电机组测量设备自身会出现故障，需要制定相关监测机制予以防范。其常用监测方法为：（1）测量设备随附检测触点，一般保持常开与常闭状态，异常情况下为常闭或常开。结合触点状态变化判断设备状态。（2）测量设备输入与输出端分别连接另一组信号以此进入主控系统，而主控系统事先存储与测量设备相应算法，时刻读取并对比输入输出值，一旦输入输出值不相符，就可判断设备监测不正常。

3风力发电机组故障诊断技术

3.1分析机组故障诊断

诊断风力发电机组故障时，要结合机组自身复杂结构与特殊运行环境，综合分析相关因素，以此获得准确的故障诊断结果。风力发电机组结构复杂，因而故障诊断难度大。实际工作中对传统诊断技术进行创新，应用新技术与理念，准确诊断各类故障以此为解决故障提供参考。风力发电机组的故障诊断要准确了解各故障本质，综合分析机组电力参数、振动、压力、磨损、形变及温度等特点，有效进行故障诊断工作。

3.2分析热力参数

风力发电机组运行中分析热力参数，即分析机组运行温度与湿度变化以此明确其运行状态。对于风力发电机组而言，内部温度包含发电机、齿轮箱、运动电机及变流器等大部件、机舱及控制柜等内部温度。有效监控风力发电机组内部热力参数，有效监测其运行情况。此外结合机组热力参数变化趋势与反馈结果，准确判断机组故障设备部位，为故障原因分析提供可靠的参考依据。

3.3分析机组运行振动

振动分析应用原理是指将振动传感器安装于机组内齿轮箱、发电机、主轴及机组支架等大部件上，以此准确测量机组大部件振动状态。利用传感器所反馈的振动信号处理并分析，快速而准确地判断机组各部件振动状态，综合分析振动来源及成因，由此判断机组运行是否正常。

4风力发电机组安全运行建议

4.1做好设备检修

风力发电机组运行中，设备安全质量对发电质量有着决定性地影响，如果其中任何部件或设备出现问题，都会对发电机组正常运行造成困扰。所以风力发电机组运行中，必须定期检修并维护各项设备与部件，保障各零部件与设备质量，同时确保准确设置各部件与设备参数。如果检测发现问题，则要深入分析问题及潜在安全隐患，有效规避机组故障。此外，此类户外风力发电机组，恶劣天气环境下还要做好检测维护，极端天气到来前要全面检查风力发电机组，确保风力发电机组在恶劣天气下保持良好运行状态，实现正常运行。工作人员还要加强自身专业素养并提高技术水平，更好地进行风力发电机组设备检修。

4.2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。

4.3分析数据监测

风力发电机组运行中，自然环境等各种因素直接影响着设备运行状态，因而加强监控风力发电机组实际运行状态，比如环境温度、风机转速、电力功率监测及并网电力信息监测。如果监控数据出现异常，要结合实际情况初步分析并确定故障部位，再现场调查实际情况，找到异常原因及是否有安全隐患，获得最终解决异常问题的方案，促使风力发电系统稳定运行。

5结束语

综上所述，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。

参考文献

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[2]风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究[J].赵坚.机电信息.2019（23）

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