风力发电机组齿轮箱常见故障及监测分析

陈浩 王敏

南京高速齿轮制造有限公司 江苏南京 210000

随着经济社会的持续快速发展，风力发电事业迎来了前所未有的重大发展机遇，使风力发电机组齿轮箱的应用面临着更多的不确定性因素，有必要对其常见故障问题作出精准研判与分析，并通过相应的技术监测系统强化故障预判效果，提高其整体运行效能。本文就此展开了探讨。

1 风力发电机组

风力发电机组是风力发电系统性结构的关键构成要素，是高效实施风力发电的基本载体，通常情况下由风轮、主轴、发电机、变桨机构、塔架与基础结构等部分组成。随着当前能源结构的持续优化调整，风电等清洁能源开始在经济社会发展中扮演更加重要的角色，对风力发电机组的运行稳定性与可靠性提出了更高要求[1]。长期以来，国家相关部门高度重视风力发电机组应用技术的创新与发展，在技术标准建设、运行过程控制、发电效果优化等方面制定并实施了一系列重大方针政策，为高质高效地开展风力发电技术实施提供了基本遵循与方向引导，实现了风力发电机组运行状态的最优化，积累了丰富而宝贵的实践经验，为新时期风力发电事业的高质量发展注入了新鲜活力。

2 风力发电机组齿轮箱常见故障类型及特征

在当前技术条件下，风力发电机组齿轮箱的运行过程受多方面要素的影响，部分要素属于显性要素，辨识与控制难度较小，而部分因素则表现出显著的隐性化特征，控制与处理难度较大，可能造成的齿轮箱故障类型有所差异。具体而言，风力发电机组齿轮箱常见故障类型有：一是齿轮的疲劳与点蚀，随着齿轮滚动与滑动摩擦力度的持续高低起伏变化，其所遭受到的切应力出现较大偏离幅值，局部性的齿轮金属会出现剥落损坏状态，影响其固有摩擦效果，久而久之加剧齿轮箱的疲劳磨损；二是齿轮齿面磨损，在齿轮长期啮合状态下，齿轮表面会附着部分具有较高强度的颗粒物，且颗粒物的含量随着时间的延长呈增长趋势，加之部分齿轮材质不佳，导致齿面磨损严重；三是齿面胶合，由于部分情况下风力发电机组齿轮箱长期处于高荷载状态下，齿轮油膜逐渐变薄，直至消失殆尽，造成两个啮合齿轮面上的金属层出现物理转移，影响正常润滑状态与条件，并致使震动能量幅度显著提高[2]。

3 风力发电机组齿轮箱状态监测与故障诊断系统应用

3.1 系统整体架构的设计

为有效实现对风力发电机组齿轮箱状态的实时监测，提高故障诊断的准确性与可行性，必须首先从整体角度对状态监测与故障诊断系统进行架构设计。对此，可依托于较为开放式的系统架构模型，在传统风力发电机组监测系统平台的基础上，分别细化形成数据采集、状态监测、故障诊断及数据分析等多个不同子模块[3]。上述各个子模块的构造依据标准与规范各不相同，所采取的数据分析算法存在显著差异，在组态软件的协同支持作用下，同步完成状态监测与故障诊断任务，而达成上述各项工作预期目标的基本载体则是数据流与信息流。

3.2 数据采集单元

在现代风力发电机组齿轮箱状态监测技术条件下，离不开其基本数据信息的支撑作用，因此必须通过构造数据采集单元，对其运行过程中所产生的各类数据信息进行全面精准采集，并根据数据信息类型的不同实现分门别类地整合与管理。为实现理想的数据采集效果，必须合理选择与安装数据传感器，在位移传感器、速度传感器及加速度传感器等不同类型之间进行科学选择。在风力发电机组齿轮箱状态监测传感器安装到位后，应通过数据处理与加工技术，将收集到的模拟型号转换为数字信号，供上位机进行识别处理[4]。

3.3 故障诊断单元

故障诊断单元是风力发电机组状态监测的关键单元。现代科学技术的快速发展，为齿轮箱故障监测与诊断提供了更为丰富的技术手段，使得传统模式下难以完成的故障诊断任务具备了更大的可行性。在现代基础理论研究的支持下，故障诊断单元通过齿轮箱的震动强度与震动参数来对故障类型进行诊断，通过融入数据挖掘技术对震动信号进行有效识别与提取，并在智能诊断算法的作用下，对故障信号进行分类，更加精准有效地得出故障类型。故障诊断单元需要具备良好的人机交互界面，实现直观化、可视化、形象化操作与控制。

3.4 通信模块

通信模块是风力发电机组故障监测系统实现数据流的基本载体，可通过加速度振动传感器，设置特定输出参数，实现正负信号的循序输出，在实现电压物理接地的同时，完成传感器与数据采集卡之间的通信任务。同时，应调整优化震动监测系统软件通信配置，设定每一路通道的数据采集与通信间隔时间。要在各类通信规范设备的应用中，统一软件与硬件的标准化接口，实现客户端与系统服务器之间的无缝衔接，确保数据流构成闭环运作模式，使故障诊断系统向核心控制单元发送数据请求，与故障诊断之间完成特定通信过程[5]。

4 结语

综上所述，受监测方法与系统设计等方面要素的影响，当前风力发电机组齿轮箱故障监测实践中依旧存在诸多短板与不足，阻碍着其整体效益的优化提升，因此技术人员应该从风力发电机组的客观环境与需求出发，遵循齿轮箱故障监测基本规律与原理，创新监测方式方法，强化监测过程控制，为促进现代风力发电事业健康稳定发展保驾护航。