探讨风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展

杨成东 赵博超

摘 要：本文主要结合风力发电机状态监测和故障产生的种类、原因分析以及优化与完善风力发电机故障问题诊断和解决的具体措施，从多个角度出发，提出具体的可行性方法。

关键词：风力发电机;状态监测;故障诊断技术;研究与进展

风力发电机故障问题诊断和解决主要体现在以下几个方面：风力发电机状态监测中的风轮故障;风力发电机状态监测中的风轮转速故障;风力发电机状态监测中的调向故障。维修人员要进一步落实好风力发电机故障问题诊断和解决的具体要求，结合问题成因，制定更为有效的改进措施。从而不断提高工作展开的效率和质量，确保发电机故障的及时发现与及时维修，确保发电机运行的安全可靠。因此，本文针对问题，探讨风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展。

一、风力发电机状态监测和故障产生的种类、原因分析

（一）风力发电机状态监测中的风轮故障

从风力发电机的故障来看，首先便是风轮的故障。在风力发动机中，故障的最显著表现便是风轮中的杂音。而造成杂音的因素其实有很多，包括但不限于增速器、制动器、联轴器损坏等。对此，当工作人員发现风轮的杂音时，需要及时进行停机检查。并针对出现松动的部件进行紧固处理，针对出现损害的部件进行替换处理。此外，风轮故障的另一个表现还体现在风轮转动的不平衡上。由于风轮在低速运行时的轻微摆动，从而使发电机出现了杂音。那么从这一问题的成因来看，更多是发生在冬季气候。由于冬季温度较低，在积冰的影响下，使叶片出现了失衡，从而磨损或松动了发动机轴承。

（二）风力发电机状态监测中的风轮转速故障

在风力发电机中还会出现这样一个问题。那就是即便风力发电机中风速达到了额定范围，但是风轮的转动却明显滞后了。同时，在风轮运转过慢的导向下，也会减少发电机的输出功率。而造成这一问题的原因，通常情况下认为，是出现在了转子、定子、增速器、刹车等部件上。由于这些部件的工作状态偏离了常规状态，才导致了这些问题。基于此，维修人员的解决方式，应当从部分结构来入手，展开维修。

（三）风力发电机状态监测中的调向故障

从调向问题的表现来看，主要是体现在调向的不灵和无法调向。通常情况下，风力发电机的一部分会由计算机进行直接控制。那么当出现调向问题时，技术人员首先需要对检验命令的正确与否进行判断。一般认为，当出现调向不良的故障时，应该将解决的侧重点放在阻尼器和调向转盘轴承上。通过这些构件，来展开相应的维修。

二、优化与完善风力发电机故障问题诊断和解决的具体措施

（一）风力发电机中电气系统的故障问题诊断和解决措施

一般认为，电气系统主要是由低压供电系统组合构成的，并借助风力发电机来完成电能输出。期间，考虑到电气系统本身的零部件的精密，所以在机械运行中也很容易发生故障。一旦电气系统出现了故障，便会对整个风力发电机的信号输出造成影响。从目前电气系统所出现的常见故障来看，主要体现在以下几点。即电气系统的温度过高、电气系统的线路故障、电气系统的电流大小不合适。在实际工作中针对这一系列的问题，通常会采用参数性能法进行检测，简言之便是在电气系统的检测中，运用自动化技术与计算机技术，对包括电气系统电流输出情况、运行温度内容的各项事宜进行检测，同时对参数值进行对比，在得出具体的直观结论后，再由工作人员展开维修。

（二）风力发电机中叶片的故障问题诊断和解决措施

一般认为叶片在风里发电组中的作用主要是促进风能向机械能的方向转化。而叶片的设计与维修，也会直接对风能的转换效率产生影响。但是从实际工作的情况来看，叶片本身常常暴露在室外，也必然会受到各类因素的影响，从而造成叶片损害。对此，工作人员也需要针对叶片做好定期的检查和维修。通常情况下认为，风能发电机的叶片在长度上，一般能够达到四十米左右。同时在叶片的材料上，也比较复杂，包括但不限于高强度塑料材料、木头材料、金属材料以及玻璃钢材料。但是应用于大型发电站的叶片，通常会使用纤维增强型的复合材料。但是在这种材料的使用中，也会出现很多弊端。比如体积更大、维修更不方便等。此外，从叶片的常见损伤来看，主要就是叶片的腐蚀和开裂。当叶片出现此类故障时，也会对降低叶片的承重能力，使其转化为机械能的效率明显降低。此外，叶片的另一个问题还体现在叶片旋转过程中的失衡或者转速减慢。而针对这一问题的检测方法，通常会选用光纤光栅传感器。该方法的优势在于，针对不同的环境，都能够展现出强大的适应能力，以此来提高恶劣环境下的维修效率。

（三）风力发电机中齿轮箱的故障问题诊断和解决措施

在风力发电机机中，齿轮箱的作用主要是推动风能向动能的转化，并将其传送至发电机中，使其得到与之对应的转速，以此来实现电能的生产。与叶片相同，齿轮箱同样属于精密构建，其复杂性也决定了其故障的频发性。同时，齿轮箱相对于叶片也要更加敏感，仅仅是灰尘的堆积，便会影响齿轮箱的运行效率。因此，在维修人员对齿轮箱维修时，一定要明确相应的流程和标准，十分小心地对待，防止维修中的二次损伤。我国目前针对齿轮箱的维修技术，主要是温度测量法和振动测量法。其中，温度测量法主要是通过对齿轮箱表面温度的检测，来进行常态下的对比，以此来得出数据。而振动测量法主要是利用振动测量仪来检测齿轮箱的振动频率。从这两项常用技术的对比来看，温度测量法的应用要更加广泛，它的误差也要更小。

（四）风力发电机中发电机的故障问题诊断和解决措施

发电机主要是风能在完成转化后，促使电能输出的一个装置，也是风力发电中的核心构件。同时，发电机的应用，也能够在其正常运行下，确保风力发电的效率。但是，从发电机的运行环境来看，由于长期保护在电磁环境中，也会出现诸如振动频率过大、发动机过热等一系列问题。而针对发动机的这一类问题，通常情况下会采用定子电流信号分析方法来进行检测和维修。

（五）建立责任制度，加强对诊断维修人员的管理

在风力发电机故障问题诊断和解决的过程中，维修人员也是十分重要的一个因素。如果维修人员没有树立起一个正确的态度，便会导致问题即便出现了，也没有得到及时的发现，使发电机长时间处于故障状态运行，造成安全隐患。对此，相关部门首先要加强维修人员的意识教育，树立维修人员的责任心，并制定相应的责任制度，切实明确工作的流程、规范以及责任。既要从意识层面改变维修人员，也要从制度层面约束维修人员，确保维修人员能够正确对待工作，树立严谨的态度和认真的态度，进一步提高故障诊断和维修的效率与质量。

结束语

在优化与完善风力发电机故障问题诊断和解决的过程中，维修人员主要可以从以下几个方面来展开工作。即风力发电机中电气系统的故障问题诊断和解决措施、风力发电机中叶片的故障问题诊断和解决措施、风力发电机中齿轮箱的故障问题诊断和解决措施以及风力发电机中发电机的故障问题诊断和解决措施。意在从多个角度出发，针对我国目前风力发电机故障问题诊断和解决的实际情况，分析问题成因，找寻解决方法，制定更为科学、合理的方案策略。从而不断提高工作展开的效率和质量，确保发电机故障的及时发现与及时维修，确保发电机运行的安全可靠。

参考文献：

[1] 陈雪峰， 李继猛， 程航，等. 风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J]. 机械工程学报， 2011， 47（009）：45-52.

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