风电机组震动检测与故障诊断分析

杨柏柞

摘要：风电机组运行环境比较特殊，再加上风速具有很强的不稳定性，受交变负载影响，很容易造成机组传动系统部件的损坏，同时因为机组安装位置偏远维修工作困难，这样就对机组震动检测与故障诊断提出了较高的要求。本文分对风电机组常见故障进行了分析，并提出了机组震动检测与故障诊断的方法。

关键词：风电机组；震动检测；故障诊断

一般情况下风电机组都会设置有专门的运行维护中心，对易发生损伤的部件进行管理，对机械与电气系统进行全面管理，增加设备维护与检修的次数，在整体上控制好机组的运行效果。对于风电机组震动检测与故障诊断工作的开展，下结合机组运行特点来进行，建立完善见检测系统。

1.风电机组震动检测概述

对于风电机组的震动检测与故障诊断，主要是通过安装在机组设备上或者附近的传感器，完成对机组运行状态信号的采集。传感器信号经过调理、传输以及采样后进入到信号处理模块，将冗余部分去除，最终获得状态特征量。将状态特征量传输到状态辨识模块，在获得辨识结果通过检测与诊断决策模块来完成综合决策，由输出设备来得出诊断结果。其中，对于风电机组运行状态信号处理、辨识、检测以及诊断等整个过程的实施主要由计算机系统以及专业仪器设备来实现的，通过对信号的分析辨识，确定机组是否存在故障。

2.风电机组传动系统常见故障

2.1 齿轮故障

主要包括齿形误差、断齿故障、齿面磨损、齿面胶合以及齿面点蚀等。第一，在机组设备齿轮箱中啮合齿轮发生故障，会伴随着一定特性的振动发生，这样通过对振动信号进行分析，就可以确定故障的类型。如果存在齿轮误差，会使得振动信号时域波形出现明显的调制现象，在频域啮合频率与谐波附近出现调制边频带，如果齿形误差比较严重，产生的较大激振能量不仅会产生啮合频率调制，还会产生共振调制现象[1]。第二，因为风电机组运行时风速不稳定，会对叶片造成一定影响，存在的不规则冲击力会通过叶片传到齿轮箱，最终转变成冲击荷载，会对齿轮造成严重的磨损，并且还会使齿根部位在弯曲应力的作用下，逐渐产生疲劳裂纹，随着裂纹的持续扩展，最终造成轮齿弯曲疲劳折断。

2.2 轴承故障

无论是低速轴还是高速轴位置的轴承，在受到风电机组交变荷载以及重载的影响，都需要承受一定的冲击力，造成轴承部件出现损坏，例如常见的轴承磨损失效、断裂失效、疲劳失效以及胶合失效等。如果轴承结构在恶劣的环境内持续工作，或者是部件发生一定故障后持续运行，滚动轴承外环松动现象会继续加大，最终会因为轴承故障激励起外环固有频率产生调制现象[2]。另外，轴不平衡也是比较常见的故障，主要是由于轴部件质量中心偏移，或者部件出现缺陷而产生的。此类故障发生时具有一定的特征，如在位于临界转速以下时，振幅会随着转速的增加而增大，在达到临界以上转速时，振幅增加趋于平缓，并且在接近临界转速时，会发生共振，振幅具有最大峰值。

3.风电机组震动检测与故障诊断系统分析

3.1 系统设计分析

对于风电机组震动检测与故障诊断系统的设计，要明确其目的是通过各种检测方法的应用，收集并分析检测信号，判断被检测机组运行状态，在设备出现故障前给予警告，以此来保证设备能够正常运行，提高机组运行的可靠性。系统的设计，需要包括几个方面，即信息的有效获取、震动检测的连续性、信息处理的时效性、数据传输交流的可靠性、人机界面的友好型以及存储管理的便捷性，保证所有方面的有效实现，保证整个系统能够长期持续运行，在数据的分析处理上具有时效性，并且利用服务器来完成数据的存储与在线检测，同时客户端通过服务器的访问来完成对设备的在线检测。

通过对系统需求以及功能的分析，结合风电机组运行特征以及结构特点，可以将系统分为前端采集设备、数据采集模块、数据库服务其以及监控维护集成模块，其中数据采集通过以太网远程采集的方式来实现。其中数据的传输可以通过有线或者无线的方式来完成，而监控集成模块与采集模块与数据库的连接，可以利用本地连接局域网或者广域网实现。而监控维护集成模块与数据库服务的连接，可以通过数据库远程访问技术来实现，其中一个数据采集端可以与多个采集设备连接，并且将采集设备与数据采集端连接，实现多个客户端同时访问数据采集端以及数据库服务器。

3.2 系统软件设计

结合风电机组结构运行特征，在建立震动检测与故障诊断系统时，系统软件的设计应包括辅助功能模块、信号预处理模块、特征提取模块以及故障诊断模块等。对于系统软件的开发，主要是利用面向对象的变成技术，然后结合VC++6.0语言作为开发工具来实现功能，另外还可以选择MFC单文档多视图框架结构来完成界面设计。其中，为提高检测系统运行的安全性，在进行系统操作时，需要先进入登录界面，输入用户名与密码，在身份認证后无误后才可进入系统。系统主界面的设计应包括菜单栏、主功能按钮、树状列表、辅助分析功能按钮、图形显示区等。

第一，辅助功能模块主要具有用户管理、数据库管理以及数据清理等功能，对用户的管理就是完成用户信息的注册与验证，并为合法用户分配系统使用权限。数据库管理主要包括附加数据库、备份数据库、分离数据库以及新建数据库等功能，将数据库文件加载到数据库服务器中，或者是将数据库服务器中数据移除等。数据清理则是将服务器内不需要的数据及时清理掉，避免数库过大影响管理效果。

第二，故障诊断模块主要基于对信号的分析，提取可以表征机器运行状态的特征参量，对其进行计算确定是否超过用户设定报警阈值，以此来判断机组设备运行是否正常。如果判断机组运行状态异常，则需要对机组进行进一步的缺陷诊断，分析确定相关频率的来源。整个处理过程中主要是以风电机组数据的分析研究为基础，完成机组运行状态的检测与故障诊断。

4.结束语

风电机组运行环境相对特殊，因为风速稳定性比较低，对机组设备影响比较大，如果管理不当很容易出现故障。为保证机组的正常运行，需要加强对震动检测与故障诊断的研究，针对常见的故障进行分析，建立振动检测与故障诊断的系统，对机组运行状态进行实时检测，提高其运行的稳定性。

参考文献：

[1]谢松汕，许宝杰，吴国新，左云波.基于状态检测与故障诊断在风电机组上的应用分析[J].电子测试，2013，08：60-62.

[2]曹斌.风电机组振动检测与故障诊断系统研究[D].广东工业大学，2014，32：15-16.