风电机组振动监测与故障诊断研究

赵飞

摘 要：随着各项技术的发展，风电机组的装机容量不断增加，且单机容量也越来越大。在运行过程中，由于受到各种因素的影响，风电机组的传动系统很容易出现各种各样的故障，尤其是振动故障的发生率较高。主要对风电机组振动监测和故障诊断系统的设计进行了简单分析。

关键词：风电机组；振动监测；故障诊断；协议通信

中图分类号：TM315 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.140

风电机组运行的工作环境大多比较恶劣，且由于风速的不稳定性较高，使其在处于交变负载的作用下时，机组的传统系统等部件很容易受到损坏。此外，因安装地区偏远，导致维修困难。因此，做好风电机组的振动监测和故障诊断工作是非常必要的，本文主要对此进行分析和研究。

1 总体设计

在开展风电机组的振动监测和故障诊断的过程中，最主要的目的是通过应用各种监测方法对相关的检测信息进行分析、判断，从而对被测对象的运行状态有正确的了解，以便于在相应部件出现故障前实施警告、报警等处理，这对保证风电机组的稳定运行具有非常重要的作用，能有效提升机组的运行可靠性。针对风电机组实际的运行特点，所设计的风电机组振动监测和故障诊断系统应具备下列功能：能方便各种信息的存储和管理；具有友好的人机交互界面，方便操作；具有可靠的数据传输和交流方式；在进行信息处理的过程中具有良好的实时性；在开展风电机组的振动监测过程中具有一定的连续性，以便获得被监测对象相关的连续信息；能获取相关的有效信息，可准确地对风电机组中的各个部件开展连续监测，尤其是要能做好一些关键部件的信息监测工作，其中，传统系统的发电机前、后端、齿轮箱和主轴都是重点监测对象。

在风电机组振动监测与故障系统的总体设计过程中，为了保证其能满足相关的功能需求，所设计的振动监测和故障诊断系统由监控维护集成模块、数据库服务器、数据采集模块和前端采集设备四个部分组成。其中，数据库服务器模块和监控维护集成模块主要通过数据库的远程访问技术开展通信；采集模块与监控维护集成模块之间主要是通过TCP/IP协议通信。在数据采集的过程中，应用基于以太网的远程采集方式，前端的采集设备应用cDAQ-9188，数据到数据采集端的传输既可以通过有线方式实现，也可以应用无线传输的方式，这两种传输方式相比，无线传输的费用比较高，且传输速度比较慢，但安装方便，传输距离较远；有线传输比较稳定，且传输速度较快，但有线网络的安装存在一定的局限性。通常情况下，可在一个数据采集端与多个采集设备连接，且不同的采集设备在与数据采集端进行连接时，可采用不同的网络方式连接，多个客户端可同时进行数据库服务器和数据采集端的访问。系统所测量的主要信息是风电机组的振动量，主要测试对象是传动系统，包括支座、发电机轴承、齿轮箱和主轴等。

2 传感器的选择和安装

在风电机组监测系统运行的过程中，要想准确地获取相关的振动信号，就必须具备优良的传感器。在传感器的选择过程中，要保证传感器的各种参数都满足监测系统的相关要求。在选择传感器的类别时，要依据测量对象的实际情况适当选取。目前，常用的传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器，其中，加速度传感器在风电机组高速轴的振动信号测量中具有良好的应用效果，因此，本系统中选择应用该种类型的传感器开展测量。

此外，还要选择合适的传感器量程，如果所选择的量程不适合，则会导致出现测量结果不准确、传感器损毁等问题。要能够保证传感器的灵敏度和精准度满足相关要求，通常情况下，传感器的灵敏度越高，其对微弱信号的测量会越准确，特别是在早期故障信号的发生阶段。但随着传感器灵敏度的提升，其容易同时采集到一部分外界噪声等信息，这些冗余信息在被分析后，会对系统分析产生严重的干扰，导致系统负担加重。此外，传感器的精度越高，其价格就越高，进而导致系统设备成本增加，这就需要平衡好成本与相关要求之间的关系，综合考虑各方面的因素。本系统中应用了两种传感器，一种是低速加速度传感器，主要用来进行低频振动信号的采集；另一种是标准的加速度传感器，主要用来进行高速轴部分振动信号的采集。

3 采集系统的选择

数据采集系统最主要的作用是从传感器获取相关的信号，并在开展相关的处理后，将其传出上层处理器。采集卡的工作方式不同，主要分为巡回采集和同步采集两种。其中，巡回采集是指采集卡依据一定的规则进行各路信号的采集；同步采集是指采集卡通过多路通道同时开展信号的获取。在对风电机组各个测点的振动信号进行采集时，应采用同步采集的方式采集，这能保证监测的有效性。

4 软件设计

风电机组振动监测和故障诊断系统的软件模块主要由故障诊断模块、特征提取模块、信号预处理模块和辅助功能模块组成。在系统软件开发的过程中，应应用面向对象的编程技术开发，并采用基于MFC的单文档多视图框架结构开展界面设计，这样能有效保证过程中的安全性和保密性。运行程序后，首先进入登录界面，用户输入正确的登录用户名和密码后可进入系统。如果用户输入的用户名和密码错误，则会提示重新输入用户名和密码。该系统的主界面包括菜单栏、主功能按钮、辅助分析功能按钮、树状列表、状态栏和图形显示区。

5 结束语

在风电机组的运行过程中，传动系统出现振动故障的概率非常高，因此，做好振动监测和故障诊断工作非常必要。本文结合风电机组的运行特点，对振动监测和故障诊断系统的设计进行了简单分析。

参考文献

[1]龙泉，刘永前，杨勇平.状态监测与故障诊断在风电机组上的应用[J].现代电力，2013（12）.

〔编辑：张思楠〕