双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测ぜ肮收险锒戏椒ǖ姆治

赵铁印

摘要：滚动轴承是双馈式风力发电机组中应用较为广泛的一类部件，但是在实际的运行工作中极易受到相关工况的影響出现磨损情况，从而造成发电机组的故障问题。本文从风力发电机的振动分析和滚动轴承的振动诊断两个方面入手，对双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断方法进行分析，希望能为机组的平稳运行做出相应的贡献。

关键词：双馈式风力发电机组；发电机滚动轴承；状态监测；故障诊断

双馈式风力发电机组中的滚动轴承非常容易受到相关运行设备实际工况的影响而出现不同程度的磨损情况，如果不对其采取相应的状态监测及故障诊断方法，很有可能会由此引发机组整体出现更大的故障。滚动轴承的缺陷会使设备出现异常振动，通过对轴承保持架、轴承内外圈故障特征频率等进行科学的计算分析，可以更早的明确滚动轴承的实际运行状态，从而提升设备的整体运行可靠性。

一、双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断原理[WT][ST]

（一）风力发电机的振动分析

一般情况下，双馈式风力发电机的震动分析主要应用的是时域分析方法，但是这种分析方式能够提供的数据信息量往往非常有限，只能对机械设备进行粗略的故障判断。当机械设备出现较为严重的故障时，则需要对滚动轴承采取震动信息频谱分析方法，通过对频谱图中展现的频率成分和各类频率成分的不同幅值的分析，配合时域分析方法对故障严重程度、故障位置以及故障的具体类型进行明确。利用对双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断采取的综合分析，从而提出最为合理的维护检修方案。[1]

（二）滚动轴承的振动诊断

滚动轴承的震动诊断一般是利用频谱分析方法对不同的部件进行故障特征频谱的初步分析，再根据分析结果判断滚动轴承出现故障的具体部位和故障发生的实际严重程度。在这一过程中，想要对故障频率清晰定位需要对各个部件之间的理论特征频率进行计算。不同的故障频率有着不同的计算方式，根据实际故障特点的来对诊断方式进行合理的选择，从而最大程度的降低设备检修维护成本，达到机组经济效益的提升目的。

二、滚动轴承状态监测及故障诊断方法实例研究

（一）设备参数及故障频率分析

在某省的风力发电企业中一共安装了风力发电机组66台，且总装机容量为99MW，其中共有55台带有齿轮箱的双馈式风力发电机组，装机总容量为82.5MW，占总体装机容量的83.3%。而常见的风力发电机组有四种型号，不同的机组之间设备型号各不相同，而在整体的发电机组中，发电机驱动端与发电机非驱动端一共存在三种型号的滚动轴承，因此在进行相应的故障频率分析过程中需要根据滚动轴承的不同几何尺寸、滚动体数量以及公称接触角对内圈故障特征频率、外圈故障特征频率、滚动体故障特征频率、保持架故障特征频率和对应轴回转频率进行计算。以滚动体故障特征频率为例，6326型号、6328型号、6332型号三种轴承型号对应的故障特征频率为：2197、2.201、2.359。

（二）振动监测与分析诊断系统

根据对发电机组滚动轴承状态监测及故障诊断模型可以建立相应的振动监测和分析诊断系统，振动监测与分析诊断系统是由速度传感器、动态数据采集卡以及微型计算机组成，其中微型计算机包括监测、通讯、分析和诊断软件等。该系统也被称为TCPC机械故障巡检系统，系统内部的动态数据采集卡和微型计算机两者之间一般需要通过USB接口形式进行连接。

（三）离线监测

在对相应的测试参数进行选择以及实际监测点进行布置工作过程中，利用离线监测与分析诊断系统可以对双馈式风力发电机组中的不同风机采取独立式的振动监测。在对垂直以及水平两个方向的振动值进行测量时需要利用到系统中的速度传感器装置，并根据现场实际的振动监测情况对发电机组的驱动端位置轴承以及发电机非驱动端位置轴承采取重点振动测试。具体的离线监测测试点可以依据现场情况的不同进行不同方式的布置。例如：如果在整个机组中想要布置五处测点，可以在叶轮与齿轮箱之间的两处轴承点分别设置测点1、测点2，在齿轮箱与发电机之间的两处轴承位置设置测点3、测点4，最后在发电机非驱动端轴承处选择设置测点5。

（四）测试结果分析

通过对整体发电机组的测试数据信息对比可以发现，在风机驱动端轴承的振动烈度相对较大，且驱动端轴承在垂直方向的振动幅值在1.764mm左右，驱动端轴承在水平方向的振动幅值在0.591mm左右，与其他4台风机的振动幅值相比超出了整整5倍。另外，选取风力发电机组中驱动端轴承与非驱动端轴承振动幅值均处于较小幅值的一台风机进行分析，编号为F1。F1的实际运行工况为：轴转速1706r/min、轴回转频率2844Hz、输出电压690V、输出功率1450kW。经过对F1号风力发电机驱动端轴承在水平方向以及垂直方向的监测振动数据进行时域分析和频谱分析之后，可以明显发现频谱中实际的频率值与6326轴承的外圈故障特征频率和其倍频出现吻合的现象，因此可以总结出F1号风力发电机在驱动端轴承的外圈存在较为严重的损伤情况。针对F1号风力发电机的严重损伤情况，需要对其进行及时的更换处理，以免出现较大的机组运行事故。

三、总结

综上所述，在双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断工作中，利用振动监测以及分析诊断系统方式所提出的基于滚动轴承故障特征频率的频谱分析方法，除了可以实现机组的平稳运行和避免重大运行事故的发生之外，还可以进一步降低故障停机次数。通过对故障停机时间的有效缩减，到达控制检修成本的目的，从而在根本上大大提升机组的实际经济效益。

参考文献：

[1]王广义.基于数据驱动的风力发电系统优化控制及故障诊断[D].西安理工大学，2017.

[2]张巍，秦玉志，崔瑞.双馈式风力发电机组发电机滚动轴承状态监测及故障诊断方法探究[J].吉林电力，2015，43（06）：1618.