状态监测系统风场实际应用问题及解决措施

摘要：作为风力发电机组辅助监测装置的风机状态监测系统，已经成为风机的标准配置，但是在现场的实际应用过程中却出现了一系列问题，比如故障的漏诊、因振动出现异常后导致的过维护或过维修情况。本文针对这些应用上问题，结合积累的接入远程监控、统一标准、建立处置流程、建立振动监测故障库等经验。着重描述了我们建立的振动监测故障库，同时展示了一系列我们分析诊断中积累的振动异常数据及相对应的故障形态。并列举了现场实际应用的案例。

关键词：风机;状态监测系统;应用;振动监测故障库

引言

风机传动系统将风轮捕获的能量传递给发电机，在传递风轮扭矩的同时本身要承受较大的径向及轴向载荷。而在传动系统中，主轴轴承、齿轮箱内部的齿轮与轴承、发电机轴承等部件因承载而故障率较高。而如果仅仅依靠风电机组自带的监测控制和数据获取（SCADA）系统，仅针对轴承的温度数据，对故障的分析与监测显得较为单一或者滞后。

风机状态监测系统通过对风电机组传动链上旋转部件进行振动监测，实时监测齿轮箱、主轴、发电机等部件的振动频谱，定期对上述部件的状态进行监测、记录、分析，及时发现隐患，找出导致问题出现的原因，采取相应措施加以解决。

目前风机状态监测系统使用的数量越来越多，新项目风机状态监测系统已成为了风机设备的标准配置，老项目也越来越多的在加装风机状态监测系统，但是风机状态监测系统在实际的应用过程中遇到了一系列的问题，比如，如何更精准的监测诊断出风机传动系统机械部件的故障情况？如何在风机的运行维护中发挥出关键性的作用？怎么样的不出现漏诊或误诊的情况？等等……

本文提出了对风机状态监测系统应用工作的一些改进措施，旨在解决已发现的风机状态监测系统应用问题，让风机状态监测系统更好的发挥作用，达到预期效果。

1主要问题

通过收集若干风场风机状态监测系统的实际使用情况，总结了一些风机状态监测系统应用上的主要问题，如下表所示：

2解决措施

2.1接入远程监控

风机状态监测系统接入远程监控以后，分析诊断工程师及专家可以通过远程服务器实时查看风机的振动数据，远程服务平台亦可通过趋势报警等方式提醒工程师进行查看。接入远程后，风机传动系统出现的突发振动变化均能实时的监控，能有效并实时的诊断出风机传动系统的故障情况。

2.2统一标准

通过总结不同机型不同传感器布点方式的监测效果，确定最佳测点布置;

对所有风机状态监测系统对应的振动传感器规格、精度，以及相应的数据采集方式、振动报警阈值等进行统一标准，规范诊断平台，确保所有采集的数据可处于同一平台进行分析、对比。

2.3建立工作流程

建立故障处置流程，风机状态监测系统监测到振动异常后，利用该工作流程将其与现场风机的运行维护结合起来，振动数据结合运行数据及检查数据，才能得出最终的振动监测处理意见。

2.4建立故障库

不同的力会产生不同频率和幅值的振动，即不同的故障会产生不同频率和幅值的振动。故障诊断的主要手段，就是通过区分振动信号中的频率成分，排查出故障的原因。风力发电机组的机械故障有很大一部分是由齿轮和滚动轴承产生的，因此，风机的振动分析和故障诊断重点需要分析齿轮和滚动轴承的故障。

风机状态监测系统应用能否取得效果，关键在于振动分析工程师对振动数据分析诊断的准确率，而一个专业的诊断工程师的培养需要经过专门的振动监测培训，并在实践中不断积累经验。为提高风机状态监测系统对风机传动系统机械故障的诊断准确率，需持续收集故障信息，建立风机主轴轴承、齿轮箱、发电机等常见故障的故障库，包含故障部位的振动状态、频谱表现、拆解照片等内容。

①齿轮箱断齿

振动信号特征：振动信号中出现了明显的高速轴转频及其多次谐波成分，波形中出现了明顯的转频冲击现象。频谱中高速轴啮合频率调制出现了高速轴转频的多阶边带。如下图所示：

真实损伤情况：高速轴齿面出现明显的断齿情况，如图所示：

②发电机轴承外圈剥落

振动信号特征：存在明显的轴承外圈故障频率及其多次谐波，在高频段出现被调制的外圈故障频率的多阶边带。如下图所示：

真实损伤情况：轴承外圈滚道已经出现明显剥落情况，如图所示：

3结论

风机状态监测系统作为针对风机传动系统监测与诊断的工具，可提前发现风机运行维护中的不足并立即补救，如轴承润滑不到位、发电机对中不良、齿轮啮合不良等。并能及时发现一些通过SCADA数据无法发现的故障，如齿面点蚀、剥落、轴承早中期故障等，可以及时对故障部件进行处理，防止出现其它部件的连带损坏甚至安全事故。但是风机状态监测系统作为监测振动数据的一个工具，也有他的局限性，比如较容易受到风速变化、控制系统（变桨、偏航等）、电气干扰等的影响，还比较依赖分析人员的分析水平，检修意见的给定可能还需要其它检查手段的佐证等。打个比方，状态监测系统像是医院的定期体检，不但需要专业的医生来分析监测数据，发现异常后可能还要通过进一步的专业检查来佐证，最后才能给出一个准确的结论。

参考文献

[1]  电力监控系统安全防护规定. 发改委， 2014.8.1.

[2] 苏杭.机械设备状态检测与故障诊断[M].北京：机械工业出版社，1999.

[3] 丁康，李巍华，朱小勇，齿轮及齿轮箱故障诊断实用技术[M].北京： 机械工业出版社，2005.

作者简介：张翔，工程师，东方电气新能科技（成都）有限公司技术部技术员，主要负责风机后服务市场技术改造及风机运维技术问题处理，研究方向为风机振动监测、轴承等。