风力发电机组故障诊断及解决措施研究

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1 引言

在我国改革开放初期,主要采用粗放式的经济发展模式,在大量开发和消耗煤炭和石油等不可再生资源的同时,也对环境造成了严重的污染与破坏。在近年来人们环保意识不断提高的形势,我国也出台了一系列环保策略并提出了发展低碳经济的战略要求,同时也加大了对新型清洁型能源的开发和应用力度,以风能为例,表现出风电机组装机容量的大幅度增加和快速增长,但是也增加了风电机组故障诊断和处理工作量和难度。因此,本文就针对风电机组运行中的典型故障类型,研究相应的故障诊断技术以及解决措施。

2 风力发电机组故障类型与故障机理

风电机组是一种由机械和电控部分组成的机械电气结构,其中的机械部分主要有风轮、传动轴以及齿轮箱和塔架等,电控部分则主要包括发电机、传感器、变压器以及储存装置等。总结风电机组运行中容易出现的故障类型,主要有以下几种。

2．1 发电机故障 在风电机组中,其核心电气设备就是发电机,其主要作用就是通过传动轴将叶片旋转的动能转换为电能实现并网发电。由于风电机组通常处于高原或者是沿海地区,环境比较恶劣,比如会存在较大湿度或较低气压等恶劣条件,以及容易出现强风沙或者强风雪等恶劣天气,加剧了对发电机中转子和定子的腐蚀与磨损问题,甚至会出现对绝缘部分的破坏,这就增加发电机运行中的短路故障概率。也会由于发电机定子绕组和电气元件老化而缩短其使用寿命。总结造成发电机故障的原因,主要有轴承偏移、定子或转子绕组短路以及气隙变化等。

2．2 传动轴和齿轮箱故障 在风电机组的传动系统中,齿轮箱和传动轴是其传动链中最为关键的部件,但是由于在传动系统运行中具有较为复杂的受力情况,而且容易出现故障的部位较多,增加了故障排查难度以及消耗的时间。这就需要针对此类故障做好提前预警和诊断工作,以便于缩短维修周期并提升维修质量。总结此类故障表现,主要有传统轴偏心或偏移、轴承磨损、轴承裂纹或点蚀、齿轮断齿以及齿轮胶合等问题。分析造成传动轴故障的原理,由于风电机组在运行中会在风力影响下出现振动现象,在受到长时间的振动因素影响下会造成传动轴偏析或偏移问题,进而会导致轴承磨损问题,此外,在受到灰尘、雨水等因素的影响下也会导致点蚀或磨损问题,甚至会导致传动轴承的裂纹问题。而分析造成齿轮故障的原理,主要是由于在齿轮的长时间运行中容易出现磨损问题,一旦齿轮箱内的温度过高还会造成齿轮胶合问题,以及容易在出现负载突变或受力不均时造成齿轮断齿问题。

3 风力发电机组故障诊断技术及应用

3．1 振动信号诊断技术 此种诊断技术的应用频率最高,重点是可以深入检查机组中的关键部位,尤其是基于机组运行振动参数所研发的振动信号诊断新技术,比如小波神经网络,可以深入诊断齿轮箱中的故障。或者是对机组叶片故障进行诊断,也就是通过收集不同部位的振动信号并对此部位的故障位置进行计算和分析来寻找故障愿意你。

3．2 电气信号诊断技术 机组运行中的电气信号通常比较微弱,而且容易被其他设备运作声音淹没。因此在诊断时应采用先进的信号接收设备来准确识别电气信号并进行故障信息的分析。然后结合自动力学模型和数据来分析故障问题,结合此模型也可以联系电气信号和电机扭矩波动,对齿轮箱故障与信号之间的关系进行仿真模拟来判断故障位置。或者是通过维纳滤波来清理噪音对轴承故障进行准确判断。

3．3 模式识别诊断技术 此种诊断方法是基于机组的多元化信号开展诊断工作的技术,也就是通过时域和领域中建立模型的方式进行故障分析。比如可以通过立体模型的建立来分析轴承故障。也就是通过一定的算法对故障的可视化模型进行构建并对故障特征进行呈现,便于技术人员快速锁定故障位置。或者是通过非线性流形学习,结合立体空间结构来分析动态轴承故障。或者是通过线性判别法来分析轴承的粗糙度故障。

4 风力发电机组故障解决措施

针对风电机组的常见故障,在通过上述诊断技术进行诊断分析之后,需要从故障机理和原因角度出发,针对其常见故障和容易出现故障的位置开展针对性的检查工作。在检查工作中,重点时通过手摸、耳听、眼看、鼻闻等方式或者是借用简单的工具开展检查工作。具体地说就是对发电机和齿轮箱运转过程中是否存在卡涩现象以及异响进行检查,保证其运转的平稳性。而且要对润滑油的油位高度进行检查、观察油色和粘度,做好对加油时间的记录、加油量等记录内容的检查,保证所用润滑油的规格和质量达标。此外,可以借用测温仪等简单工具对温度进行测量或者是通过手摸轴承的方式来快速判断温度是否超标的问题。最后就是通过专业振动监测仪的应用来收集振动数据并分析,判断是否存在振动异常现象。

针对上述检查工作中发现的故障问题,需要结合作业指导书以及监控系统提供的故障信息快速判断故障位置并开展停机检修。可以通过更换故障位置零件的方式诊断和排除故障。这就需要做好对各类备品备件的管理工作,保证所用备品备件与原件的型号和质量一致。而针对无法更换的大型设备,则需要结合抢修方案快速组织专业人员开展抢修工作。最后需要将上述抢修总过程进行详细记录和归档,作为同类故障检修依据,同时也总结经验,尽量避免同类故障的再次发生。

5 结语

基于规模不断扩大和数量不断增多的风电机组造成风电机组故障检修工作量增加的现状,需要在工作中不断总结风电机组的常见故障类型并分析其故障机理,结合不同故障特征合理应用故障诊断技术来快速诊断故障位置和原因,在此基础上合理选择故障检修策略来快速排除故障,快速恢复风电机组的正常运行。