大型风电机组振动分析和在线状态监测技术
风力发电机振动监测
风力发电机振动监测摘要：当前，风力发电已成为世界新能源发电中发展最迅速的行业，我国风电总装机容量已跃居世界第一。
但由于缺乏关键技术，盲目扩大风电场建设，加之环境恶劣，国产风电机组故障发生率明显高于国外，这不仅增加了风力发电机组维修费用，也大大降低了发电可靠性。
开展风电机组的运行状态监测，可以提前发现设备运行隐患，实现风力发电机设备的计划检修，是降低生产维修成本、防止重大事故发生的有效措施。
关键词：风力发电机；振动监测；应用引言为满足风电市场高速增长需要，我国大批新型风力发电机组匆忙投入规模化生产运行，如此短的时间，不可能准确地检验机组的质量，考察运行可靠性，这无疑增加了生产技术风险和机组不正常运行导致的经济风险。
另外，风电场所处的环境和气候条件恶劣，使发生故障的潜在可能性和方式也相应增加，一旦这些设备发生故障而失效，将造成巨大的经济损失。
1、风电机组在线振动状态监测系统1.1系统构成振动监测系统主要是在风力发电机组预先选定的位置安装振动传感器和转速传感器，传感器将其采集的信号通过带编织屏蔽电缆接入到1台智能采集单元，将处理完的数据通过无线网络发送到事先装有分析软件的服务器中，客户可通过多种方式登录服务器察看运行数据，以便进行深入分析。
1.2测点布置对于风力发电机组的振动监测，主要集中在传动链上，而针对传动链，监测又主要集中在主轴、齿轮箱和发电机上。
针对风力发电机组的特定应用，在主轴承、一级行星轮大齿圈处转速较低，需要选用低频加速度传感器，其他位置选用通用型加速度传感器。
对于当前主流的两种齿轮箱类型，通用测量点布置要求如下：①两级行星，一级平行轴结构主轴前轴承1个（径向）、二级行星轮大齿圈1个（径向）、二级行星轮大齿圈1个（径向），齿轮箱低速轴输出端1个（径向）、齿轮箱高速轴输出端2个（轴向和径向）、发电机驱动端2个（轴向和径向）、发电机非驱动端1个（径向）。
转速传感器安装在齿轮箱高速轴输出端位置。
风力发电机组振动诊断技术研究
风力发电机组振动诊断技术研究近年来，随着全球环境问题的日益突出，可再生能源也逐渐成为了人们关注的焦点。
其中，风力发电逐渐发展成为了一种成熟的可再生能源，并且受到了广泛的应用。
风力发电的核心设备之一就是风力发电机组，而风力发电机组的振动问题成为了发电效率和使用寿命的限制因素。
因此，针对风力发电机组振动问题的诊断技术显得尤为重要。
一、风力发电机组振动的原因及危害风力发电机组的振动主要来源于以下几个方面：1. 风叶结构问题：风叶作为风力发电机组的核心元件之一，在运行过程中易受到风力的影响而产生振动。
2. 齿轮传动问题：风力发电机组中往往采用齿轮传动来转换转速，并输出电能。
但齿轮轴承磨损、滑移、齿轮变形等问题都会导致齿轮传动的振动。
3. 地基基础问题：风力发电机组之所以能够固定在地面上运行，就是依靠地基基础。
但地基基础的问题也会影响风力发电机组的振动状况。
以上问题会导致风力发电机组的振动频率增大，并导致噪声大、运行可靠性差、维修难度增加等一系列负面影响。
同时，振动还会导致设备的疲劳损伤增加，进而降低设备的使用寿命。
因此，风力发电机组振动的识别和诊断，对于延长设备的使用寿命、提高发电效率至关重要。
二、风力发电机组振动诊断技术目前，针对风力发电机组振动问题，已经有了各种振动诊断技术。
其中，主要包括以下几个方面：1. 振动传感器：利用振动传感器测量设备的振动状况，从而准确地了解设备的振动频率、振动幅度等信息。
振动传感器是风力发电机组振动诊断的基础。
2. 振动信号分析：通过对振动信号的FFT分析，可以得到振动信号随时间的频域变化，并且可以得到设备振动的主频点、谐波和峰值等参数。
这些参数可以帮助工程师找到设备的振动源和振动的主要频率。
3. 模态分析：模态分析可以确定系统的振动模态，从而更加准确地找到振动来源。
模态分析是风力发电机组振动诊断的高级方法。
4. 监测系统：综合运用振动传感器、振动信号分析和模态分析等技术，建立起一套完整的监测系统。
探讨风电机组状态检测技术
探讨风电机组状态检测技术摘要:容量小是风电机组运行过程中的主要特征，基于其容量小的特征，在风电机组检测时表现出一定的特异性，为有效评估其运行状态奠定了基础。
现阶段，风电机组多分布于人烟稀少的地区，该区域通讯不变，交通受阻，风电场管理运行存在较多问题，维修工作面临着很大挑战。
基于此，本文对风电机组状态检测技术进行了分析，并阐述了风电机组状态检测的发展趋势，为准确掌握风电机组运行状态、提高风电机组管理水平提供了参考。
关键词：风电机组；运行过程；状态检测；1风电机组状态检测技术现状1.1振动状态检测流程风电机组运行过程中荷载水平不断变化，随着荷载大小的不同，齿轮箱振动能量有所改变，尤其是风电机组转速变化时，齿轮箱内的不同零部件的转动频率有所差异，轴承故障特征频率值也会有所变化。
基于此，需在明确风电机组基本结构组成的基础上了解不同构件的转速变化特征，同时熟练掌握其工作模式，便于准确采集齿轮箱内零部件、后端轴承的运动数据。
小波分析技术、频谱分析技术在振动状态检测中应用广泛，作为信号分析的技术方式，上述检测方案能够通过识别故障特征频率确定设备运行状况。
基于标准运行数据和对故障特征频率数据的识别与比对，可初步判断风电机组运行状态，对传动链故障精准判断，及早发现传动链轴承或齿轮故障。
大量实践案例证实，该方案应用效果佳，故障识别率高。
1.2油液状态检测流程我国常用的风电机组中，齿轮箱与齿轮间啮合应力水平高，运动状态下齿面间会形成油膜，油膜条件较差，齿轮间相对滑动。
为确保风力发电机组运行正常，需合理选用齿轮箱润滑油以提高其耐磨性能，改善其热氧化稳定性，提高风力发电机组的使用寿命，通过提高润滑性能降低摩擦系数，防止应力水平过高降低设备寿命。
风力发电机组需要润滑的部位包括液压刹车系统、轴承轴、齿轮箱、偏航系统等，实践中应用最广泛的油液检测技术包括在线检测和离线检测两种。
油液状态检测时，工作人员通过收集风电机组相关部位的润滑油、润滑脂，在实验室内利用光谱分析仪对其性能指标加以检测。
气象条件下风电机组状态监测与分析
气象条件下风电机组状态监测与分析风电是一种零排放、可再生的风能利用方式。
在发电过程中，风电机组处于复杂的自然环境中。
风电机组的状态受到气象条件的影响，而气象条件的变化对风电机组的性能和安全性也有重要影响。
因此，对风电机组的状态监测和分析显得尤为重要。
风电机组状态监测的方法风力发电机组状态监测的主要方法包括机械控制系统监测和电气控制系统监测。
机械控制系统监测主要是通过机械传感器来监测风力发电机组的机械状态，如测量旋转速度、振动和温度等。
电气控制系统监测主要是通过电气传感器来监测风力发电机组的电气状态，如测量电流、电压和功率等。
此外，还可以通过安装气象站来监测风力发电机组周围的气象条件。
通过分析气象数据，可以预测风力发电机组的工作状态，为风力发电机组的维护和管理提供重要信息。
风电机组状态分析的方法风力发电机组的运行状态是非常复杂的。
状态分析是通过对风力发电机组的数据进行处理和分析来了解风力发电机组的运行状态，并评估风力发电机组的工作效率和性能的方法。
目前，风力发电机组状态分析的主要方法有基于规则、基于统计和基于机器学习的方法。
基于规则的方法是通过规则定义和规则库来分析风力发电机组的状态。
基于统计的方法是通过统计学原理和数据分析来分析和评估风力发电机组的状态。
而基于机器学习的方法是通过机器学习算法和模型来评估和预测风力发电机组的状态。
风电机组状态分析的应用风力发电机组状态分析在现代风力发电行业中具有重要的应用价值。
例如，在风力发电机组的比较、评估和选择方面，可以通过风力发电机组的状态分析来确定风力发电机组的工作效率、稳定性和可靠性。
在风力发电机组的运行和维护方面，风力发电机组的状态分析可以为风电场提供完整的运营和维护计划，并提高风力发电机组的安全性和稳定性。
结论风力发电技术的发展一直在追求更高的发电效率和更高的经济效益。
在这个过程中，风力发电机组的状态监测和分析将发挥极其重要的作用。
风电机组状态监测和分析的应用将有助于提高风电机组的性能和可靠性，促进风力发电业的发展和进步。
风电场主设备状态监测
风电场主设备状态监测风电场主设备状态监测风电场主设备状态监测在风能发电行业中起着至关重要的作用。
它能够实时监测风力发电机、变流器、变压器和电缆等主要设备的运行状况，及时发现并解决潜在问题，确保风电场的高效运行。
下面将从步骤的角度来介绍风电场主设备状态监测的过程。
第一步，安装监测设备。
风电场主设备状态监测需要安装专用的传感器和仪表设备。
这些设备可以监测风力发电机的转速、温度和振动等参数，同时也能监测变流器、变压器和电缆的电流、电压和温度等信息。
这些设备通常安装在设备的关键位置上，以保证监测数据的准确性和可靠性。
第二步，数据采集与传输。
监测设备将收集到的数据传输到数据中心或监测控制室。
这可以通过有线或无线方式实现。
有线方式通常使用网络或电缆连接设备和数据中心，而无线方式则通过无线传感器和通信设备将数据传输到数据中心。
第三步，数据处理与分析。
一旦数据到达数据中心，就需要对其进行处理和分析。
这包括数据的存储、整理和转换，以及异常数据的检测和排除。
数据处理和分析可以通过专门的软件来完成，这些软件能够自动化地处理大量的数据，并生成相应的报告和图表。
第四步，故障诊断与预警。
在数据处理和分析的基础上，监测系统可以根据设定的规则和算法进行故障诊断和预警。
当监测数据中出现异常情况时，系统将发出警报，并通知相关人员进行进一步的检查和处理。
这有助于及时发现问题并采取相应的措施，避免设备故障对风电场运行的影响。
第五步，维护和修复。
当监测系统发出故障预警时，相关人员需要及时进行设备的维护和修复。
这包括检查设备的运行状态、更换损坏的零部件以及进行必要的维修和调整。
维护和修复工作的及时性和准确性对于确保风电场的正常运行至关重要。
综上所述，风电场主设备状态监测是一项复杂而重要的工作。
通过安装监测设备、数据采集与传输、数据处理与分析、故障诊断与预警以及维护和修复等步骤，可以实现对风电场主要设备状态的全面监测和管理。
这有助于提高风电场的可靠性和运行效率，为可持续能源的发展做出贡献。
风机振动在线监测及状态评估技术研究
风机振动在线监测及状态评估技术研究随着技术的不断进步，风力发电已经成为了当前全球可再生能源的热门领域之一。
在风力发电中，风机是其中最核心的组成部分，它是将风能转化为电能的关键节点。
由于风机在长时间运行时会面临各种挑战，如湿度、温度、大气压力、机械磨损和腐蚀等因素的影响，它们往往会受到风散影响而发生损坏，扰动机械结构的振动也会影响风机的性能。
因此，风机振动在线监测及状态评估技术的研发和应用日益受到关注。
一、风机振动在线监测技术风机振动在线监测技术是为发现风机的故障，及时发出警报并采取措施维护风机的关键技术，可以通过现代计算机、通信、传感器和互联网等技术进行数据采集和处理。
1. 传感器的选取传感器是风机振动在线监测的重要组成部分，通过安装在机器上，变换为电信号，传统的电压式加速度传感器、压阻式振动传感器、电感式速度传感器、应变式传感器等都被广泛应用来监测风机叶片的振动、加速度、速度和应变等数据。
同时，彩色数字摄像头也被广泛应用于风机安装，其可以发现任何可能的问题，并能够捕捉到许多细节。
2. 数据采集及处理系统风机振动在线监测的数据往往是大数据，数据采集及处理系统需要具备高效且可靠的处理能力，通过计算机视觉、机器学习和深度学习等技术，从海量数据中快速提取最重要的信息。
对于对数据的需求不断增加，GPU替代了CPU成为主流处理器，现场高速运算系统、云计算等业务也广泛应用于该领域。
3. 监测及维护措施通过数据采集和处理系统的分析，风机的振动情况将被识别出来，对于风机存在故障的情况进行监测和维护，对于预测在风机正常轻微振动的情况下是否会发生故障，采取及时措施进行检修。
二、风机状态评估技术风机状态评估技术是指对已经采集到的振动数据、历史数据和操作数据等综合分析，评估风机运行状态及预测未来可能面临的问题。
1. 振动信号处理技术振动信号处理技术是风机状态评估的基础，互相关、时域分析、样本方差分析、小波多尺度分析、短时傅立叶变换等成为振动信号分析处理的标准方法。
风力发电机组主机架振动分析
风力发电机组主机架振动分析风力发电机组主机架振动分析风力发电机组主机架振动分析是对风力发电机组运行过程中可能出现的振动问题进行研究和识别的过程。
振动是风力发电机组主机架运行时的常见现象，并且可能会对整个系统的稳定性和性能产生不利影响。
因此，进行振动分析是非常重要的，可以帮助工程师们确定振动的来源，并采取相应的措施来减小振动的影响。
以下是进行风力发电机组主机架振动分析的一些步骤：1. 收集数据：首先，需要收集风力发电机组运行过程中的振动数据。
这些数据可以通过传感器、监测设备或振动测量仪器进行收集。
数据的收集应该涵盖不同工作条件下的振动情况，包括不同风速、不同转速等等。
2. 数据处理：收集到的振动数据需要进行处理，以便更好地理解和分析。
可以使用数据处理软件进行数据的清洗、过滤和调整。
数据处理的目的是消除噪声和杂乱信号，使得振动特征更加清晰和可辨识。
3. 振动特征提取：在数据处理之后，需要提取出振动的特征参数。
这些特征参数可以包括振动的频率、幅值、相位等等。
通过振动特征的分析，可以帮助确定振动的来源和模式，进一步了解主机架的振动机制。
4. 振动源识别：通过振动特征的分析，可以确定振动的源头。
主机架振动的来源可能包括风扇、机械部件、电机等。
通过仔细观察振动特征的变化和振动频率的分析，可以识别出主机架振动的具体来源。
5. 振动控制措施：一旦确定了主机架振动的来源，可以采取相应的振动控制措施。
这些措施可能包括调整机械部件的平衡、加强固定、增加减振装置等。
振动控制的目标是减小振动的幅值和频率，提高系统的稳定性和性能。
6. 振动监测：在采取振动控制措施之后，需要对主机架进行定期的振动监测。
这可以通过在线监测系统或定期的振动测量来实现。
振动监测的目的是确保振动控制的有效性，并及时发现和解决可能的问题。
总之，风力发电机组主机架振动分析是一个复杂而重要的过程。
通过收集、处理和分析振动数据，确定振动的来源，并采取相应的措施来减小振动的影响，可以提高风力发电机组的稳定性和性能。
风力发电机组振动状态监测导则
风力发电机组振动状态监测导则近年来，随着风力发电技术的不断发展，风力发电机组已经成为清洁能源领域的重要组成部分。
风力发电机组在运行过程中会受到各种不同的振动影响，这些振动不仅会影响设备的寿命，还会影响电站的安全运行。
因此，对风力发电机组的振动状态进行监测成为了一项重要的工作。
为了保障风力发电机组的安全运行，减少由于振动引起的损坏和故障，制定一套科学有效的风力发电机组振动状态监测导则势在必行。
监测风力发电机组振动状态的导则应包括以下内容：1.振动监测的目的和意义：说明监测风力发电机组振动状态的重要性，阐述振动监测对于提高风力发电机组运行效率、延长设备寿命、保障风电场安全运行的作用。
2.振动监测的方法与技术：介绍风力发电机组振动监测的常用方法和技术，包括但不限于振动传感器的选择安装、振动信号的采集处理、数据分析与诊断等内容。
3.振动监测参数的选取及标准：分析影响风力发电机组振动状态的主要因素，选取合适的监测参数，并结合国家相关标准制定风力发电机组振动监测的标准指标。
4.振动监测系统的建立与管理：介绍如何建立健全的风力发电机组振动监测系统，包括系统的硬件设备、软件平台、运行维护等内容，同时阐述振动监测数据的管理和应用。
5.振动监测与预警处理：阐述风力发电机组振动监测系统应具备的实时监测和预警处理功能，以及在发生异常振动时应采取的处理措施，保障风电场设备和人员的安全。
6.振动监测的应用与推广：介绍风力发电机组振动监测技术在风电行业的应用实践，推广具有代表性的成功案例，鼓励更多的风电企业采用振动监测技术。
制定一套科学有效的风力发电机组振动状态监测导则对于保障风力发电机组的安全运行具有重要意义。
通过建立完善的振动监测体系，可以实时监测风力发电机组的振动状态，预警并及时处理异常情况，最终达到提高设备运行效率、降低维护成本、延长设备寿命、保障风电场安全运行的目的。
希望风电行业能够高度重视风力发电机组振动状态监测工作，共同推动风电行业的健康发展。
风电机组状态检测技术
风电机组状态检测技术摘要：风电机组在运行过程中，其主要的特征是容量相对较小，容量小也导致风电机组在进行检测的过程中具有一定的独特性，目前风电场主要分布在我国人烟相对较少的地区，由于风电场中的通讯及交通不便捷，所以在进行风电场运营管理的过程中，为维护维修工作带来了很大的困难，而且风电机组所包含的设备众多，因此其检测的任务量也相对较大，在质保期内对风电机组的预防性状态进行检测，以及在质保期外，对运行的设备进行状态检测时无法达成兼顾，进而导致很多基础设备在状态检测的过程中容易受到冰雪或者雷雨天气的影响，使整个检测的时间增长，同时因为风电机组的检测工作量相对较大，所以我国的专业检测平台还没有形成专门针对风电机组进行数据管理的系统，进而导致整个风电机组的运行得不到更好的保障。
关键词：风电机组；状态检测技术；发电性能一、风电机组状态检测技术研究现状分析1.1振动状态检测流程在针对风电机组进行状态检测技术应用的过程中，首先要对其振动状态进行相应的检测，目前的风电机组在运行的过程中因为载荷而在不断地变化，所以导致齿轮箱的振动能量可能会随着不断变化的载荷力而有所改变，尤其是当风电机组出现转速变化的过程中，齿轮箱中各个不同部件的转动频率以及轴承故障特征的频率也会出现相应的变化，因此必须要明确风电机组中的传动系统的具体结构特征以及在转速变化过程中的工作模式，从而保证能够对齿轮箱内部所有的零部件以及后端的轴承等进行相关数据的收集。
在针对振动状态进行检测的过程中，主要使用的频谱分析技术，小波分析技术等信号分析方式，通过寻找振动信号中所包含的对故障特征频率进行表征的数据，能够明确机组的运行状况。
通过相关行业评定标准以及故障收集的特征频率，能够判定出风电机组在运行过程中，其传动链上是否出现了问题，通过这种方法也能够准确的识别传动链上的轴承故障及齿轮故障。
通过实践证明，这种方法在实际应用过程中其效果相对较好。
1.2油液状态检测流程目前我国常用的风电机组中的齿轮箱及齿轮的啮合应力相对较高，并且齿面之间可能会形成相应的油膜，但是因为油膜条件差，可能会导致齿面之间出现滑动或者滚动，因此必须要保证，风力发电组中齿轮箱中所使用的润滑油具有较好的耐磨性能，同时还要具有一定的热氧化稳定性，进而保障整个风力发电组具有较长的使用寿命，同时还要不断降低其摩擦的系数，防止因为接触应力过高而影响设备的使用寿命。
风电机组传动系统振动监测技术的使用教程
风电机组传动系统振动监测技术的使用教程随着风电行业的快速发展，风电机组作为风力发电装置的核心组成部分，其性能和可靠性对风电场运行的效率和安全性至关重要。
然而，由于风电机组在运行过程中承受着巨大的振动力和冲击力，传动系统往往会出现故障和损坏，对风电机组的可靠性和寿命带来威胁。
因此，风电机组传动系统振动监测技术成为了提高风电机组运行效率和可靠性的重要手段。
振动监测技术是通过测量和分析风电机组传动系统的振动信号来判断系统的工作状态和健康状况。
当传动系统发生异常振动时，可以及时发现、定位和诊断故障，以便采取相应的维修和保养措施，避免故障进一步扩大和造成不可逆转的损害。
因此，了解和掌握风电机组传动系统振动监测技术的使用方法对于风电场的技术人员和维护人员来说至关重要。
一、传动系统振动监测技术的原理与意义风电机组传动系统振动监测技术的核心原理是通过安装在关键位置的振动传感器，实时监测传动系统的振动信号。
传感器会将振动信号转化为电信号，并通过数据采集装置获取到振动信号的波形、频谱和特征参数等信息。
通过对这些信息的分析和处理，可以对传动系统的健康状况进行评估和判断，及时发现并排除潜在的故障风险。
传动系统振动监测技术的意义在于：1. 提早发现故障：传动系统故障往往由于持续振动和冲击力引起，通过振动监测技术，可以及时发现故障的早期信号，避免故障的进一步恶化。
2. 降低维修成本：及时诊断和维修传动系统故障，可以避免故障的蔓延，减少停机时间和维修成本。
3. 提高运行效率：通过振动监测技术，可以实时了解传动系统的工作状态，及时调整运行参数，提高风电机组的运行效率。
二、传动系统振动监测技术的应用步骤1. 振动传感器的选择与安装振动传感器是实施传动系统振动监测的关键设备。
在选择振动传感器时，需要考虑传感器的测量范围、灵敏度、频率响应和抗干扰能力等技术指标。
选择合适的振动传感器后，需要根据传动系统的结构特点和工作环境确定传感器的安装位置。
风力发电机组在线状态监测系统
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01
风力发电机组在线状态监测 系统的概述
02
风力发电机组在线状态监测 系统的技术实现
03
风力发电机组在线状态监测 系统的应用场景和优势
04
风力发电机组在线状态监测 系统的发展趋势和未来展望
05
风力发电机组在线状态监测 系统的实践操作和维护管理
经济效益和社会效益分析
经济效益：降低维护成本，提高发电效率，增加收益 社会效益：减少环境污染，降低碳排放，促进可持续发展 投资回报率：根据投资成本和发电收益进行评估，确定投资回报率 风险评估：考虑市场风险、技术风险、政策风险等因素，进行风险评估
投资回报率和风险评估
投资回报率：根据风力发电机组的运行情况和维护成本，评估投资回报率 风险评估：考虑风力发电机组的运行风险，如设备故障、天气变化等 成本效益分析：比较不同风力发电机组的成本和效益，选择最优方案 投资决策：根据投资回报率和风险评估，做出投资决策
风力发电机组在 线状态监测系统 的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
智能化：利用人工智能技术进行数据分析和预测 集成化：将多个监测系统集成到一个平台，提高效率和准确性 远程监控：实现远程监控和诊断，提高维护效率 绿色环保：采用环保材料和节能技术，降低对环境的影响
未来发展方向和挑战
智能化：利用大 数据、人工智能 等技术，实现在 线状态监测系统 的智能化
诊断方法：使用专 业诊断工具，如振 动分析仪、红外热 像仪等
排除方法：根据诊断 结果，采取相应的维 修措施，如更换损坏 部件、调整参数等
维护管理：定期进 行设备检查和维护 ，确保设备正常运 行
系统升级和优化
TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统
TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统产品概述“TN8000机组振动在线监测分析故障诊断系统”又称TDM系统，是专为汽轮发电机组设计的一套在线振动监测分析系统，系统通过对机组的振动信号及相关状态参数进行实时采集分析，及时识别机组的状态、发现故障早期征兆，对故障原因、故障严重程度、故障发展趋势做出判断，从而可以及时消除故障隐患，避免破坏性事故的发生，也为机组实现状态检修提供了坚实的技术基础。
适用范围汽轮发电机组、燃气轮机、压缩机组、给水泵、风机、电机等工业领域广泛存在的各类旋转机械。
网络构成 TN8000系统由智能数据采集箱、上位分析计算机（工程师站）、远程分析诊断中心及相关的监测分析诊断软件组成。
监测参数 1、振动监测参数●各瓦瓦振●各瓦X、Y两个方向的轴振●键相信号对于装有机组振动保护系统系统（TSI）的机组，TN8000智能数据采集箱与TSI系统的信号连接采用硬接线或通讯方式。
对于没有TSI监测仪表的机组，TN8000智能数据采集箱可以直接与涡流传感器或速度传感器相接。
2、过程量监测参数机组振动特征与其运行工况的过程量参数有很大的相关性。
TN8000智能数据采集箱可以直接采集相关信号或通过通讯方式从DCS系统或其他智能仪表得到。
过程参数主要包括：负荷、偏心、轴位移、胀差、热膨胀、主汽温、主汽压、再热汽压力、再热汽温度、轴承钨金温度、轴承回油温度、缸温、推力瓦温、真空、氢压、励磁电流、励磁电压等。
数据采集单元它具有以下特点：1、采用标准的积木式前插拔模块化结构，可根据现场传感器的数量、信号类型进行灵活配置。
2、基于计算机中断技术、DMA技术、FIFO技术及最新模拟数字电子技术开发的硬件系统，保证了数据采集的实时性、准确性和可靠性。
3、整周期控制电路采用新颖的自适应锁相环技术，避免了在信号分析中的泄漏效应和栅栏效应。
4、采用多重容错、自诊断、看门狗和抗干扰技术，确保系统安全可靠。
风电场并网性能测试中的风机运行状态监测技术应用
风电场并网性能测试中的风机运行状态监测技术应用随着清洁能源的不断发展，风电场的数量也越来越多。
在风电场的运行过程中，风机的运行状态监测是非常重要的。
本文将探讨风电场并网性能测试中的风机运行状态监测技术的应用。
一、风机运行状态监测技术的定义风机运行状态监测技术是指对风机的运行状态进行实时监测、分析和诊断的技术。
通过对风机的振动、温度、压力等信号的采集和分析，判断风机的运行状态是否正常，为运维人员提供预警信息，帮助他们追踪故障、定位问题、优化维护策略，最终提高风电场的可靠性和运营效益。
二、风机运行状态监测技术的应用1. 预测维护通过对风机的运行状态进行实时监测，可以预测风机的故障和设备寿命，提前维修避免设备故障带来的损失。
2. 远程监控利用互联网技术，将风机监测数据上传至远程服务器，通过云平台进行实时监测和管理，提高风电场的管理效率。
3. 运行调优对风机的运行状态进行监测和诊断，帮助运维人员分析问题，并及时调整运行参数，使风机的运行效率最大化。
4. 故障诊断通过对风机的运行状态进行监测和分析，可以快速定位故障点，提高故障处理速度。
三、风机运行状态监测技术的实现为了实现风机运行状态监测技术，需要安装各种传感器和数据采集终端设备，将监测数据上传至云平台，进行实时监测和管理。
1. 传感器传感器是监测设备的核心，常用的传感器包括振动传感器、温度传感器、压力传感器等。
通过这些传感器可以实现对风机的振动、温度、压力等信号的采集和分析。
2. 数据采集终端数据采集终端设备是传感器和云平台之间的桥梁，它负责采集传感器的采集数据，并将这些数据上传至云平台。
3. 云平台云平台是风机运行状态监测技术的核心组成部分，它负责接收和存储风机的监测数据，并进行实时监测和管理。
同时，云平台还可以实现数据分析和挖掘，为运维人员提供决策支持，帮助他们优化运营策略。
四、总结风机运行状态监测技术是风电场并网性能测试中的重要组成部分，它可以帮助运维人员实时监测和诊断风机的运行状态，预测故障和设备寿命，优化维护策略，提高风电场的可靠性和运营效益。
风力发电机组在线振动监测与分析系统的应用
风力发电机组在线振动监测与分析系统的应用摘要：风电机组振动状态监测分析与故障诊断系统是基于风力发电这一特殊的应用领域开发设计的，采用“集散式拓扑结构”，通过安装于每台风机机舱的数据采集装置实现数据的采集，而所有的分析功能都通过设立在风场升压站的数据服务器系统的分析监控软件来实现。
系统主要通过在线监测主轴轴承、齿轮箱、发电机等关键部件的振动，分析这些部件的运行状态，并且根据运行趋势，采用预知维修和故障诊断技术可以不大大减少盲目维修及突发性性事故停机的时间，延长机组连续运行的周期，给公司生产运维带来极大的效益。
关键词：在线振动检测；风力发电机组；故障；振动一、安装ＣＭＳ系统的意义随着风力发电机组投运规模的扩大和运行时间的增加，设备机械故障趋于常态化，振动状态监测技术可对实现风机设备运行过程中有效的预防和发现故障，有计划地对其进行维护，提高机组运行的安全性和经济性。
在风力发电机组２０年设计寿命中，齿轮箱和发电机维护费用占风机所有维护费用的６０％以上，风机运行２０年内部件维护费用（按系统分类）权重分布见图１。
从图１可以看出，发电机和齿轮箱的损坏对于风电场发电量和维护成本影响很大，如何保证齿轮箱、发电机等机械零部件的可靠性，做到预防性维护，已经成为亟待解决的问题。
风力发电机组在线监测技术的宗旨是提前发现机组的潜在故障，及时发现风电机组的问题，降低大部件故障恢复成本，保证发电量。
对风电机组实施在线振动监测的意义具体表现如下：１）预知故障：对机组可能发生的故障及时预警，可进行基于状态监测的维修；２）明确故障部位：积累原始数据，为制定维修计划提供依据，避免过度维修或维修不足，节省维修成本和时间；３）合理安排零部件库存：减少备件数量，降低损耗率，也保证部件更换有足够的准备。
二、ＣＭＳ系统组成及结构风机状态监测与故障诊断系统是集数据采集、状态监测、振动分析、故障诊断为一体的多任务信息处理系统。
可以将其分为三级，其网络拓扑图如图２所示：第一级为机舱采集设备，包括ＩＣＰ加速度传感器，数据采集器，光电转换器，以及环网交换机，采集到的数据通过风场光纤环网传到数据服务器；第二级为放置于升压站中控室的数据服务器，分析程序安装于此服务器内，现场技术人员可以从这个服务器的终端获取本风场的机组运行状态；第三级设立在集团的数据中心，可以将集团所有的数据都传送到数据中心，行业专家，专业技术人员可以更高层次的分析诊断和管理，最后将分析报告按月或季度提交该给用户。
风电机组在线监测与故障诊断系统的数据采集与处理方法分析
风电机组在线监测与故障诊断系统的数据采集与处理方法分析风电机组是一种重要的可再生能源发电设备，为了保证其安全性、可靠性和有效性，需要使用在线监测与故障诊断系统对其进行监测和诊断。
数据采集与处理是整个系统的核心环节，本文将对风电机组在线监测与故障诊断系统的数据采集与处理方法进行分析。
一、数据采集方法分析1. 传感器数据采集风电机组在线监测与故障诊断系统通常使用各种传感器来获取风机的运行数据。
传感器可以测量风机的转速、温度、振动、电流等参数。
这些传感器可以安装在风机的各个关键部位，比如轴承、齿轮箱和发电机等，以获取全面的运行数据。
传感器数据采集的准确性和稳定性对于系统的性能和可靠性至关重要。
2. 远程监测数据采集风电机组通常分布在广阔的地域范围内，传统的现场数据采集方式不太实用。
因此，使用远程监测数据采集技术可以有效地获取远程风机的数据。
远程监测系统通过网络实时传输风机的运行数据，可以随时随地对风机进行监测与诊断。
这种技术可以大幅提高数据采集的效率和准确性。
3. 数据采集频率为了充分了解风机的运行状况，数据采集的频率非常重要。
对于需要准确监测风机运行状态的任务，应该选择较高的数据采集频率。
通常，数据采集频率应根据风机运行速度和重要参数的变化来确定。
二、数据处理方法分析1. 数据预处理由于风电机组在线监测与故障诊断系统监测的数据量大且复杂，需要进行数据预处理。
数据预处理的目的是清除无效数据和噪声，提高数据质量，并对数据进行合理的缺失值处理。
数据预处理可以采用滤波、归一化、插值等方法，以达到更好的数据分析结果。
2. 特征提取特征提取是指从大量的原始数据中提取出有用的特征来表示风机的运行状态。
这些特征可以是统计特征，如均值、方差等，也可以是频域特征或时域特征。
特征提取的目的是降低数据的维度并准确地描述风机的状态。
3. 数据建模数据建模是根据提取的特征建立风机的运行模型。
常用的数据建模方法包括统计分析、回归分析、神经网络等。
风电场并网装置运行状态实时监测技术
风电场并网装置运行状态实时监测技术随着全球节能环保意识的不断提高，清洁能源发电成为趋势。
其中，风电发电作为清洁能源之一受到越来越多的关注。
风电机组并网运行是电网实现清洁能源发电的关键技术环节之一。
为了保证风电场运行的安全可靠，需要对风电场并网装置的运行状态进行实时监测，检测致使主要用于备件检测，比如航空公司的飞机备件检测和检修，以及核电站地下水管道的检测，爆炸物品探测等，检测想做到的是保护人们的生命财产安全。
一、风电场运行状态监测技术现状目前，风电场运行状态监测技术主要采用传统的振动、温度、压力等传感器进行数据采集。
然后通过通信系统将数据传输到监测中心进行分析和处理。
但这种传统的监测方法有很多局限性：1. 数据采集方式单一。
2. 只能监测到局部问题。
它不能全面且及时地监测到风电场内各种设备的运行状态，而且数据处理也存在许多问题。
二、新型监测技术近年来随着人工智能、物联网、云计算、大数据等技术的发展，风电场监测技术得到了更大的发展。
常用的风电并网装置实时监测技术有以下几种：1. 基于声波检测的故障预警技术。
该技术利用声学传感器对风电机组进行监测，检测机组早期故障，包括燃烧失效、磨损、负载不平衡等。
该技术可以提高机组的可靠性和省电。
实际应用中机组上的超声发射检测可以保证机组的运行安全。
2. 基于红外线技术的温度监测。
该技术利用红外传感器对风电机组的温度进行监测，检测机组温度异常，如过热等。
该技术可以提高机组的安全性和省电。
其应用基本上不受环境、气候和空气中水蒸气影响，因此可以适应于各种易于受热、湿度影响的环境。
3. 基于智能门锁技术的安全运行保障。
对于风电组合主机房内设备敏感性较高的问题，强化机房内设备的安全运行系统，增强设备敏感性。
4. 基于振动检测技术的状态监测。
该技术利用振动传感器对风电机组的振动进行监测，用于故障诊断、健康监测等，检测机组的轴承磨损、齿轮失牙等故障。
该技术可以提高机组的可靠性和省电。
直驱风力发电机组在线振动监测系统技术方案(最终确认版)20130527
金风直驱风力发电机组TCM在线振动监测系统技术方案（仅适用于国华赤城六期、柳山一期项目）北京观为时代科技有限公司（为丹麦格莱音（Gram&Juhl）中国合资公司中方母公司，建有MHCC TM设备健康体检中心）二零一三年五月目录一. 技术方案与系统主要设备指标 (3)1.1丹麦格莱音TCM®集成的风机状态监测系统简介 (3)1.2 金风直驱风机在线振动监测系统方案及主要技术指标 (4)1.2.1在线振动监测仪（M-System）技术性能指标 (5)1.2.2 加速度振动传感器的主要技术指标 (5)1.2.3 转速信号的获取 (6)1.2.4 在线振动监测仪安装与供电 (6)1.2.5在线振动监测仪的通讯 (8)1.2.6格莱音TCM在线振动监测与故障诊断分析软件系统 (8)1.2.7在线振动监测系统与SCADA系统的对接 (10)二. 技术支持与培训 (10)三. 质量保证与软件升级服务 (10)四. 供货范围 (10)签字页： (12)一.技术方案与系统主要设备指标1.1丹麦格莱音TCM®集成的风机状态监测系统简介丹麦格莱音(Gram&Juhl) 是全球风力发电机状态监测领域的领导者。
自1999年以来，格莱音已经为全球超过6000台风力发电机装备了其先进的TCM®风机状态监测系统，并提供及时可靠的远程诊断分析服务，是目前全球装机量最大的风力发电机组状态监测系统提供商。
格莱音(Gram&Juhl)也是全球最大的海上风力发电机状态监测系统提供商。
TCM®系统已经为全球超过1,500台海上风力发电机组提供在线振动监测和诊断分析服务。
格莱音(Gram&Juhl) TCM®系统为全球主要风机制造商和风电运营商广泛应用。
TCM®在中国已经成功应用于国电龙源、中国大唐、国华能源等风电场。
格莱音（Gram &Juhl）的TCM®系统通过了ISO 9001质量体系认证，取得了德国劳氏（GL）认证、美国UL认证以及丹麦FORCE认证，通过对超过5000台风机振动监测和分析实践，特别是对海上风力发电机组状态监测的规模应用经验，使TCM®成为目前响应能源局《导则》最佳的系统。
FD119大型风电机组振动检测技术及实施方法
大型风电机组振动监测技术及实施方法岳俊红北京中能联创风电技术有限公司，北京市西城区阜成门北大街6号-9，邮编100034The vibration monitring technologys of large wind turbine generater andits implementing methodsY ue JunhongBeijing Zhongneng Lianchuang Wind Power Technology Co., LTD. The 6th -9, North Avenue Fuchengmen Xicheng District,Beijing,China. 100034摘 要：总结了风电机组振动监测的应用概况，提出了适用于风电机组振动监测的实施方法，指出便携式离线振动监测和在线振动监测均可用于风电机组状态监测，配备远程诊断专家系统，可以提高振动监测工作效率和诊断的准确性。
关键词：风电机组；振动监测；远程诊断Abstract: The application status of vibration monitoring of wind turbine generator was summed up and the implementing methods of vibration monitoring were presented. It was thought that the off-line vibration monitoring and on-line vibration monitoring can all be used for wind turbine generator. The expert system of remote diagnostic can improve the efficiency and diagnostic accuracy. Key word: Wind turbine generator; Vibration monitoring; Remote diagnostics1 引言随着能源安全和全球气候变暖问题的日益严重，作为绿色能源的风能已受到世界各国的高度关注和重视，在各国共同努力下风力发电得到了快速发展。
风力发电机组振动分析方法
风力发电机组振动分析方法摘要：风力发电机组振动超限类故障较为常见，不仅因为风电机组结构，细长的叶片及塔筒，沉重的机舱容易产生振动。
还有多环节的传动链及偏航系统；复杂的控制策略，开关过程、控制过程，加之一系列动态载荷，如：阵风、湍流、波浪（海上风机）、地震、叶轮转动等；都有容易激发机组的强烈振动；另外测量回路中测量本体，线路虚接及干扰问题造成的测量信息错误引发故障也占了该类故障触发相当大的比重。
本文主要通过描述一个真实振动案例分析和解决的过程，寻求一个该故障的普遍解决办法，为解决风力发电机组振动故障提供参考和借鉴。
关键字：风力发电机组；振动；控制；1引言风电机组振动超限类故障是一个非常常见的故障，因为涉及电气、传动、控制、结构、环境很多因素，使得该类故障分析及处理有一定难度。
本文通过一个真实案例，详细阐明机舱加速度超限故障分析过程，为该类故障提供解决方案。
二、测量回路引发故障2.1检测回路基本原理为防止机组振动引发严重后果，一般风电机组会配备加速度传感器计量机舱振动情况，有些机组厂商还会增加摆锤作为后备保护串入安全链中，通过调节摆锤的重心高度，达到相应的加速度限值要求。
加速度传感器主要通过对内部质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律获得加速度值，根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、电感式、应变式、压阻式、压电式等。
2.2检测回路故障处理无论使用哪种加速度传感器，都会不同程度的受到其测量本体可靠性、传输线路可靠性、接收信号模块故障及干扰问题的影响从而引发故障。
因测量本体、接收信号模块以及线路虚接问题，经细致检查或替换备件的方法可以找到故障点。
另在新投入风电场可能出现设计算法过于敏感，特殊天气导致机组误报振动加速度故障。
信号干扰问题，风力发电机组使用的振动模块，更加注重低频段测量精度，模块本身就具备滤波及抗混频功能。
为防止机组误报，主控程序中还会再次对有效值进行滤波，所以一般情况下不会发生信号干扰引发故障。
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收稿日期:2007-09-20.基金项目:国家863计划资助项目(2005AA512020).作者简介:姚兴佳(1948-),男,辽宁抚顺人,教授,博士生导师,主要从事风力发电技术等方面的研究. 风力发电技术文章编号:1000-1646(2007)06-0627-06 【特约】大型风电机组振动分析和在线状态监测技术姚兴佳,刘颖明,刘光德,邢作霞,鲍洁秋(沈阳工业大学风能技术研究所,沈阳110023)摘 要:风力机是一个刚柔耦合的多体系统,作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使系统产生变形或振动,影响风力机的正常运行,严重时会导致风力机损坏,为此振动稳定性成为机组设计首要关注和解决的问题.从机组的振动原因分析入手,研究了主要振动源的动力学方程,对塔架进行了Campell 共振图分析,用有限元分析方法计算出塔架的固有频率和振型,为机组设计提供了依据,通过在线振动监测手段验证了设计的有效性.关 键 词:变速变距;风电机组;振动;在线监测;Campell 分析中图分类号:TM 614 文献标识码:AVibration analysis and online condition monitoring technology forlarge wind turbineYAO Xing 2jia ,L IU Y ing 2ming ,L IU Guang 2de ,XIN G Zuo 2xia ,BAO Jie 2qiu(Wind Energy Institute ,Shenyang University of Technology ,Shenyang 110023,China )Abstract :For the variable speed operation of large scale wind turbine ,the vibration and correspondingly caused load are key problems that can not be ignored.Both vibration analysis and monitoring for a large wind turbine were discussed.Firstly ,the vibration reason and excitation resource of large variable speed wind turbine were analyzed.Secondly ,dynamic equations and tower Campell diagram were proposed.Thirdly,the natural frequcy and excited frequency of tower were analyzed by finite element method.Finally ,the design safety and validity were verified by online vibraton monitoring.K ey w ords :variable speed adjustable pitch ;wind turbine ;vibration ;monitoring on line ;Campell analysis 风力机是一个刚柔组合的多体系统,随着风力机额定功率的增加,塔架高度和风轮直径都已突破100m 量级,叶片的刚度越来越小,叶片的柔性越来越大.当风力机在自然风条件下运行时,作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使系统产生变形或振动,影响风力机的正常运行,严重时会导致风力机损坏.因此,风力机设计必须考虑系统的稳定性和在外部载荷作用下的动力响应,包括机械振动稳定性和动力响应,以及气动弹性稳定性和动力响应.主要有:①风力机气动弹性稳定性和动力响应;②风力机机械传动系统的振动;③风力机控制系统(包括偏航系统和变桨距系统等)的稳定性和动力响应;④风力机系统的振动[1-2].引起机组振动的振动源,包括风轮的气弹效应、机电驱动链的扭曲振动效应、偏航引起的振动、风轮周期转动引起的风轮塔架耦合的整机振动等,其中塔架振动较为危险,在设计中尤为注意[3].在机组完成原始设计后,采用在线振动监测手段进行各振动源的测试和分析,从而验证设计的正确性.第29卷第6期2007年12月沈 阳 工 业 大 学 学 报Journal of Shenyang University of TechnologyVol 129No 16Dec.2007本文从机组的振动原因分析入手,研究主要振动源的动力学方程,对塔架进行Campell共振图分析,再从有限元手段分析出塔架的固有频率和振型,为机组设计提供依据,最后通过在线振动监测手段验证设计的有效性.1 风电机组的振动原因分析振动问题是风力发电机组的重要问题.随着机组容量的增加,大型风力发电机组由于结构体积的增大和弹性增加,更加容易引发振动问题,因此机组在设计阶段应该进行机组的固有特性计算、可能会引起的谐振问题的分析和可能引起谐振的运行区域分析,从而避免这些现象.风轮、塔架、机械传动链的固有频率相互间不能太接近,同时它们和激励源的频率也不可以太接近.大型变速机组的振动问题,主要集中在4个方面:①风轮的气弹效应;②机械传动链的扭曲振动,可能会受到气动效应和电气特性的激励;③偏航运动引起的振动问题;④风轮塔架耦合的整机振动.这几个振动源会相互影响,相互作用,经常需要综合起来考虑.叶片的气动弹性稳定性问题可分为气动弹性静态稳定性和气动弹性动态稳定性两种.当风力机叶片旋转不出现振动时,只有弹性力和定常空气动力起作用,所发生的不稳定是气动弹性的静态不稳定,如扭转发散;当风力机叶片旋转出现振动时,振动可能有三种形式:①挥舞方向振动,它是叶片在垂直于旋转平面方向上的弯曲振动;②摆振方向振动,它是叶片在旋转平面内的弯曲振动;③扭转方向振动,它是绕叶片变距轴的扭转振动.在空气动力、惯性力和弹性力的耦合作用下,这三种形式的振动还会发生耦合,产生气动弹性的动态不稳定.一般风力机叶片气动弹性动态不稳定包括挥舞—摆振不稳定、扭转—摆振不稳定、经典颤振等[4].机械传动链定义为风轮、轮毂、主轴、齿轮箱、高速轴、刹车、联轴器等,驱动链的谐振会对部件动态载荷有很大的影响,导致齿轮箱转矩增大,产生严重的机械噪声并造成部件损坏[5].机组扭曲振动特性一般由下面3个机械弹性参数决定:①旋转体的转动惯量;②主轴的扭曲刚度;③扭曲阻尼常数.这3个参数在设计中由驱动链构成部件的材料特性决定.偏航振动的激励源为风轮和机舱的气动力和力矩,主要来自于风切变或塔影效应.大型风力发电机组的整机振动一般为风轮和塔架的耦合振动.塔架的固有频率与实际刚度直接相关,按照塔架固有频率与叶片通过塔架频率3P(3叶片,如果是2叶片,则为2P)的相对位置定义塔架柔性程度,塔架固有频率在3P之上的称为刚性塔架,在3P之下为柔性塔架,远离3P 之下为柔软型塔架[6].风轮转速引起塔架的激励源主要有2个频率:①风轮旋转频率,此激励主要是质量分布不平衡所致;②风轮旋转频率乘以叶片数目的倍数,如3P,6P等,主要是气动力不平衡所致.振动分析可以采用Campell(坎布尔)共振图进行辅助分析.这四种振动源中,如果叶片设计合理,3叶片控制平衡,可以避免气弹效应引发的振动.偏航振动为出现在偏航动作或对风误差时的暂态效应.传动链的扭曲振动和风轮塔架耦合的整机振动为最常见和较严重的振动.2 机组动力学运动方程图1为建立风力机系统动力学方程时的坐标.1)惯性坐标系R0(O0x0y0z0),坐标原点位于塔架根部中心,基矢量为[i0 j0 k0]T;2)塔架坐标系R t(O t x t y t z t),在塔顶横截面固结,坐标原点O t位于机舱/塔架连接面中点(塔顶中心),基矢量为[i t j t k t]T;3)机舱坐标系R n(O n x n y n z n),与机舱固结,图1 风力机系统坐标Fig11 Coordinate frames of wind turbine826 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷坐标原点O n位于机舱质心,z n垂直于塔顶横截面,基矢量为[i n j n k n]T;4)旋转坐标系R h(O h x h y h z h),坐标原点O h 位于轮毂中心,相对机舱坐标系R c绕y c轴以风轮角速度Ω做定轴转动,基矢量为[i h j h k h]T;5)挥舞坐标系R f(O f x f y f z f),坐标原点位于挥舞铰O f处,相对旋转坐标系R h绕y h轴转动,用转角(χ0+χ)表示,χ为叶片预锥角,基矢量为[i f j f k f]T;6)摆振坐标系R l(O l x l y l z l),坐标原点O l位于摆振铰处,相对挥舞坐标系R f绕z f轴转动,用转角ξ表示,基矢量为[i l j l k l]T;7)变矩坐标系R p(O p x p y p z p)坐标原点O p 位于变矩铰处,坐标轴x x沿叶片的弹性轴方向, yη,zξ为叶片变形前横截面上分别平行、垂直于叶片弦向的惯性主轴.它相对摆振坐标系R1绕x1轴转动,用转角θp表示.基矢量为[i x jη kξ]T.8)弹性轴坐标系R r(O r x x′yη′,zξ′),描述叶片弹性轴上任意一点P变形后的坐标系,坐标x x′轴沿叶片的弹性轴方向,yη′,zξ′为叶片变形后截面上分别平行、垂直于叶片弦向的惯性主轴.基矢量为[ix′ jη′ kξ′]T.211 叶片动力学方程叶片动力学方程是在非惯性坐标系的旋转坐标系R h中建立.根据完整非保守系统Hamilton 原理,有[7]∫t2t1(δU-δT-δW)d t=0 (1)式中:U———系统应变能;T———系统动能;W———广义外力所做的虚功之和.将上式进行变分运算,并根据虚功原理,最后可得叶片的动力学方程为M i¨q i+C i q i+K i q i=F i (2)式中:M i———叶片单元的质量矩阵;C i———阻尼矩阵;K i———刚度矩阵;F i———载荷向量;q i———位移向量.其中考虑了风轮的动能、应变能、惯性力、重力和空气动力等因素的影响.212 机舱动力学方程风力机机舱运动可看成是三维刚体运动.从动力学分析的角度可将它分解成跟随质心的运动和相对质心(平移坐标)的运动,前者可用质心运动定理来描述,后者可用相对质心的动量矩定理来描述.假设:A点为机舱与塔架连接面的中点, B点为轮级中心,C点为机舱质心,则根据质心运动定理和欧拉动力学方程,机舱动力学方程可表示为J nεn+ ωn J nωn=(m nαn-F B)×R CA+(F B+F UN)×R C B+M A+M B(3)式中:J n———机舱对中心惯性主轴的主转动惯量列阵;εn———机舱对中心惯性主轴的角加速度;ωn———机舱对中心惯性主轴的角速度叉乘阵;ωn———机舱对中心惯性主轴的角速度阵列;m n———机舱质量;αn———机舱质心加速度;F B———轮毂对机舱的作用力;F UN———叶片静不平衡产生的离心惯性力;M A———A点处转矩;M B———B点处转矩;R CA———C点到A点的矢径;R C B———C点到B点的矢径.213 塔架动力学方程塔架动力学方程直接在惯性坐标系Ro中建立.它可表示为M t¨q t+C t q t+K t q t=F t+F A (4)式中:M t———架单元的质遥矩阵;C t———塔架单元的阻力矩阵;K t———塔架单元的刚度矩阵;q t———塔架的位移向量;F A———机舱作用在与塔架相连处的力;F t———作用在塔架上的其它外力.214 风轮/机舱/塔架耦合系统动力学方程由上面叶片、机舱和塔架动力学方程,可得到风轮/机舱/塔架耦合系统动力学方程M oij¨q t+C oij q t+K oij q t=0(i=1,2,…,T F)(5)式中:M oij———耦合系统的质量矩阵;C oij———阻尼矩阵;K oij———刚度矩阵.可表示为926第6期姚兴佳,等:大型风电机组振动分析和在线状态监测技术 M oij=M T bij+M C ij+M t ijC oij=C T bij+C A bij+C c ij+C t ijK oij=K U bij+K T bij+K A bij+K C ij+K c ij+K t ij(6)式中:M T bij———风轮动能所对应的质量矩阵;C T bij———风轮动能所对应的阻尼矩阵;C A bij———空气动力所对应的阻尼矩阵;K U bij———风轮应变能所对应的刚度矩阵;K T bij———动能所对应的刚度矩阵;K A bij———空气动力所对应的刚度矩阵;K C ij———重力所对应的刚度矩阵;M C ij———机舱结构所对应的质量矩阵;C c ij———机舱结构所对应的阻尼矩阵;K c ij———机舱结构所对应的刚度矩阵;M t ij———塔架结构所对应的质量矩阵;C t ij———塔架结构所对应的阻尼矩阵;K t ij———塔架结构所对应的刚度矩阵.其中,C t ij=αM C ij+βK c ijα、β———阻尼比例系数;T F———系统总的自由度数.3 机组的Campell分析Campell图又名共振图,是常用的一种判断设备工作时是否存在共振和共振转速位置的工程图解法.利用共振图可以找出共振时设备的固有振动频率和激振频率,作为排除故障的依据[8].以沈阳工业大学研制的115MW双馈式变速恒频风电机组为研究对象,机组结构特点为3叶片、上风向运行、电动变桨距驱动方式、主动式偏航阻尼系统及双馈发电机转子励磁调节功率输出方式.经软件建模和模态分析后,各模态计算见表1.表1 塔架模态(风轮角方位0°)T ab11 Tow er modes(azimuth=0°)模态频率/Hz阻尼因子斜率前后1阶01391010050010298前后2阶21796010050-017474前后3阶61562010050-012836侧向1阶01389010050010300侧向2阶21472010050-015444侧向3阶61143010050-012112 绘制出塔架谐振Campell图,如图2所示.从图2可以看出机组的塔架一阶前后模态,频率为01391Hz;塔架一阶侧向模态,频率为01389Hz.在风轮转速12r/min时,和2P斜线有交点,出现谐振情况.塔架二阶前后模态在19r/min时和风轮转速9P频率有交点,出现谐振情况.图2 115MW SU T21500机组塔架振动Campell图Fig12 Campell diagram of115MW SU T21500wind turbine tower4 塔架固有频率和振型对塔架进行有限元建模和分析,找出塔架的固有频率和振型.为方便振型的命名,作如下定义:航向为X轴,侧向为Y轴,垂向为Z轴.结果如图3、图4所示.图3 塔架航向一弯矩振型(f=015369Hz)Fig13 First bending modal shapein tower X axis图4 塔架航向二弯矩振型(f=319035Hz) Fig14 Second bending modal shape in tower X axis115MW风力发电机组风轮的额定转速为20r/min,有3片桨叶,这意味着风机塔架结构动036 沈 阳 工 业 大 学 学 报第29卷力学设计中应该避开塔架结构的低阶固有频率20×3/60=1Hz.塔架航向一弯和塔架侧向一弯与1Hz相比,频率相差较远,满足上述避开频率的设计要求.因此,塔架结构满足动力学的设计要求.5 振动在线监测与分析机组设计完成运行后,有必要对实际振动情况进行监测与分析,机组运行状态的在线监测为最有效方法.根据德国G L认证的在线状态检测标准(Condition Monitoring System),选择基本的几处振动测试点,如表2所示.振动控制策略的测试验证,选择在SU T2 1000样机上进行验证,如图5所示.按照表3所列的几个必要测量点,这里选择10个位置设置加速度传感器:主轴承水平向、垂直向2个,低速轴轴承和齿轮箱处埋设4个传感器,发电机内外轴承2个,机舱2个.此外辅助转速测量通道1个.整个传感器的布局如图6所示.表2 G L标准中规定的必要测量点T ab12 N ecessary measuring points according to G L CMS certif ication机组部件各部件设置传感器个数测量方向频率范围风轮主轴承处1水平风向011Hz…≥10kHz齿轮箱3水平风向011Hz…≥10kHz发电机轴承2水平风向10Hz…≥10kHz塔架机舱连接处2a)水平风向;b)垂直风向011Hz…≥100Hz 加速度传感器输出电压正常偏差范围在10～12V之间,根据测量所得的各通道瞬时偏差电压统计上限值如表3所示,可见各测量位置振动状态良好,都在偏差限制范围内.图5 SU T21000机组样机Fig15 1MW SU T21000wind turbine prototype图6 在线状态检测的传感器布置Fig16 Sensor distribution for online vibration measurement表3 SUT21000各位置传感器的布局和设置T ab13 Sensor layout and measurement limit values in SUT21000wind turbine通道安装位置偏差上限值/V状态模拟通道1主轴承水平向 11116良好模拟通道2主轴承垂直向 11111良好模拟通道5低速轴端轴承轴向 11166良好模拟通道6齿轮箱输出端轴承轴向 11163良好模拟通道7发电机内侧轴承轴向 11107良好模拟通道8发电机外侧轴承轴向 11185良好模拟通道9机舱水平向 11153良好模拟通道10机舱垂直向 11118良好模拟通道12齿轮箱动力输入端水平向11166良好模拟通道13齿轮箱顶部靠齿圈垂直向1116良好转速通道发电机输入轴 良好 在线状态检测测试结果如图7～9所示.图7显示机组运行过程中,由模拟通道9测量的机舱水平向加速度情况.上面波形为振动速度,下面波形为振动加速度测量出的电压幅值变化情况.图8显示机组运行过程中,由模拟通道10测量的机舱垂直向加速度情况,可以看出机舱前后、侧向运动速度都在限制值内,没有发生振动情况.图9显示机组运行过程中,由通道7测量的传动链电机内侧振动波形,最下面的曲线为发电机转速变化曲线,中间曲线为发电机内侧振动波136第6期姚兴佳,等:大型风电机组振动分析和在线状态监测技术 图7 机舱水平向加速度(模拟通道9)Fig 17 Nacelle acceleration in X direction (analog channel 9)图8 机舱垂直向加速度(模拟通道10)Fig 18 Nacelle acceleration in Y direction (analog channel 10)形最高点的相角,最上面的几簇曲线为发电机内侧振动速度,其中密集分布的曲线分别为1倍频、3倍频、4倍频振动曲线,最上面的一条曲线为叠加后波形,总的振动幅度在设置的限制值内,没有明显振动发生,验证了机组避免振动的设计效果.图9 传动链电机内侧振动波形(运行过程)Fig 19 Vibration waveforms in generator inner sidewhen wind turbine operating6 结 论本文针对大型变速机组不可避免的振动问题,首先分析引发机组振动的几种振动源,着重针对风轮塔架耦合的振动进行避免振动设计.通过对机组运行方程的研究、有限元分析得到塔架振动特性,为设计提供了依据,然后通过在线状态监测手段验证了设计的有效性.该研究结果具有实际应用价值.如果全面考虑机组的振动监测情况的话,桨叶和塔筒的监测也应包括其中,这样才能完整地监测和分析整个风电机组的振动情况.参考文献:[1]邢作霞,姚兴佳,陈雷,等.基于成本模型法的1MW变速风电机组的参数优化设计分析[J ].太阳能学报,2007,28(5):538-544.(XIN G Zuo 2xia ,Y AO Xing 2jia ,CHEN Lei ,et al.The analysis of 1MW variable speed wind turbine parameters optimal design 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