风电机组振动检测预防性检修技术的应用分析

风电机组振动检测预防性检修技术的应
用分析
[摘要]大部分风力发电机组运行的工作环境恶劣，加之风速、风向具有较
高的不稳定性与不确定性，因此风力发电机组主要运行在交变负载作用状态中，
这样一来，很容易造成对机组的传统系统等部件的损坏。

同时由于风电机组所
在的地区相对偏远，所以会相应的增加检修的困难度。

因此必须加强对风电机组
的振动监测及故障诊断工作，下面进行深入的分析。

[关键词]风电机组；振动检测；预防性检修
前言
风能作为一种清洁能源，发展迅速。

由于风电机组通常在野外，环境条件恶劣，而且容易发生故障，因此维护保养需要耗费大量的人力物力。

国内已开展
了大量关于风机的故障诊断研究，取得了丰硕的成果，给出了形式多样的状态
监测方法和信息融合诊断技术。

这些研究大部分基于数值计算和理论分析，提
出了各种控制措施，然而由于风电机组的复杂性和运行环境的多变性，有必要
在设计之初就考虑机组的振动特性，进行优化设计并开展相应的试验验证，以
避免发生异常振动。

1总体设计
风力发电机组主要由主轴加齿轮箱和发电机方式的传统驱动，也有采用永磁
直驱电机连接负载端，比传统驱动少了齿轮箱，整体驱动性能提高故障点减少。

目前，为监测机组运行状态，主要以人借助工具初步判断，运行中的电机在某
些部件出现振动、摆动异常增大或内部有金属摩擦、撞击声等情况，通常是依
靠紧急停机进行检查判断，难以完成设备安全监测和早期预警的重任。

此外，
设备的故障原因识别过分依赖于专业技术人员的诊断分析，仅靠温度检测等不能
完成及时报警的现场要求，此次检测即采用对机器设备各位置振动的检测，目
前采用的监测方式主要分为两种：永磁直驱风机监测和传统双馈风机监测。

风
电机组的振动监测及故障诊断，主要是采取以振动监测为主的各种监测举措，展
开科学的判断以及分析相关信息，正确地掌握住风电机组的运行状态，使得在
相应部件产生故障前，做出及时的报警等操作，从而实现对风电机组的维护由
预防性维护转变为预知性维护。

根据风力发电机组的运行特点，需要实现风力
发电机组振动监测与故障诊断系统的设计：数据采集及传输过程有效、可靠；监
测部件全面；人机交互界面友好；数据处理分析具有较高的实时性。

在风电机组
振动监测及故障诊断系统的设计环节，为使得符合相应功能需求，主要是把振
动监测及故障诊断系统分成三个部分，即数据采集模块、数据库存储模块，以
及监控维护集成模块。

进行数据采集期间，采取建立在以太网的远程采集基础
上的举措，前端采集设备主要是采用采集板卡。

传感器数据到数据采集端的传输，可采取有线或无线传输方案，其中无线传输会产生较高的费用且传输速度较慢，信号抗干扰能力弱，但优势就是安装相对便捷。

有线传输具有更快的传输速度，同时稳定性较强，但是有线网络在安装部署过程中容易受到空间位置的影响。

通常，一个数据采集终端可用于连接多个采集设备。

在数据采集终端连接过程中，每个采集设备可以使用不同的网络模式进行连接。

不同的客户端可以同时访
问数据库服务器和数据采集终端。

风力机振动是系统测量的重要信息内容，风
电机组主传动链是关键性的测试对象，即涵盖了发电机轴承、齿轮箱以及主轴
轴承等等。

2选择和安装传感器
进行风电机组监测系统运行期间，为了确保所得振动信号具备精准性，需要
确保传感器具有良好的特性。

选择传感器时，要严格的保障传感器相应参数是
可以符合系统标准要求的。

在对传感器的类别选择，应该建立在测量对象实际
状态上。

同时，需要采取最佳传感器量程，要确保选择的合理性，一旦不能科
学的选用，也就是所选择的量程不佳，将会降低测量的准确性，同时会因测量
值超出量程而导致传感器损毁等情况。

应该确保传感器具备较高的灵敏度，以满
足相应的精准度需求。

如果传感器具备越高的灵敏度，则可以更加精准的测量
到微弱信号，尤其是应用于故障信号出现的早期阶段。

但同时也应考虑到，在
提升传感器灵敏度的同时，会增大对于外界的噪声的收集，这样一来势必会增
加系统负担，影响到系统正常的分析。

另外，从工程应用角度上看，传感器精度
越高，灵敏度越高，则会产生更高的价格，使得提高了系统设备成本，所以必须
要考虑到成本与测量需求之间关系的平衡以及把握，对于相应的因素展开全面的
分析以及考虑。

有加速度传感器、速度传感器和位移传感器。

该加速度传感器
生产技术成熟，频率响应范围宽，动态范围大，体积小，线性度好，稳定性高，安装方便，故在振动监测及故障诊断系统中，应当采取加速度传感器进行相应
的测量工作。

3选择采集系统和进行软件设计
数据采集系统主要是将各种传感器的信号通过A/D转换成可以接收的信号，
并将信号发送回数据存储模块。

采集板卡具有各异的工作方式，巡回采集、同
步采集是常用的两种。

前一种即采集卡遵循相应规则，针对性地采集各路信号。

后一种即进行采集卡经多路通道，对于信号进行同时的收取。

在实际应用中，
采用同步采集的方式，可以更好地完成对风电机组的监测。

在落实设计软件方
面上，系统的软件模块关键性的构成部分就是故障诊断模块、信号预处理模块、特征提取模块、辅助功能模块。

开发此软件时，需要采取面向对象的编程技术，以及建立在MFC的单文档多视图框架结构基础上，落实界面设计，确保具有良
好的保密性、安全性。

4风电机组故障诊断
首先，测取振动信号。

这项工作主要在测量机组启动加速以及并网发电期间
进行，需要测量不同的振动监测点和周围振动的状态。

机组加速期间临界转速
区时，对于机组振动超标的情况进行仔细的观察，包括主轴和齿轮箱等等。

如
果转速到达临界值，则会增加转子共振振幅，可能由于轴系质量失衡而出现超
标问题，可作重要的评价机组振动的依据。

高转速区时，可以让风电机组实现
并网发电的效果，对于齿轮箱以及主轴、发电机振动频率展开分析，掌握住有
无在正常的振动状态中。

其次，故障诊断。

风电机组的损坏问题，涉及了齿面
的磨损、轴承磨损以及松动、齿轮断裂等等。

在故障的中后期阶段，受损位置
出现较长的一段时间内重新的磨合，所以会降低振动特征信号以及增强噪音，
具有相对平稳的温度反应。

所以，振动监测诊断对预警早中期的故障问题意义巨大，需要及时的依照故障的实际情况，实施针对性的维修。

结束语
总之，风电机组运行期间，因此，加强振动监测和故障诊断显得尤为重要。

振动监测系统经合理的采集以及分析各种振动监测点的振动信号，并进行正确
的诊断，提供给风电机组维护技术重要的依据，进而将机组运行的可靠性增强。

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