风电机组气动不平衡分析及诊断
风力发电机组气动不平衡振动监测研究
第３５卷第９期２０１８年９月机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ.３５Ｎｏ.９Ｓｅｐ.２０１８收稿日期:２０１７－１０－３０基金项目:国家重点研发计划资助项目(２０１８ＹＦＢ０９０４００５)作者简介:李学平(１９８５－)ꎬ男ꎬ浙江嘉兴人ꎬ工程师ꎬ主要从事风电机组状态监测和故障诊断技术工作方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｌｉｘｐ＠ｃｈｉｎａｗｉｎｄｅｙ.ｃｏｍＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.１００１－４５５１.２０１８.０９.００８风力发电机组气动不平衡振动监测研究∗李学平ꎬ卓沛骏ꎬ罗勇水ꎬ周民强(浙江运达风电股份有限公司ꎬ浙江杭州３１００１２)摘要:针对大型风电机组气动不平衡故障的安全监测问题ꎬ对风电机组在气动不平衡故障时表现出的振动特性进行了理论研究ꎬ对风电机组在气动平衡和不平衡时机舱不同位置的轴向和横向振动进行了测试ꎮ根据测试结果提出了一种基于风轮１Ｐ转频振动的在线监测与保护系统ꎬ实时监测风轮１Ｐ转频振动有效值幅值ꎬ采用时间累积的延时报警策略以防止误报ꎮ研究结果表明:气动不平衡故障时风轮１Ｐ转频振动幅值明显增大ꎬ且轴向的振动变化相比横向振动更加明显ꎻ所提出的在线监测系统故障断路响应迅速㊁可靠性高ꎬ对保障风电机组稳定安全运行ꎬ促进叶片监测诊断技术发展具有重要意义ꎮ关键词:风力发电机组ꎻ气动不平衡ꎻ１Ｐ振动ꎻ在线监测与保护中图分类号:ＴＨ１１３.１ꎻＴＫ８３㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ａ文章编号:１００１－４５５１(２０１８)０９－０９４４－０５ＶｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅＬＩＸｕｅ￣ｐｉｎｇꎬＺＨＵＯＰｅｉ￣ｊｕｎꎬＬＵＯＹｏｎｇ￣ｓｈｕｉꎬＺＨＯＵＭｉｎ￣ｑｉａｎｇ(ＺｈｅｊｉａｎｇＷｉｎｄｅｙＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＨａｎｇｚｈｏｕ３１００１２ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙｆａｕｌｔꎬｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｕｎｄｅｒｓｕｃｈｆａｕｌｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ.Ｂｏｔｈｔｈｅａｘｉａｌａｎｄｌａｔｅｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｎａｃｅｌｌｅｗｉｔｈａｎｄｗｉｔｈｏｕｔａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙｆａｕｌｔｗｅｒｅｍｅａｒｓｕｒｅｄ.Ａｒｏｔｏｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ１￣Ｐｖｉｂｒａ￣ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｖａｌｕｅａｎｄａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅ１￣Ｐｖｉｂｒａｔｉｏｎｃａｎｂｅｍｏｎｉｔｏｒｅｄｂｙｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｉｎｒｅａｌｔｉｍｅａｎｄａｄｅｌａｙｅｄａ￣ｌａｒｍｓｔｒａｔｅｇｙｗａｓｕｔｉｌｉｚｅｄｔｏａｖｏｉｄｆａｌｓｅａｌａｒｍ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅ１￣Ｐｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｕｎｄｅｒｒｏｔｏｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａ￣ｓｙｍｍｅｔｒｙｆａｕｌｔꎬａｎｄｔｈｅａｘｉａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｈａｎｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｌａｔｅｒａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎａｒｅｍｏｒｅｏｂｖｉｏｕｓ.Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｔｈｅｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓ￣ｔｅｍｈａｓｆａｓｔｒｅｓｐｏｎｓｅｓｐｅｅｄａｎｄｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙꎬｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｂｌａｄｅｄａｍａｇｅｄｉａｇｎｏｓｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅꎻａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙꎻ１Ｐｒｏｔａｔｉｏｎａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙꎻｏｎ￣ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ０㊀引㊀言近年来ꎬ随着风电装机容量的逐渐增大ꎬ搭建可靠的在线故障诊断及状态监测系统成为提高风电场发电效益的有效手段[１]ꎮ常年运行过程中ꎬ风电机组长期处于交变载荷作用下ꎬ非常容易出现各种故障破坏[２]ꎮ平衡的风轮可以有效防止机组早期的疲劳故障ꎬ给机组提供一个可靠的运行环境[３]ꎮ而风轮不平衡故障会影响传动链及整个结构的安全运行ꎬ为了防止风电机组产生严重失效问题ꎬ有必要在问题显现的初期对机组故障状态进行监测与保护[４]ꎮ风轮不平衡故障主要分为质量不平衡与气动不平衡ꎮ质量不平衡主要来源于制造上的误差ꎬ而随着现代桨叶制造和质量控制技术的发展ꎬ实际运行中的风轮质量不平衡故障较少ꎮ气动不平衡比较常见ꎬ主要来源于桨叶安装误差㊁叶片气动外形改变(例如桨叶裂纹)㊁对风误差等原因ꎮ国内外对风轮不平衡故障的诊断提出了很多方法ꎬ包括分析机组振动的时域与频域信号[５￣７]㊁传动链的扭振[８]㊁监测发电机功率[９]㊁定子电流信号等[１０￣１１]ꎮ这些方法ꎬ从理论和实验室实验的角度ꎬ检测了风轮不平衡时的各种反馈信号ꎬ对于故障的在线监测有一定实际意义ꎮ本文将对风轮产生气动不平衡故障时的受载情况进行分析ꎬ从理论层面讨论当桨距角存在安装误差时ꎬ不平衡载荷对机组振动的影响ꎬ利用ＧＨＢｌａｄｅｄ软件模拟该故障下机舱的振动情况ꎬ并通过现场实验ꎬ对比不同风速下风轮平衡与不平衡时机舱内不同位置的振动情况ꎮ１ 气动不平衡理论分析三叶片产生彼此不同的气动行为可导致风轮的气动不平衡故障ꎮ在这种情况下ꎬ不同的叶片产生的推力是互不相同的ꎮ不同功角的叶素受力情况如图１所示ꎮ图１㊀不同攻角的叶素受力情况本研究截取叶片某弦面ꎬ以桨距角安装误差为例ꎬ分析叶片处于不同气动条件下力学行为的差异ꎮ在合成气流影响下ꎬ该截面处所受升力和阻力的合力为ｄＦꎮ将ｄＦ分别分解为平行和垂直于风轮旋转平面的旋转切向力ｄＦＴ和轴向推力ｄＦＮꎮ因为安装原因ꎬ某故障叶片的桨距角αᶄ小于设计桨距角αꎬ其轴向推力ｄＦᶄＮ大于正常叶片的轴向推力ｄＦＮꎬ而其旋转切向力ｄＦᶄＴ却小于正常叶片ꎮ风轮平面受力分析如图２所示ꎮ图２㊀风轮平面坐标设定及受力分析坐标设置如下:垂直于地面方向为ｚ方向ꎬ水平方向为ｙꎬ机组轴向为ｘꎮ将叶片视为刚体ꎬ其叶片上受到的旋转切向力和轴向推力可表示为:ＦＴ＝ʏＬ０ｄＦＴ(１)ＦＮ＝ʏＬ０ｄＦＮ(２)式中:Ｌ 叶片长度ꎮ设Ｒ为叶片合力点距叶根的长度ꎬ则有:Ｒ＝ʏＬ０ｌｄＦＦ(３)风轮受到３个轴向推力以及３个切向力的作用ꎬ切向力产生扭矩和弯矩:Ｔｘ＝ＦＴＡＲＡ＋ＦＴＢＲＢ＋ＦＴＣＲＣ(４)ＭＴｚ＝ＦＴＡｄｃｏｓ(ωｔ＋φ)＋ＦＴＢｄｃｏｓωｔ＋φ＋２π３()＋ＦＴＣｄｃｏｓωｔ＋φ＋４π３()(５)ＭＴｙ＝ＦＴＡｄｓｉｎ(ωｔ＋φ)＋ＦＴＢｄｓｉｎωｔ＋φ＋２π３()＋ＦＴＣｄｓｉｎωｔ＋φ＋４π３()(６)式中:ｄ 风轮与塔架之间的净空距离ꎻＴｘ 切向力在ｙｚ平面产生的扭矩ꎻＭＴｚ 切向力在ｘｙ平面产生的弯矩ꎻＭＴｙ 切向力在ｘｚ平面产生的弯矩ꎮ轴向推力产生的弯矩可表示为:ＭＮｚ＝ＦＮＡＲＡｓｉｎ(ωｔ＋φ)＋ＦＮＢＲＢｓｉｎωｔ＋φ＋２π３()＋ＦＮＣＲＣｓｉｎωｔ＋φ＋４π３()(７)ＭＮｙ＝ＦＮＡＲＡｃｏｓ(ωｔ＋φ)＋ＦＮＢＲＢｃｏｓωｔ＋φ＋２π３()＋ＦＮＣＲＣｃｏｓωｔ＋φ＋４π３()(８)式中:ＭＮｚ 轴向力在ｘｙ平面产生的弯矩ꎻＭＮｙ 轴向力在ｘｚ平面产生的弯矩ꎮ在正常情况下ꎬ三叶片具有相同的气动特性ꎬ即ＦＡ＝ＦＢ＝ＦＣꎬＲＡ＝ＲＢ＝ＲＣꎬ则风轮向传动链输出稳定的扭矩ꎬｘｙ和ｘｚ平面内的弯矩也都为０ꎮ但当出现如图１所示的情况时ꎬ即其中一片叶片出现桨距角误差ꎬ其轴向推力和切向力大小发生改变ꎮ其中ꎬ扭矩的减小会造成输出功率的损失ꎮ此外ꎬ在上述平面内将产生弯矩ꎬ且随着风轮转动发生交变ꎬ频率即为风轮的转频ꎬ引发机舱内规律的风轮转频１Ｐ振动ꎬ由于气动不平衡对轴向推力的影响更大ꎬ故往往造成机舱内轴向振动较横向更为显著ꎮ为了在早期就能及时发现故障情况ꎬ５４９ 第９期李学平ꎬ等:风力发电机组气动不平衡振动监测研究监测风轮转频１Ｐ振动是识别风轮气动不平衡的可行方法ꎮ本文用Ｂｌａｄｅｄ软件模拟了一台２.５ＭＷ风电机组ꎬ风速为５ｍ/ｓꎬ在某一叶片桨距角存在５ʎ安装误差时机舱内的振动情况ꎮ仿真结果如图(３ꎬ４)所示ꎮ图３㊀风轮平衡与不平衡对机组轴向振动的影响图４㊀风轮平衡与不平衡对机组横向振动的影响由图３明显可见:当风轮不平衡时ꎬ轴向振动加速度明显增加ꎬ而图４中横向加速度在风轮不平衡时增加并不明显ꎮ仿真结果表明:风轮不平衡能加剧机组的振动ꎬ并且对轴向振动影响较横向振动更大ꎮ为了验证理论分析的结果ꎬ本文将通过现场实验的方法获取更多有意义的数据ꎮ２㊀现场实验与分析本研究对某风场一台２.５ＭＷ风电机组进行现场测试ꎬ探讨风轮气动不平衡对机舱内振动的影响ꎬ并和理论仿真结果进行对比分析ꎮ机组基本技术参数如表１所示ꎮ表１㊀机组基本技术参数参数类型参数大小额定功率/ｋＷ２５００额定风速/(ｍ ｓ－１)１１控制方式变速变桨轮毂高度/ｍ８０桨叶长度/ｍ４８.８风轮转速/(ｒ ｍｉｎ－１)８.７５~１４.４(０.１４６Ｈｚ~０.２４Ｈｚ)㊀㊀当机组处于正常运行状态时ꎬ即风轮不存在气动不平衡故障(此处不考虑风切变及叶片表面粗糙等情况)ꎬ记录在不同风速条件下机舱内的振动情况ꎮ此后ꎬ改变其中一根叶片安装桨距角ꎬ使其与其他叶片存在５ʎ的偏差ꎬ同样ꎬ在不同风速条件下运行一段时间ꎬ记录振动数据ꎮ机舱内加速度传感器测点具体安装位置为:主轴承座位置ꎬ主轴下方机架位置以及机舱尾部位置ꎮ将一个时间段连续的风速进行四舍五入取整ꎬ即Ｘｍ/ｓ风速下的测量结果为Ｘʃ０.５ｍ/ｓ风速段测量结果的平均ꎬ统计不同风速条件下机舱内各测点的振动情况ꎮ测试结果表明:无论是风轮平衡还是不平衡ꎬ主轴承座㊁主轴下方和机舱尾部各测点振动平均值几乎相同ꎬ考虑现场传感器走线等问题ꎬ后期均使用机舱尾部实验数据进行分析ꎮ风速为５ｍ/ｓ时ꎬ平衡与不平衡状态时机舱轴向振动频谱如图５所示ꎮ图５㊀气动不平衡前后机舱轴向振动频谱由图５可见:不平衡状态下风轮１Ｐ转频成分幅值明显增大ꎬ约为平衡状态下的两倍ꎮ此外ꎬ平衡状态下２Ｈｚ以内的低频成分较多ꎬ当机组风轮产生气动不平衡时ꎬ机舱内的振动频率成分变得较为单一ꎬ基本集中在转频处附近ꎮ机舱轴向㊁横向振动平均值和最大值随着风速的变化情况如图(６ꎬ７)所示ꎮ图６㊀风轮平衡与不平衡状态下机组轴向振动随风速的变化６４９ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３５卷图７㊀风轮平衡与不平衡状态下机组横向振动随风速的变化由于现场测试条件下干扰因素较多ꎬ尤其是机组遇到阵风或者突然偏航等都会产生短时冲击振动信号ꎬ造成输出数据的偏差ꎮ由于单次现场试验条件的局限ꎬ所采集的最大值数据并不具备很强的代表性ꎬ也可以看出振动最大值随风速的变化没有特定的规律ꎬ因此本研究选用振动的平均值进行对比分析ꎮ图６中ꎬ风轮不平衡时其轴向振动平均值明显增大ꎬ约为平衡时的３~５倍ꎬ(随着风速(转速)增大不平衡更加显著)ꎬ但从图７中可见横向的振动差别并不明显ꎬ该结论与理论仿真的结果较为一致ꎮ上述研究结果表明:气动不平衡可引起机组轴向振动加剧ꎬ因此通过监测风轮转频１Ｐ轴向振动可以有效发现风轮是否存在气动不平衡故障ꎬ保证机组安全运行ꎮ３ 监测与保护传统风轮不平衡诊断方法是人工通过振动频谱判定ꎬ这种后处理的方式其弊端是无法实现故障的实时监测ꎮ本文通过在机组振动监测模块上增加监测风轮１Ｐ转频的功能ꎬ实现风轮气动不平衡的实时监测ꎮ当监测频率振动大于设定值时ꎬ延迟一定时间后ꎬ振动监测模块发出反馈信号给机组ꎬ使机组停机ꎬ同时向上位ＰＬＣ发出风轮转频振动过大报警信号ꎮ监测系统与机组安全链互锁ꎬ报警信号联入安全链ꎬ一旦出现报警立即切断安全链使机组停机ꎮ监测模块的工作流程如图８所示ꎮ振动模块采集机舱内测点位置处的机组轴向振动加速度信号ꎬ通过１００Ｈｚ的低通滤波去除噪声和无用数据ꎬ并利用带通滤波器获取风轮１Ｐ频率下的机组轴向振动信号ꎬ并实时计算得到的振动有效值ꎮ实际应图８㊀风轮不平衡实时监测与保护逻辑用时ꎬ滤波器采用Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ滤波器ꎬ设置监测频率包含风轮１Ｐ转频ꎬ对本文中所测试的机组ꎬ监测频率设为０.１Ｈｚ~０.３Ｈｚꎮ由于振动模块没有其他机组运行数据(功率㊁风速等)信号接入ꎬ不能判定机组处于何种状态ꎬ考虑到不平衡随风速增大更加显著ꎬ减少机组误报警ꎬ故机组在额定风速附近能报出风轮不平衡故障就满足在线监测要求ꎮ综合考虑ꎬ报警振动值设置在额定风速时不平衡振幅最大值处ꎮ同时ꎬ为了防止振动突然冲击增大而导致误报ꎬ本研究采用延时报警方法ꎬ持续时间为累积时间ꎬ其原理如图９所示ꎮ图９㊀延时报警法效果示意图当振幅超过报警线并持续一段时间后ꎬ延迟计时器进行一次计时ꎻ同样ꎬ当振幅小于报警线并持续一段时间后ꎬ计时器数值减小ꎬ直至计时器的数值达到报警要求才发出故障停机命令ꎮ通过Ｂｌａｄｅｄ仿真机组在气动不平衡条件下的运行情况ꎬ机组风轮直径１００ｍꎬ额定功率２５００ｋＷꎬ风文件采用ｄｌｃ１.２工况设定ꎬ得到机舱轴向振动加速度数据ꎮ采用文中提出的监测逻辑ꎬ报警准确率在９０％以上ꎬ并已在１０多个风场投入使用ꎬ取得了很好的效果ꎮ７４９第９期李学平ꎬ等:风力发电机组气动不平衡振动监测研究４㊀结束语为了更好地保障风电机组的安全运行ꎬ本文采用振动的方法监测风轮气动不平衡故障ꎮ理论分析表明:气动不平衡对机组转频１Ｐ振动影响最大ꎻ现场实验结果表明:机舱内不同位置的测点均能有效监测风轮转频１Ｐ振动ꎬ且机组处于气动不平衡时ꎬ轴向振动幅度变化明显ꎬ振动均值增大数倍ꎬ且随着风速增大而逐渐增加ꎻ而横向振动虽有所增加ꎬ但变化幅度不大ꎮ根据现场实测数据ꎬ设计了在线监测系统ꎬ实时监测风轮转频１Ｐ振动ꎬ报警水平线设置在机组额定风速下不平衡振动振幅最大值处ꎬ并采用延时报警的方式以减少误报率ꎻ通过Ｂｌａｄｅｄ仿真验证了报警机制的高准确性ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ):[１]㊀ＡＭＩＲＡＴＹꎬＢＥＮＢＯＵＺＩＤＭＥＨꎬＡｌ￣ＡＨＭＡＲＥꎬｅｔａｌ.Ａｂｒｉｅｆｓｔａｔｕｓｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｉｎｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ[Ｊ].ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓ￣ｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓꎬ２００９ꎬ１３(９):２６２９￣２６３６. [２]㊀ＭÁＲＱＵＥＺＦＰＧꎬＴＯＢＩＡＳＡＭꎬＰÉＲＥＺＪＭＰꎬｅｔａｌ.Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ:ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓａｎｄｍｅｔｈ￣ｏｄｓ[Ｊ].ＲｅｎｅｗａｂｌｅＥｎｅｒｇｙꎬ２０１２ꎬ４６(５):１６９￣１７８. [３]㊀ＮＩＥＢＳＣＨＪꎬＲＡＭＬＡＵＲꎬＮＧＵＹＥＮＴＴ.Ｍａｓｓａｎｄａｅｒｏ￣ｄｙｎａｍｉｃｉｍｂａｌａｎｃｅｅｓｔｉｍａｔｅｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ[Ｊ].Ｅｎｅｒ￣ｇｉｅｓꎬ２０１０ꎬ３(４):６９６￣７１０.[４]㊀ＣＩＡＮＧＣＣꎬＬＥＥＪＲꎬＢＡＮＧＨＪ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉ￣ｔｏｒｉｎｇｆｏｒａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｙｓｔｅｍ:ａｒｅｖｉｅｗｏｆｄａｍａｇｅｄｅｔｅｃ￣ｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ[Ｊ].ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２００８ꎬ１９(１２):１２２００１.[５]㊀ＪＩＡＮＧＤꎬＨＵＡＮＧＱꎬＨＯＮＧＬ.Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉ￣ｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｗｉｎｄｗｈｅｅｌｕｎｂａｌａｎｃｅｆｏｒａｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ[Ｃ].ＷｏｒｌｄＮｏｎ￣Ｇｒｉｄ￣ＣｏｎｎｅｃｔｅｄＷｉｎｄＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬＮａｎｊｉｎｇ:ＩＥＥＥꎬ２００９.[６]㊀ＲＡＭＬＡＵＲꎬＮＩＥＢＳＣＨＪ.Ｉｍｂａｌａｎｃｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｗｉｔｈｏｕｔｔｅｓｔｍａｓｓｅｓｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＥｎ￣ｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２００９ꎬ１３１(１):２８４￣２８９.[７]㊀ＺＨＡＯＭꎬＪＩＡＮＧＤꎬＬＩＳ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｆａｕｌｔｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｉｃｉｎｇｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓ[Ｃ].ＷｏｒｌｄＮｏｎ￣Ｇｒｉｄ￣Ｃｏｎｎｅｃｔ￣ｅｄＷｉｎｄＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬＮａｎｊｉｎｇ:ＩＥＥＥꎬ２００９.[８]㊀ＧＡＲＤＥＬＳＤＪꎬＱＩＡＯＷꎬＧＯＮＧＸ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｉｅｓｏｎｉｍｂａｌａｎｃｅｆａｕｌｔｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓ[Ｃ].ＰｏｗｅｒａｎｄＥｎｅｒｇｙＳｏｃｉｅｔｙＧｅｎｅｒａｌＭｅｅｔｉｎｇꎬＰｒｏｖｉｄｅｎｃｅ:ＩＥＥＥꎬ２０１０. [９]㊀杨㊀涛ꎬ任㊀永ꎬ刘㊀霞ꎬｅｔａｌ.风力机叶轮质量不平衡故障建模及仿真研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２ꎬ４８(６):１３０￣１３５.[１０]㊀ＣＡＳＥＬＩＴＺＰꎬＧＩＥＢＨＡＲＤＴＪ.Ｒｏｔｏｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｄｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓａｆｅｔｙｏｆｏｆｆｓｈｏｒｅｗｉｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎ￣ｖｅｒｔｅｒｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｌａｒＥｎｅｒｇｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ￣ＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅＡＳＭＥꎬ２００５ꎬ１２７(２):２５３￣２６１. [１１]㊀ＧＯＮＧＸꎬＱＩＡＯＷ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｗｉｎｄｔｕｒ￣ｂｉｎｅｉｍｂａｌａｎｃｅｆａｕｌｔｓ[Ｃ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨａｎｇｚｈｏｕ:ＩＥＥＥꎬ２０１０.[编辑:周昱晨]本文引用格式:李学平ꎬ卓沛骏ꎬ罗勇水ꎬ等.风力发电机组气动不平衡振动监测研究[Ｊ].机电工程ꎬ２０１８ꎬ３５(９):９４４－９４８.ＬＩＸｕｅ￣ｐｉｎｇꎬＺＨＵＯＰｅｉ￣ｊｕｎꎬＬＵＯＹｏｎｇ￣ｓｈｕｉꎬｅｔａｌ.Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｎａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃａｓｙｍｍｅｔｒｙｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ３５(９):９４４－９４８.«机电工程»杂志:ｈｔｔｐ://ｗｗｗ.ｍｅｅｍ.ｃｏｍ.ｃｎ ８４９ 机㊀㊀电㊀㊀工㊀㊀程第３５卷。
风力发电机组叶片的气动性能分析
风力发电机组叶片的气动性能分析近年来，随着环境保护意识的增强和可再生能源的迅速发展，风力发电成为了重要的清洁能源之一。
而风力发电机组的叶片作为其中的关键组成部分，其气动性能的分析对于提高发电效率具有重要意义。
本文将重点探讨风力发电机组叶片的气动性能分析，并深入研究其原理和影响因素。
一、气动性能分析的原理风力发电机组叶片的气动性能分析是通过计算机辅助工程（CAE）软件来模拟和预测叶片在风场中的响应。
其中，主要采用的方法是数值模拟和风洞试验。
数值模拟方法基于流体力学和数学模型，通过模拟风场中的流体流动，计算叶片表面的压力分布、力矩和阻力等参数，以评估叶片的性能。
而风洞试验则是通过实验室环境中的风流模拟真实的风场，通过测量叶片表面压力分布和受力情况，来推导叶片的性能参数。
二、气动性能影响因素分析风力发电机组叶片的气动性能受多种因素的影响，以下将分别介绍其主要影响因素：1. 叶片形状：叶片的外形和轮廓对气动性能有着重要影响。
一般来说，采用更长、更窄的叶片可以提高效率，但是也会增加叶片的结构复杂度和重量。
同时，叶片的翼型横截面的选择也会对性能产生显著影响。
2. 叶片材料：叶片的材料选择直接关系到其强度和重量。
常见的叶片材料包括复合材料、纤维增强塑料等。
合适的材料选择可以在保证叶片强度的同时减轻重量，提高风能利用率。
3. 叶片倾角：叶片倾角对叶片的气动性能也有关键影响。
适当调整叶片倾角可以改变叶片的攻角，实现更好的气动特性，并提高发电效率。
4. 风场条件：风的速度、方向和湍流强度等也是影响叶片气动性能的重要因素。
不同的风场条件需要针对性地进行叶片设计，以获得最佳的气动性能。
三、气动性能分析技术应用风力发电机组叶片的气动性能分析技术广泛应用于叶片设计、优化和性能评估等方面。
1. 叶片设计和优化：基于气动性能分析的数值模拟方法，可以对叶片进行自动化设计和优化，以满足预定的要求和目标。
通过模拟和优化，可以寻找最佳的叶片形状、翼型和倾角等，实现更高效率的风能转化。
涨知识风电机组系统故障的表现、诊断及风机维护要点分析！
涨知识风电机组系统故障的表现、诊断及风机维护要点分析！写在前⾯：截⾄2017年11⽉底，全国风电新增容量占到了全国新增装机容量的11.09%。
风电累计装机容量占到了全国装机容量的9.5%。
⽽根据中国风能协会的统计，早在2016年底，中国累计装机量已达1.69亿千⽡，总装机量世界第⼀，成为世界第⼀风电⼤国。
然⽽近年来由于设计、制造、安装、运维等中间环节的失控导致的风电机组故障甚⾄事故不断发⽣，威胁着风电场的安全运⾏。
2016年2⽉，美国纽约州Madison县某风电场的1台机组发⽣叶⽚坠落事故，随后在国内也发⽣了多起叶⽚坠落、变桨轴承断裂事故。
2016年2⽉16⽇，⼤唐河北乌登⼭风电场110号风机倒塔，随后⼏天⼤唐⼭西偏关后海风电场⼀台机组倒塔；2015年12⽉24⽇，瑞典Lemnhult风电场的⼀台VestasV112-3MW机组倒塔，风电机组倒塔事故已经成为风电机组安全运⾏的最⼤隐患，⽽倒塔事故⼤部分是由于风电机组系统性故障引起的。
01故障分类根据故障初期是否引发系统性响应，笔者将风电机组的故障分为两⼤类：典型部件故障、系统性故障。
典型部件故障：多指机组⼤部件⾃⾝出现缺陷导致机组故障，⽐如轴承外圈故障、齿轮点蚀等轴承齿轮类故障，借助传统意义的在线监测系统（CMS）或者离线测试能够较好的诊断该类故障。
系统性故障：指由于机组设计、装配、安装、调试以及运维过程中出现问题导致的机组性能异常、整机振动过⼤、噪声异常等现象，在系统性故障初期机组每个⼤部件单独分析都没有问题，然⽽运⾏起来就会出现问题。
当系统性故障没有得到解决继续运⾏机组，很可能会引发次⽣的典型部件故障，严重情况会引发机组倒塔。
如经常听到业主说：机组振动都报警了，装的CMS系统竟然没有报警。
这⾥的机组振动多指的是整机的前后及左右摆动，⽽不是CMS系统重点关注的传动系的振动。
02系统故障表现与诊断表现：风电机组整机振动偏⼤或经常引发振动报警、机组性能表现⽋佳、运⾏过程伴有异响或较⼤噪⾳。
风电机组风轮气动不平衡故障建模及影响分析
运行与维护
Operation And Maintenance
2019年第7期
2019 No.7
风电机组风轮气动不平衡故障建模及影响分析
赵 凯，厉 伟，赵丽军 （沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳 110870）
［摘 要］在对风轮气动不平衡的建模理论进行简要介绍后，本文综合描述了风轮气动不平衡对风电机组性能的影响，根据 受力分析了气动不平衡对风电机组功率、输出转矩、风轮转速的影响。分析结果表明气动不平衡会使发电功率、输出转矩、风 轮转速明显降低，随着不平衡程度的增大在额定风速附近还会出现明显的波动。说明气动不平衡既能影响风电机组的发电量还 能降低风电机组的发电质量，因此对机组气动不平衡故障进行早期诊断和故障预警是很有必要的。
Zhao Kai，Li Wei，Zhao Li-jun
［Abstract］After a brief introduction to the modeling theory of wind turbine aerodynamic unbalance, this paper analyzes the influence of pneumatic imbalance on wind turbine power, output torque and rotor speed according to the force, and comprehensively describes the wind turbine pneumatics. The effect of imbalance on the performance of wind turbines. The analysis results show that the aerodynamic imbalance will cause a significant decrease in power generation, output torque, and rotor speed. As the degree of imbalance increases, significant fluctuations will occur near the rated wind speed. It shows that the pneumatic imbalance can affect the power generation of the wind turbine and reduce the power generation quality of the wind turbine. It has a certain impact on the performance of the wind turbine. Therefore, it is necessary to conduct early diagnosis and fault early warning of the unit’s pneumatic unbalance fault.
风电场机组故障诊断与排除
风电场机组故障诊断与排除随着可再生能源的重要性日益凸显，风电场作为重要的风能利用方式，其机组故障诊断与排除工作变得至关重要。
机组故障的及时发现和排除，不仅可以保障风电场的正常运行，还能提高机组的可靠性和经济性。
本文将重点探讨风电场机组故障诊断与排除的方法和步骤。
首先，风电场机组故障诊断应从机组的运行状态和行为异常开始。
通过监测机组的运行数据和参数，如转速、温度、压力等，对机组进行实时监控和警报。
一旦机组出现异常状况，应尽快分析原因并采取相应的措施。
常见的故障包括机组的振动异常、发电量下降、机械部件的损坏等。
其次，故障诊断需要依赖专业的设备和技术。
利用故障诊断设备，如振动检测仪、红外线测温仪等，对机组进行全方位的检测和监测。
振动检测仪可用于检测机组的振动状况，判断是否存在异常情况。
红外线测温仪可用于检测机组各部件的温度分布情况，及时发现过热问题。
此外，还可以利用声波检测、摄像检测等辅助手段进行故障诊断。
在故障诊断的过程中，对机组进行维护保养非常重要。
定期检查和清洁机组的各个部件，及时更换磨损严重的零部件，可以减少机组故障的发生率。
此外，加强润滑和冷却系统的维护，保证机组的正常运行。
针对不同的故障类型，有不同的排除方法。
若是机械部件的故障，需要拆卸相应部件进行修理或更换。
在进行维修时，应根据机械图纸和技术规范进行操作，保证修理操作的准确性和安全性。
对于电气部件的故障，可以利用测试仪器进行测量并找出问题所在。
同时，要注意对电气系统的维护和保养，确保电路的顺畅运行。
此外，风电场机组的故障往往是多个因素共同作用的结果，因此在排除故障时，需要综合考虑各种因素。
故障排除的关键是确定故障的根本原因，通过分析故障发生前的运行记录和历史数据，找出故障产生的可能原因，并进行修理和调整。
最后，了解和学习其他风电场的经验同样是解决故障的有效方法之一。
参考其他风电场交流会议、论文和案例，了解他们在故障诊断和排除方面的成功经验。
风机不平衡故障的分析与诊断
状 测与 技术 态监 诊断
文章编 号 ：１ ７ 一 ７ ２ ０ ） １－ ０ ０ ０ ６ ｌ０ １ １（０ ６ ０ ４ － ２ １
中 投俺ｚ ０． 阖 程２６１ ０ １
风机不平衡故障的分析与诊断
丛 岩
（ 利 油 田设 备 处 ， 山东 胜 东营 ２７０ ） ５ ０ １
摘 要 ：本 文 总结 了风 机 不 平 衡 的 原 因 、特 征 和类 型 ，给 出 了两 种 校 正 风 机 不 平 衡 的有 效 方 法 ，对 正 确判 断 风 机 不 平 衡 故 障 、确定 不 平 衡 类 型 、消 除 不平 衡 引起 的振 动 有 一 定 意 义 。
关 键 词 ：风 机 ；不 平衡 ；校 正 中 图分 类 号 ：Ｔ ４ Ｈ４ 文献 标 识 码 ：Ｂ
风 机是 火 电厂 的关 键设 备 。振动 是评 价 风机运
行状态 的重要 指 标 ，造成 风机振 动 的原 因很 多 ，其
３ 相位 特征 ．
工作 转 速一 定 时 ，相 位稳 定 ，转子两 侧轴 承 的 相 位 基 本 一 致 或 相 差 １０ ， 同一 轴 承 水 平 方 向 和 ８。
风机原有平 衡 ，致使 振动 幅值 陡然 增 大。
不 平衡 作用 在非 重心 平 面上 ，等 于静不 平衡 和 力偶 不 平衡 的组 合 ，但两 者均 存在 于 转子 的同一 纵 向平面 上 。如果 校正 平面 可 以 自由选择 的话 ，准静
不 平衡 就可 通过 校 正一个 平 面得 以完 全校 正 。 ４ 动不 平衡 ．
紧固件松 动 ，加 速轴 承等 零件 的磨 损 ，降低 机器 的
寿命 和效 率 。
一
１ 静不 平衡 ， 不 平衡 作用 在 重心所 在 的径 向平 面上 。其 重心 偏 心距 为
大型风机不平衡故障分析及处理
为布袋式除尘器 ， 文丘里水膜式 除尘器为湿式除尘 ， 除尘效 果 不好 ， 但不会磨损 风机叶片 ， 布袋除尘器为干式 除尘 ， 如 果布袋泄露 ， 粉尘会直接冲刷 叶片 ， 造成空心叶片焊 口被磨
穿 进 灰 ， 个 叶 片 中 的进 灰质 量不 同 ， 轮 就 会 出现 质 量 偏 每 叶
源浪费较大。干燥 器改造后 ， 经过半年试运 ， 仪表风露 点有 很 大幅度提高 ， 改造后 ， ４ Ｙ 干燥器 外送仪表 风露点合格率 达到 １０ Ｙ 外送仪表风露点平均值 为 一 ４℃ ， ０ ％， ４ ６ 仪表风露 点 比干燥 器改造前降低 了 ６℃， 仪表风质量 得到 了很大 使
有效值 ２ ． ｍ ／超标 （ ２９ ｍ ｓ 不应超过 １． ｍｒｓ ， １ ｒ ）垂直振动位移 ２ ｄ 值 ０ ９ 振 动 速度 有效值 ４６ｍ ｎ ， 向振 动位移 值 ． ９ｍｍ， ０ ． ｒｓ轴 ／ ０１ ３ｍ 振 动速度 有效值 ０ ４ｍ ／， ． ｍ， ８ ． ｍ ｓ 风机其 它轴承 座外 ８ 测振动速度有效值都在４６ｍｍ ｓ ． ／ 以下 。从除尘器净气室 内 可以看到有灰尘飘浮 ， 除尘器布袋有泄漏现象 ， 风机风箱的 不严密处 可以看到有细灰流出 ， 说明除尘器除尘效果不好 ，
由 于 没 有 停 机 对 出 现 孔 洞 的 叶 片进 行 焊 补 ， 灰 不 断 细
通过诊断 和采 集频谱进行精确 诊断分析 ， 出转子不 做
平衡 故 障 结论 。
（） １ 时域波形酷似正 弦波 ， 且出现间隔为 ６ 的工频 ０ｍｓ 波动， 这是 典型 的不平 衡现 象。 ２ 幅值 谱 以工 频成 分为 （） 主， 振动幅值 ２ ． ｍｎｓ其它频率振 幅相对较小 ， 明振动 ２９ ｒ ， ／ 说 的主要原 因为转子质 量不平衡 。 ３ 风机 承力侧轴 承径 向 （）
风力发电机组故障诊断与检修分析
风力发电机组故障诊断与检修分析随着科技的不断发展和环境保护意识的不断提高，风力发电作为一种清洁、环保的发电方式，越来越受到重视。
然而，风力发电机组在运行过程中，如同其它的电力设备一样，也难免会存在一些故障问题。
为了能够及时有效地进行故障诊断和检修，我们需要了解风力发电机组故障的常见类型，以及其诊断和检修的方法。
一、常见故障类型1.电气故障电气故障是风力发电机组最常见的故障类型之一。
电气故障的表现形式多样，包括断电、电机烧坏等。
在进行电气故障检修时，需要从保险丝、电缆、电机等方面入手，找出故障点，及时更换或修理。
2.机械故障风力发电机组的机械故障也是比较常见的。
例如，齿轮箱的磨损、支架的脱螺等，都会影响发电机组的正常运行。
机械故障检修需要进行分离、拆卸、检查等多项工作，需要专业技术支持和过硬的操作技能。
3.控制系统故障控制系统故障一般是由于程序编码、控制板卡设备的电路元件老化等原因引起的。
检修控制系统故障需要专业技术人员的支持，对硬件和软件都需要进行检查和修复。
二、风力发电机组故障诊断方法1.基于故障点分析故障点分析主要是通过观察和分析故障点周围的症状，以了解故障的具体原因。
例如，在电气故障检修时，可以通过测量保险丝、电缆等的电阻值，来判断故障的具体位置。
在机械故障诊断时，可以通过观察发电机组的运转音响或振动值，来判断具体故障所在。
2.基于数值模拟和仿真数值模拟和仿真是一种常用的故障诊断方法，可以通过计算机模拟出风力发电机组在不同故障情况下的运行状态，以便更加准确地判断故障位置和范围。
3.基于故障数据分析在现代风力发电机组中，装备有大量的传感器和监测设备，可以获取风力发电机组在运行过程中的各种数据。
通过对这些数据进行分析，可以了解故障的具体发生时间、位置和范围，为故障诊断和检修提供参考依据。
三、风力发电机组故障检修方法1.预防性检修预防性检修是一种在机器没有发生故障的情况下，定期进行检查和维护的方法。
电厂风机不平衡故障分析及现场解决
平衡量在各轴承处引起的振动响应， 即为影响系数。 现场动平衡的具体做法是，
通过转 子 平衡面 试加 平衡量 ， 测量试 加平衡 量前 后 的振动 响应 ， 确定 各影 响系 数， 从而求得 应加平 衡重量 。 此 外现场动 平衡还 需要解 决两个 问题 ， 一是相 位 的 确定 ， 二是确 定动平衡 是单 面的还是 多面 的。 相位 的测 定由于 现场环境 的限 制 ，
应用 技 术
●Ｉ
电厂 风 机 不 平 衡 故 障 分 析 及 现 场 解 决
吴 勤波
（ 胜 利发 电厂 电力 实验 研究 所 ） ［ 摘 要］机械 振动 是～ 种 十 分普遍 的 现象 ， 凡 是 运动 的机 械 不管 多么 精密 ， 都存 在 程度 不 同的 振动 ， 有 时 人们 用感 官很 难感 觉 到振 动 的存在 ， 只有 用 现代 仪器 测量 ， 才 能揭示 其真 实面 目， 而风机 转子不 平衡 振动相 对说 来 比较剧烈 。 振 动数据 是反 映机器 状态 最敏感 的参 数 。 本 文针 电厂 风机 阐述 风机 转子 不平衡 的故 障 机理 、 不平 衡 故障类 型 、 转 子 不平衡 故 障的 振动 特 征极 其区 分方 法 ， 并结我 厂 实现 有的 Ｅ ＮＴ Ｅ Ｋ公司Ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｘ ２ ５ ０ ｏ 数 据采 集器 所 拥有 的现 场动 平衡 功 能 ， 介绍 现
四 现 场 动平 衡
现 场动平 衡是指旋 转机械在 现场工作 状态或接 近工作状 态 下， 对其 进行振 动测量 分析和 平衡矫 正的一 种平衡方 法 ， 与转子拆 下放到 平衡机上 进行动 平衡 的方 式相 比有 工作量 小 、 快速 、 平衡精度 高等优 点 。 现 场动 平衡的 原理主要 是 影 响系数 法 。 其 主要基 本思 想是 ： 转子轴 承系统是 线性 系统 ， 轴承处 的振动 响应是 转子各 平衡平 面的不 平衡量 引起的振动 响应 的线性叠 加。 而各平衡 面 的单 位不
风力发电机组故障诊断与修复方法
风力发电机组故障诊断与修复方法风力发电机组在使用过程中难免会出现故障，这时就需要进行故障诊断与修复。
有效的故障诊断与修复方法可以减少停机时间，提高发电效率，并延长设备的使用寿命。
本文将介绍几种常见的风力发电机组故障诊断与修复方法。
一、视觉检查首先，在风力发电机组出现故障时，进行视觉检查是最基本的方法之一。
检查风力发电机组的外观是否有异常，包括旋转桨叶是否有损坏、塔筒是否有倾斜、电缆是否有磨损等。
视觉检查可以提供一些基本信息，帮助确定进一步的故障诊断方向。
二、故障记录与分析在进行风力发电机组故障诊断之前，建立一个完善的故障记录系统非常重要。
每次发电机组出现故障时，应及时记录下故障的时间、地点、情况等关键信息。
这些记录可以帮助工程师们分析，找出故障的规律和共同点，从而更快地定位故障的原因。
三、传感器检测传感器检测是一种常用的故障诊断方法。
通过安装在发电机组各个关键部位的传感器，可以实时监测发电机组的状态，如电流、电压、温度等。
一旦传感器检测到异常值，就可以及时报警，并进行进一步的故障诊断和修复。
四、振动分析振动分析是一种非常有效的故障诊断方法。
通过安装振动传感器来监测风力发电机组的振动状况，可以判断出哪个部件产生了异常振动，并据此来定位故障的位置。
不同类型的故障会产生特定频率和振幅的振动信号，通过分析振动信号，可以快速准确地找到故障。
五、温度检测温度检测是一种常见的故障诊断方法。
通过安装温度传感器，可以监测发电机组各个部件的温度变化。
当某个部件温度异常升高时，说明可能存在故障，如电缆接头松动、电机绕组短路等。
及时发现并解决这些问题，可以避免更严重的故障发生。
六、智能诊断系统智能诊断系统是目前较为先进且高效的故障诊断方法。
它通过对风力发电机组的各种传感器数据进行采集和分析，借助人工智能和大数据技术，实现故障自动诊断。
智能诊断系统不仅可以快速准确地判断故障的种类和位置，还可以提供相应的修复方案，极大地提高了故障诊断和修复的效率。
风机不平衡故障特征与诊断方法
Internal Combustion Engine & Parts• 89 •风机不平衡故障特征与诊断方法白浩(宝钢集团八一钢铁有限有公司，乌鲁木齐830022)摘要：不平衡是各种旋转机械中最普遍存在的故障，引起转子不平衡的原因是多方面的，如转子的结构设计不合理、机械加工质量偏差、装配误差、材质不均匀、动平衡精度差等，本文依据现场实例总结了风机不平衡故障特征与诊断方法。
关键词：不平衡;特征;诊断方法1典型频谱介绍不平衡旋转设备的振动信号，频谱图一般具有如下典 型特征：①原始时域波形的形状接近一个纯正弦波；②振 动信号的频谱图中，谐波能量主要是集中在转子的工作频 率（1X )上；③在升降速过程中，当转速低于临界转速时， 振幅随转速的增加而上升；④当工作转速一定时，振动的 相位稳定；⑤转子的轴心轨迹图呈椭圆形；⑥转子的涡动 特征为同步正进动。
2不平衡实例分析2.1典型案例①某炼钢2#煤气风机状态监测。
某炼钢120吨转炉2#煤气风机振动异常。
②振频谱图比较5H 。
通过分析该设备为典型的不平衡故障。
图2频域波形动不平衡故障非常常见，出现动不平衡时，在水平方 向反映直接，在轴向和垂直不能直观反映动不平衡问题；当确定故障为动不平衡后，通过现场或离线动平衡校验即可解决问题。
2.2悬臂转子不平衡案例① 悬臂转子在生产中普遍应用，如各类中小型除尘风机，频谱特征如下：1) 径向振动1x 频率振幅较大占主导；2) 伴有轴向振动1x 振动，严重时比径向振动还要大；3) 传感器改变90。
，轴承附近的相位也随之改变90毅；4) 轴向相位读数通常是同相的。
② 实例分析：某煤气加压风机状态监测分析。
频谱图分析如下：图3测点分布图测点：轴承箱1H 速度100.075.0050.00 2500幅值(mm /S 〕一2级电机，择频，立联•(风机诗 50H z 』振动幅值64. 22mm/s :水平方 振动烈度这么大』与风机叶轮出现?1琐%1“ | ............频率〔Hz〕图4频域波形测点：轴承箱2V 速度图5频域波形③分析验证：1 )风机轴承箱中缝面水平偏差1.2mm ；2) 因轴承座紧力不够，在轴承箱体摩擦出径向滑痕；3) 风机叶轮取出后，并没有严重缺损和结垢现象，但 在动平衡机上进行校验时发现叶轮摆动。
风力发电系统的故障诊断与维修
风力发电系统的故障诊断与维修在当今能源需求不断增长和环保要求日益严格的背景下，风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，得到了广泛的应用和快速的发展。
然而，风力发电系统在运行过程中，不可避免地会出现各种故障，这不仅会影响发电效率，甚至可能导致整个系统的停机，给发电企业带来经济损失。
因此，对风力发电系统进行及时、准确的故障诊断和有效的维修，对于保障风力发电系统的稳定运行具有重要意义。
风力发电系统主要由风轮、发电机、变流器、控制系统等部分组成，每个部分都可能出现不同类型的故障。
风轮是捕获风能的关键部件，常见的故障包括叶片损伤、叶片失衡、轮毂裂纹等。
叶片损伤可能是由于恶劣天气、异物撞击等原因造成的，会影响风轮的气动性能和能量捕获效率；叶片失衡会导致风轮旋转时产生振动，增加机械磨损和疲劳；轮毂裂纹则可能导致风轮的结构强度下降，严重时甚至会引发安全事故。
发电机是将机械能转化为电能的核心设备，常见的故障有定子绕组短路、转子绕组断路、轴承磨损等。
定子绕组短路会导致电流过大，烧毁绕组；转子绕组断路会使发电机无法正常输出电能；轴承磨损则会增加发电机的运行噪声和振动，影响其使用寿命。
变流器负责将发电机输出的不稳定电能转换为符合电网要求的电能，常见的故障包括功率模块损坏、驱动电路故障、控制芯片失效等。
功率模块损坏会导致电能转换效率下降，甚至无法正常工作；驱动电路故障会使功率模块无法正常导通和关断；控制芯片失效则会导致变流器失去控制，无法稳定输出电能。
控制系统是风力发电系统的大脑，负责监测和控制整个系统的运行状态。
常见的故障有传感器故障、控制器死机、通信故障等。
传感器故障会导致系统无法获取准确的运行参数，影响控制决策；控制器死机则会使系统失去控制，可能导致停机；通信故障会使各个部件之间无法正常通信，影响系统的协调运行。
对于风力发电系统的故障诊断，目前主要采用基于模型的方法、基于数据驱动的方法和基于知识的方法。
基于模型的方法是通过建立风力发电系统的数学模型，根据系统的输入和输出信号，来判断系统是否存在故障。
通风电动机组不平衡故障分析研究
状监 与 断术 态 测 诊 技
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Ｔ ．＿．ｒ．ｔ．１．１． ｒ ． 加 ． ｔ ＿ ＿ ＿ ＿ ．＿ １ ． ． ． ０ ． ． ．
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度传 感器 ，利用永久 性磁铁将 传感 器探头 吸附在测 点位 置 上 ，采集设 备 为德 国产 的Ｖ Ｂ ｘｅ 系 统 。在 额 定工 况下 ， Ｉ ｅｐ￣ 共采 集 电动机输 出端 垂直径 向和水平径 向 、自由端 垂直径 向 、水平径 向和轴 向共五个测 点 的振 动通频值 、波 形和频 谱信号 ，采样 时间为４００ ，采样点 为４０ ６ ０ ｍｓ ９ 个点 ，采样频 率为 １ ２ Ｈｚ ４ ，频率分辨率为０２ Ｈ 。 ０ ． ｚ ５
性 和突发 性不平衡 。不平衡 按其机理 又可分 为静 失衡 、力
值为２． ｍ ／ 其他频率对应幅值非常小 。波形为类正弦波 ， ２ ８ ｍｓ １ ，
其主要周期为２ ． ９ ，对应频率为４ ． Ｈ ，为该设备的—倍 １ ２ｍｓ ６ ６ ３ｚ ２ 频。垂直径向测量的频谱也主要是工频分量特别突出。② 电动 机 自由端径 向最大振动 速度有效值 为４ ．５ ／，水平径 向 ０ ｍｍｓ ４ 频谱波形 如 图２ 所示 。从 图２ 中的频谱 图可以看 出 ，其工 频 幅值高达４ ． ｍｍ ｓ ０ ４ ／，比输 出端水平径 向频谱一 倍频 幅值 更 ４ 大。波形周期不变 ，振 幅增大 。 为了分析设 备是否 存在不 对 中现象 ，测 量 了电动机 自
要 ：介绍不平衡故 障产生 的机理 、特征 信息 以及相关 分析技巧 ，并 针对某通风 电动机组运行 过程 中
风力发电机组叶片气动不平衡研究
M x=ΣP Nh 1+Gh 2+M w+M Δα
(3)
其中
M x为底架和塔筒X 方向载荷; ΣP N 为 叶 轮 推 力合力; G 为风 机 重力;
h 1为风轮中心线到偏航中心距离; h 2为整机中心与塔筒中心的距离; M w为风切、湍流度产生的叶轮倾覆力矩; M Δα为气象不平衡产生的额外倾覆力矩。 利用bl ade d多体动力学载荷仿真 软件对单叶片0度角
PN R
L
(4) 叶片 状 态：叶片 如 果 发 生 过 损 坏 维 修，表 面 重 新 处 理，或 表面气动磨损，或 严重 污染，导 致 叶片外 表面状 态 改 变，导 致 三个 叶片气动外 形 不统一，此 时 0度角也 应该 随 之 调 整，若 未 调 整 则 会出现 0 度角 偏 差。
2 气动不平衡对风机的影响理论分析
偏 差±2.5°(气动不平 衡)与单叶片 0度角偏 差±0.3°(正常)
叶片制造安装过程中各种 误差不可避免，气动不平 衡不
可能 完 全消 失，标 准 规 定 叶片单 叶片 零度角偏 差 小于±0.3°
为正常，当其 超 过 标 准 规 定值 后，对风 机 载 荷、振 动、发电 量
会产生较大影响。
2.1 气动不平衡对风机载荷影响
如图1所示，升力L 与阻力D 的合力R 可分解为与叶轮旋转
(3) 变 桨 执 行 机 构 误 差：电变 桨 风 机角度 定位 通 过变 桨角 度传感 器和 变 桨电 机 绝 对 值 编 码 器，绝 对 值 编 码 器计 算 变 桨 角度 需 要设 置变 桨 减 速器和 变 桨 轴 承传 动比，一 般 减 速器设 计 值 和 实 际 值均 有 误 差，而角度 传感 器与 变 桨 轴 承 啮 合 侧 隙 较大，导致 运行精度降低。长期运行误差积累，容易出现0度 角 偏 差，造 成 叶片角度 不 统 一。
基于载荷频谱的风电机组风轮气动不平衡解决方案
基于载荷频谱的风电机组风轮气动不平衡解决方案摘要：随着风电机组的风轮直径不断增大，由于安装角度误差导致的风轮气动不平衡的概率也越来越高。
气动不平衡的危害非常大，除了影响发电量，产生额外噪音，导致风机振动加大外，还会造成机组各部件的疲劳载荷增大，导致主轴承松动，变桨轴承损坏，叶片断裂，甚至会导致机组倒塌，严重影响风机的寿命和运行安全。
本文从气动不平衡影响最大的塔顶扭矩载荷信号入手，通过分析其频谱幅值，判断其是否存在气动不平衡，然后通过试验的方法调整变桨角度，提供了对气动不平衡的最简单有效的解决方案。
关键词：风电机组；气动不平衡Solution of the Wind Turbine Aerodynamic Unbalance Base On the Load Frequency SpectrumShi Yufeng，Wei Yufeng（Ming Yang Smart Energy Group Co.，Ltd，Zhongshan China，528437）Abstract：With the wind turbine diameter increases，the probability of rotor aerodynamic unbalance because of the install angle will be higher，the influence ofthe rotor unbalance is very large for wind turbine，it may affect the AEP，generate extra noise，increase the vibration value，also it may cause the fatigue load of the main components increase，it leads that main bearing become flexible，pitch bearing failed，blade broken，even turbine collapsed，it can seriously affect the life and safety of the wind turbine.This paper analyses the aerodynamic unbalance of the wind turbine start with the tower top torque load signal，after analyzing the frequency spectrum，we can estimate whether exist unbalanced phenomenon.After that，we can change the pitch angle of different blades，it is the easiest solution for aerodynamic unbalance.Key words：wind turbine aerodynamic unbalance0 引言风轮作为吸收风能的部件，重要性如同飞机的机翼、鸟的翅膀，其气动性能的好坏直接影响到风机的整体性能。
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技术 | Technology
108 风能 Wind Energy
风电机组气动不平衡分析及诊断
文 | 王千，董礼，于迟，苏宝定，程庆阳
风轮是风电机组的重要组成部分之一，它将空气的动能转化为旋转的机械能，它是风电机组的动力之源。
风电机组的大部分载荷也是由风轮传递过来的，风轮一般由几组叶片组成，目前主流机型基本采用3叶片型式风轮。
目前风电机组叶片的故障也越来越多，叶片的故障将直接影响机组转化风能的效率，同时使机组产生额外载荷或者载荷失衡。
所以叶片故障不但会影响自身的动力性能同时会给风电机组其他部件产生较大的损伤，如对变桨系统的损伤、对主轴承的损伤、对偏航系统的损伤等。
叶片在实际运行中主要存在以下几方面问题：运行时间较长的叶片内部配重块脱落；叶片开裂或者雷击造成损伤；现场吊装叶片时，叶片安装角错误；叶片出厂时零位线标记错误；随着变桨系统的累计误差，3个叶片出现桨距角差异过大。
叶片存在上述故障的直接表现就是造成叶片的质量不平衡和气动不平衡，目前质量不平衡故障利用常规的诊断方式可快速进行诊断进行重新配重，但是气动不平衡故障前期不容易被发现，采用常规的诊断方法很难诊断叶片是质量不平衡还是气动不平衡。
机组不平衡分析
首先分析叶片的受力，如下图1所示截取叶片的一个弦面，当该截面以旋转速度u 运行，外界风速v 时，叶片将受到一个合成气流w 的作用，合成气流的大小w 。
w
当叶片受到合成气流w 时，叶片将产生一个垂直叶片弦线的气动力F ，气动力F 沿着合成风速w 方向分解为升力Fl ，阻力Fd ， Fl 升力分解为平行于旋转平面的力Fu 和垂直于旋转平面的Fa ，Fu 将产生旋转力矩推动风轮旋转，Fa 则作用风轮上产生轴向推力。
不考虑湍流、风切变等影响，正常情况下风轮受力如下图2所示，主要为3个叶片的径向力Fu ，和轴向力Fa 。
由于
3个叶片在旋转平面内互120°，所以轴向力在
XZ 平面内时产生力矩也相同，正常运行的风电机组应该处于此状态。
当3个叶片的气动性能不同时，3个轴向力在XZ 平面内将产生额外力矩，同时在旋转平面XY 内造成冲击，使风电机组出现上下点头和左右摇摆的现象，这种运动也造
图1 叶片截面受力示意图
图2 风轮受力示意图
Technology | 技术
2014年第10期 109
成了轴向载荷随风轮转动发生规律性冲击。
正常运行机组受塔影效应影响，同样从图2所示的风轮受力图中可以看出，当叶片发生质量不平衡时，由于质量引起的惯性力只会在旋转平面XY 内造成冲击，不会影响对风轮轴向造成影响，或者影响很小。
通过叶片和风轮的受力分析，可看出叶片的质量不平衡和气动不平衡都会造成旋转平面的振动冲击，但是只有气动不平衡会造成风轮出现轴向冲击。
所以本方法采用同步采集风电机组主轴承径向振动和轴向振动的方法，通过分析轴向和径向振动的1倍转频振动幅值及幅值和叶片通过频率的关系从而区分叶片的质量不平衡和气动不平衡。
当叶片出现质量不平衡时主轴承径向会出现较大的1倍频转频冲击，但是轴向冲击较小；当叶片出现气动不平衡时主轴承在径向和轴向都会出现较大的1倍频冲击，而且径向和轴向1倍频冲击都明显大于叶片通过频率3倍频冲击。
案例实测分析
某1.5MW 型变桨距双馈风电机组，12m/s 风速以上运行时能明显听见偏航轴承位置处有异响，检查偏航制动器、液压系统、偏航轴承后故障均未解决，怀疑机组可能有载荷失衡原因，随按本方法进行布点测试。
安装有3个叶片的风轮通过2个主轴承支撑在机架上，为了分析风轮的振动情况在2个主轴承的4个方向安装低频加速度传感器. 传感器类型见表1，安装位置如图3所示。
对该机组在10min 平均风速约15m/s 的风速下进行振动测试，测试时主轴转速17.4r/min，振动时域波形和频谱
表1 传感器类型及采样频率
图3 传感器安装位置
图如图4所示，从浮动主轴承水平位置所测数据时域波形中可以看出主轴承存在明显冲击，而频谱图中主要主轴转频0.29Hz 和塔筒1阶固有频率0.48Hz 为主要振动。
为了进一步分析低频振动对加速度信号进行积分，积分后速度
谱图如图5
所示。
从速度谱可以明显看出主轴承的主要振
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110 风能 Wind Energy
动为转频和塔筒固有振动。
正常风电机组的转频及1倍频应该比3倍频低，1倍频较大。
对该机组推力轴承轴向振动数据进行分析，推力轴承轴向振动时域波形和频谱图如图5和图6所示，谱图中可以明显看出轴承轴向存在1倍频冲击，且1倍频冲击远大于叶片通过频率。
叶片专业设计人员进行检查，发现某一支叶片零位标记错误一个螺栓位置和正确零位相差6.6°，导致实际的3个叶片实际桨距角相差6.6°，桨距角的差异导致机组出现气动不平衡。
调整叶片角度后机组运行正常。
结论
通过对叶片及风轮进行受力分析，在受力分析的基础上采用同步采集机组径向和轴向振动的方式能有效分析机组的质量不平衡故障和气动不平衡故障。
质量不平衡故障主要表现在旋转平面内的转频冲击，但是轴向冲击较小；气动不平衡主轴承在径向和轴向都会出现较大的1倍频冲击，而且径向和轴向1倍频冲击都明显大于叶片通过频率3倍频冲击。
（作者单位
: 国电联合动力技术有限公司）
图4 浮动主轴承水平方向
（加速度频谱）
图5 浮动主轴承水平方向（速度频谱）
图6 推力主轴承轴向
（速度频谱）。