风机震动检测及载荷估算方法

风电机组震动监测及载荷估算方

法研究

北京木联能软件技术有限公司

【Millennium Engineering Software】

Î一、风力机故障分类

Î二、震动监测

三

Î三、Tjareborg 风力机简介Î四、Tjareborg 风力机模拟四Tjareborg

印度SUZLON

VESTAS

多以机舱着火为主，主要是齿轮箱及发电

机的位置。

美国2007年8月25

日下午4点左右在位于

Wasco 附近的麦地里属

于PPM 能源的Klondike

III 风电场一套由西门子

制造的风电机组的塔架

倾倒（拦腰折断），致

一死一重伤。

检查结果旋转过速检查结果：旋转过速

, （Over speed ）风力机

操作于正常参数以上。

进而有可能产生過度的

震动。

2010年2月1日3：18，左云风电公司运营的山西某风电厂风机倒塌事故分析（详细报告见文献）

塔筒大部分法兰缺失，变形为扁豆型

（常规变形为鹅蛋型）

报警信息

国内具体案例分析
二期风力机全部停机检查发现的问题
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震动监测
国内外经验教训证明，为了保证风电机组的安全可靠运行，必须采取风况预测，预警 和制动监控保护措施。 下面介绍状态监测系统在风力发电机上的应用。 信号检测模块 数据采集模块 硬件结构 工控主机模块 显示打印模块 电源模块 信号操作 状态监测 软件结构 分析诊断 状态显示 其他功能 数据采集 信号处理（震动信号） 数据采集、信号处理（震动信号） 初始化、状态检测 各种监测诊断分析方法 以图表、解构简图等形式反映 传感器、信号变送、信号预处理 对各参数的采集、转换为数字量 PC、与各接口模块通信、实时数据交换 显示器、报警、便于人机交互
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发电机组故障诊断层次结构
传感器
应变传感器
新型数字式传感器, 基于M E M S 技术的传感器, 具有体积小, 可靠 性高, 技术附加值高。 技术附加值高
智能传感器
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木联能
分析诊断功能包括常用的各种监测诊断分析方法
时域波形、轴心轨迹、滤波轨迹、重构轨迹、频谱分析、平面轨迹谱分析、立体轨迹 谱分析、时域分析、魏格纳分布、逆谱分析、信号滤波、时域频域联合分析、自相关和 互相关等。
智能信息处理
例如在变压器故障诊断中, 将神经网络与粗糙集结合起来, 就能将复杂的组合神经网络 约简并删除其中不必要的属性, 不仅克服了神经网络规模过于庞大和分类速度慢的缺点, 同 时利用了粗糙集良好的分类能力。
测量点 的选择
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Tjareborg Wind Turbine简介
TWT位于丹麦西海岸埃斯 比约市，是2.2MW定速变 浆型、上风向3叶片风力机， 采用NACA44系列航空翼 型。
全球温度分布
全球风功率密度分布
所有技术资料均源自Technical T h i l University U i i of f Denmark D k
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丹麦风能分布
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TWT所在风场
z 风机彼此相距350m， 地形较为平坦，年平 均风速为8.4m/s z 风力机内部及风场装 配了较为全面的测量 系统，包括风力机上 下游位置的两个测风 塔
120 两侧分布两 z 距风力机120m 个90m高的气象桅杆，1号 桅杆置于前端，2号桅杆置 于后部，覆盖主要风区，构 成风场测风系统
注：以上图片源自GOOGLE EARTH
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传感器位置及所测量的参数
1、机舱 转矩、弯矩、风速风向、偏航角度、 频率、温度 2、塔架 塔架 功率、机舱位置、电压、电网频率 3、轮毂 压力、弯矩、变桨控制力、 桨距角 4、测风塔 风速风向 温度 大气压力 风速风向、温度、大气压力、 风剪切、湍流度
实测数据丰富，包括长达5年的风场 气象状况测量(年平均风速为8.4m/s) 以及风力机结构、载荷、电气数据等。
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TWT图纸
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运行监测记录
启动 运行 停机等过程的历史记录（图为启动过程）92年2月25日 启动，运行，停机等过程的历史记录（图为启动过程）
风速、风向、桨距角、高速轴转速、偏航角、挥舞力矩、弦向力矩、低速轴转矩、风轮倾斜 力矩、风轮偏航力矩。
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在测试阶段：控制与转向系统损坏，齿轮箱体换为更坚固的材料。

在测试阶段控制与转向系统损坏齿轮箱体换为更坚固的材料

首次检修：叶根与钢构附件连接部分的填充材料出现裂缝，为防止冬季叶片结冰，采用较为新型的填充物敷设外涂层未使用玻璃纤维

采用较为新型的填充物，敷设外涂层未使用玻璃纤维。

接入电网期间：发生过两次重大事故，控制系统失误与齿轮箱故障。

故障的起因

故障的起因？

引起与某些振型共振的自激共结构动力学

空气动力学

风力机叶片是弹性体,在

风载荷作用下,作用在风力机叶片结构上的空气振,即颤振。该振动是发散的,严重时会导致风力机结构破坏。力机叶片结构的空气动力、弹性力、惯性力等具有交变性和随机性力的耦合。

风力发电机组在运行时由于多种原因,使机舱在各个方向有较大的振动,振动的频率、幅度超过风机设计要求时会对风机的正常运行产生危害正常运行产生危害。

对于定速风力机而言在正常运行过程中塔架固有频率处于叶片的1×

P

与

3

×

P

旋转频

率之间，处于安全范围之内。

基于计算值的叶片塔架共振图