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【摘要】：通过对风力发电机组的运行状态进行实时监测，能够及时发现机组运行过程中存在的故障隐患；通过提取机组故障信息并进行分析处理，能够诊断机组故障发生的原因并制定有效的处理措施。这对于提高风力发电机组运行可靠性，促进风力发电行业健康发展具有重大的现实意义。
【关键词】：风力发电机组；状态监测；故障诊断
引言
随着我国经济的快速增长，而风力发电机组检修不断推广检测手段，工作人员的素质日益提高，风力发电机组企业在运营当中面临着巨大的风力发电机组运维压力，风力发电机组状态检修成为当前必然的发展趋势，但状态检修技术仍处于初始阶段，各种因素对状态检修的效果带来冲击。
1、风力发电机组常见故障
1.1叶片故障
叶片作为风机捕捉风能的主要部件，其性能直接影响风机的整机性能和发电质量。由于叶片长期与空气进行接触，暴露于恶劣的气候环境下，容易腐蚀叶片，使表面粗糙，还易受到闪电、冰雪的袭击，同时由于叶片长期在负荷大范围波动的条件下工作，极易使结构松动，导致结构不稳定等各种故障的发生。长此以往，可使风机的风能转化率下降及各项指标偏离设计标准，甚至随着叶片性能质量的下降发生较大故障。一旦发生故障，叶片转子受力不均衡，可使整个机组出现颤动，从而影响机组的稳定运行。很多风机的较大故障并非偶然也不是一下子造成的，而是当风机偏离原来的设计指标或发生小故障后没有引起足够重视，任由其发展，最终导致大故障的发生。
1.2齿轮箱故障
齿轮箱的主要作用是提高风电机组主轴的运转速度，使风能稳定转换为电能，提高电能质量。统计数据显示，陆上风力发电机组的齿轮箱后期维护保养费用占电价收益的10%-15%，海上风电机组齿轮箱后期维护保养费用所占比例高达20%-25%。齿轮箱的构造一般包括行星齿轮和两级平行齿轮。风力发电机组后期运行过程中，受到交变应力和冲击载荷等作用的影响，导致齿轮箱内部行星齿轮与高速轴侧轴承出现磨损、生锈、滑动等问题。风电机组齿轮箱故障发生的频率将随着风电机组运行时间的增长而不断升高，一旦齿轮箱出现故障，将严重影响风电的利用率。因此开发风机齿轮箱故障诊断专家系统，是维护风电机组长期稳定运行，及时准确的排出诊断故障，以及对设备实时维护的关键。
1.3电机系统故障
风电机组是由风能带动叶片转动，由叶片带动主轴旋转，进而带动传动系统，将系统动能通过发电机进行转换，得到清洁的电能。为了最大限度的利用风能，风电机组通常在大风、潮湿、沙尘等恶劣的环境下运行，电气故障和机械故障作为风电机组的常见故障，过热、线路的短路、断路等是较为常见的电气故障；而机械部件的磨损以及轴承过热是较为常见的机械故障。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆据统计，发电机故障大约占全部故障的5.5%，发电机故障停机小时数占总停机小时数的8.9%。发电机组的效率和可靠性，将直接决定风电机组的转换率和风能作为清洁能源并网的电能质量。
2、风力发电机组状态监测技术
2.1技术特征分析
风力发电机组常用的状态监测方法之一主要是从风力发电机组的各项运行参数入手，通过监测机组运行参数的变化来判断机组是否发生异常。风力发电机组中的运行参数类型多样，大体分为可测量参数及计算参数两大类。其中，计算参数是指需要读取可测量参数，并使用一定的算法进行计算，将计算所得结果作为运行参数。根据机组实际情况，按需选取合适的测量装置或算法是进行风力发电机组状态检测的重要前提。如测量装置不匹配，将无法准确测量相关电力参数能量状态或数值大小的变化；如算法使用不当或编写错误，将会得出错误的计算参数。这都将影响机组的正常运行状态。但不同种类、不同厂家的测量装置和各类算法都存在各自的优缺点，如何进行选择需要根据机组的实际需求确定。
2.2可测量参数异常监测
监测风力发电机组的可测量参数时，需要掌握一定的方法和原则。一般需要注意以下几个要点：（1）风力发电机组内可测量参数大致包括电压、电流、频率、液压压力、温度等，需根据可测量参数类型选取不同的测量设备，多个测量设备相互配合。（2）分析确定可测量参数的上下限范围，根据范围选取合适量程的测量设备。（3）分析确定可测量参数的正常/异常值区间范围及动作触发条件。
2.3计算参数异常监测
（1）在检测计算参数的过程中选择合适的算法。风力发电机组有多种类型，每种类型的风力发电机组内多处需要用到各类不同算法，而每类算法中又有多种策略可供选择。这要根据风力发电机组实际情况和需求来选择合适的算法，因为不同的算法直接影响最终的计算结果，选取合适的算法能够显著提高计算参数监测的准确性和计算效率。（2）选择合适的设备运行算法。所谓合适的设备是指：1）算法稳定、长期运行需要执行设备本身的硬件条件支持；2）风力发电机组内需配置可靠、稳定的数据传输设备及测量设备，为算法的运行提供计算依据及输出渠道。
2.4测量设备异常监测
（1）部分测量设备随附检测触点，正常状态下为常开/常闭状态，异常情况下则为常闭/常开状态。可根据触点状态的变化对设备状态进行判断。（2）在测量设备的输入端与输出端时分别另接一组信号进入主控制系统，同时主控制系统内预先存储与测量设备对应的算法，时刻读取输入值与输出值并进行比对，如输出值与输入值不符，则判断监测设备异常。
3、风力发电机组故障诊断技术
3.1故障诊断分析
对风力发电机组进行故障诊断时，要根据机组自身结构的复杂性和机组运行环境的特殊性，综合分析各种因素，提高故障诊断结果的准确性。风力发电机组运动部件多、结构复杂，故障诊断比较困难。因此需要更新传统诊断技术，积极应用新技术和新理念，准确诊断各种故障，为故障的解决提供依据。对于风力发电机组的故障诊断，需要准确掌握各类不同的故障现象，根据机组电力参数、振动、压力、形变、磨损、温度等性能特征进行综合分析，完成故障诊断。
3.2热力参数分析
风力发电机组热力参数分析，即通过分析风力发电机组在运行过程中各项温度和湿度的变化，确定其运行状态。
风力发电机组内的温度主要有：各大部件（如发电机、齿轮箱、运动电机、变流器等）的内部温度、机舱内温度、控制柜内温度、各项液压油/润滑油温度。而风力发电机组内的湿度主要有：机舱内湿度、控制柜内湿度等。
通过对风力发电机组内的热力参数进行监控，能够有效监测机组的运行状态。同时根据热力参数的变化趋势和反馈结果，能够准确判断机组内产生故障的设备位置，能够为分析故障原因提供充分详实的依据。
3.3振动分析
振动分析的应用原理是在机组内各大部件（如齿轮箱支架、发电机支架、主轴支架、机组机架）上安装振动传感器，这些传感器能够准确测量机组内各大部件的振动情况。通过对传感器反馈的振动信号进行处理和分析，能够快速、精准地判断机组内各部件的振动状态以及运行趋势，并以此分析振动来源和产生原因，判断机组运行是否出现故障。
结语
风力发电机组状态检修应用十分重要，能推动该行业的发展。在该技术应用推广中，必须有明确的思路，学习先进的思想和管理理念，同时还要对影响风力发电机组状态推广的检修手段等因素进行充分考虑。只有保证数据的可靠性，保证状态评估方法的科学性，才能有效推广风力发电机组状态检修技术。
参考文献
[1]李明，韩学山，王勇，等.变电站状态检修决策模型与求解[J].中国电机工程学报，2018，32（25）：196-203.
[2]潘乐真，鲁国起，张焰，等.基于风险综合评判的设备状态检修决策模型与求解[J].电力系统自动化，2010734（11）：28-33.
论文作者:陈 洋
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第12期
论文发表时间:2019/11/8
标签：机组论文; 齿轮箱论文; 风力发电机组论文; 故障论文; 参数论文; 状态论文; 算法论文; 《当代电力文化》2019年第12期论文;