摘要：随着我国经济的逐步发展，新能源发电的理念得到了我国电力部门的重视，风能是一种可循环无污染的能源，我国的风能资源十分丰富，基于这两点，对风力发电机的研究问题上需要国家投入更多的资金与人力。风力风电的前景一片光明，但在风力发电机的日常工作时，因为没有完善的监测系统以及风电发电机的设备技术问题不过关等原因，导致风力发电机经常出现故障，危害了工作人员的健康。本文主要研究的是在风力发电机的运行过程中出现的故障问题以及如何对风力发电机进行严格监测与对发生的故障进行的诊断技术。
关键词：风力发电机；状态监测系统；故障诊断技术
一、背景介绍
（一）风力发电的背景
煤炭、石油等传统能源的资源紧张与污染环境的问题得到了各国的高度重视，“低碳生活”的理念逐渐得到大家的认同，在寻求新能源发电的过程中，风力发电是其中的佼佼者，在世界范围内，陆地风能资源与海上的风能资源都十分丰富，风能资源同时是一种无污染的可循环利用的资源，取之不尽用之不竭，在我国内陆的空旷地区，已经有了大量的风力发电设备投入生产使用，在海上建设风能发电设备是我国目前新能源研究方向的重点课题，风能发电为国家的电力部门带来了新希望。
（二）简介风力发电机
风力发电机的工作机理十分简单，它的工作原理为风能转化为机械能，在风力的驱使下进行转动，经过增速器的提速进行带动发电机的运行。在风能发电中，因为没有燃料的使用，所以对大气造成的污染较小。它的结构主要由转子叶片（长约二十米）、发电机、齿轮箱、管状支架、电子控制器等设备。我国在风力发电机的研究上已经有了数十年的历史，在风力发电机的类型上，主要有水平轴、同步、异步型等。在我国，风力发电的研究得到了国家的大力支持。
（三）因故障问题造成的损失
目前我国对风力发电机的研究水平较发达国家仍有一些差距，风力发电机的造价成本较高，风力发电机内部的零部件构造较为复杂，一旦风力发电机出现故障就会导致大量资金的流失，而且风力发电机部分零件过大，修理难度过高，在进行对发电机的修理时需要运往较远的专业修理厂，不仅为供电的顺畅性带来了隐患，同时导致了资金的大量消耗。因为风力发电机一般建造在人员稀少的地区，附近的工作人员用电为风能供电，一旦出现大面积的设备损坏，就会导致附近的工作人员无法进行正常工作。风能发电机因为长期暴露在露天环境，常年受到雨、雪、雷电天气的危害，导致有将近一半的风力发电机遭到损坏，给我国的新能源发电事业带来了阻力。因为风力发电机的叶片十分巨大，故障损坏后，产生的动能过高，会对周围的设备造成危害。所以研究发电机的日常监测系统与故障诊断技术上势在必行。
二、状态监测系统的研究
随着我国的风力发电的逐步发展，风力发电厂的数量逐渐增多，风力发电厂的环境一般较为恶劣，监测系统的建立对于风力发电机的安全监控、提高发电机的工作效率、提高风能转化成机械能的效率、风力发电厂的安全监控都有着重要的作用，在我国的风力发电机的状态监测上，早期研究人员主要针对发电机的振动数据进行记录分析，这样容易造成数据的片面性，后来在研发过程中，加入了对发电机的电气信号的侦测，这样通过分析发动机内部零件的振动情况与电气信号，可以有效的对风力发动机进行实时监测，提高了风力发电机的工作性能。像外国的IMX-W在线监测系统,我国的SKF Multilog在线系统IMx-W，基于 LABVIEW 的风机在线监测系统，CC-3428工业以太网交换机等等都可以有效对风力发电机进行合理的监控，风力发动机在工作的，最容易出现的故障就是发动机的电气体统，在针对对电气体统的监测上，研究人员投入了大量的心血，对状态监测系统的监测目标要求上需要投入更多的研究[1]。
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三、常见故障
（一）转动叶片的故障
发电机的叶片一般长约20米，受风力的驱使，进行转动，是发电器的动力来源设备，因为常年暴露在露天环境中，并且昼夜不停的运转，对叶片的损害极大，老化速度极快，会出现裂纹且与内部结构的衔接处失灵，严重者会出现断裂的情况，基于这一特点，需要进行叶片材质、厚度、长度的选用上都要有较为严格的要求，在进行修建时，可以适当的提高叶片的厚度，降低叶片的宽度，在进行材质的选择上，可以选用一些高分子材料如纤维复合型材料进行叶片的制造，这样可以增加叶片的使用年限，提高风力发电机的工作效率。
（二）发电机保护故障
发电机是系统中的主要工作设备，发电机在日常工作中，较容易受到电磁干扰和工作量过大导致的发电机内部出现齿轮、轴承、定子、转子等零件的损坏。发电机的造价成本较高，在一般的发电厂中会对发电机进行保护措施，但由于维护不当等因素，保护设备也容易出现故障问题[2]。
（三）齿轮箱发生的故障
齿轮箱的作用是叶片转化的动能与发电机之间建立联系，为发电机的转动提供能源，在一般情况下，叶片转动的幅度较小，需要通过齿轮箱的增速来进行加速，齿轮箱主要发生的故障有轴承、齿轮、密封部件、润滑系统等部分因老化或者损坏产生的故障和因磨损产生的故障。齿轮箱是风力发电机的核心部件，造价较高，一旦出现故障，维修费用过高，还影响风力发电机的正常运转。
四、故障诊断技术
（一）针对齿轮箱的故障诊断技术
在世界范围内的变速箱故障诊断上，振动测量方法是目前使用最广泛、最严谨的测量技术，通过检测振动变化量，将收集到的信息进行转化为便于观看的电信号数据，需要工作人员熟练掌握传感器与仪器设备的使用的方法和测量方法，根据分析得出的数据，进行对变速箱的诊断维修。
（二）针对发电机的故障诊断技术
在进行对发电机的诊断中，主要使用的是对电流信号、电压信号、功率信号的监测来判断故障的技术。首先确定诊断的范围，利用离散傅氏变换（DFT）的快速算法对收集到的电信号进行运算，得出相应的谐波分量，根据得到的计算数据原始数据进行比对，分析出故障原因与位置，方便维修人员的修理[3]。
（三）针对叶片的故障诊断技术
在对叶片的故障诊断过程中，主要使用的是以振动测量方法为基础，利用传感器捕捉信号进行对叶片的故障诊断，在进行日常的监测诊断前，需要进行对叶片原始数据的记录，在诊断过程中，将收集到的波动信号与记录的原始信号进行比对，分析出故障的位置与原因，随着科技发展，科研人员在进行对叶片的故障诊断上进行了光栅光缆传感器的使用，该仪器主要运用光学传感仪器，通过叶片对其的反馈数据分析，研究不同情况下的叶片的受力情况与原始数据进行对比，可以较直观的诊断出叶片的故障位置。但上述诊断手法需要利用原始数据并在诊断过程中可能对叶片造成一定的损害，在实际生活中结合声波检测与红外线设备的检测可以对叶片进行无损检测，大大提高了诊断的效率[4]。
总结：我国的风力发电技术起步较晚，在对风力发电机的研发上存在诸多的问题，进行风力发电机的状态监测系统的研究与故障处理技术的研究可以有效的提高我国风电发电的水平，减少风力发电机的故障问题，不仅可以附近人员的安全问题，还可以保证了国家资源的有效使用。在进行日常监测工作时，需要保证工作的可靠性与严谨性。在科研方面上需要做到相关软硬件系统的开发，针对我国风电发电的现状，进行科学研究，为提高我国的风力发电技术做出贡献。
参考文献：
[1]基于ANSOFT双馈异步风力发电机定子匝间短路故障性能分析[J]. 魏云冰,刘天,史觉玮,王东晖,王瑞阳.电测与仪表.2014(13)
[2]双馈感应电机的多回路数学模型及其电感参数的计算[J].李俊卿,任彦珍,王栋.大电机技术.2013(06)
[3]风力发电系统故障诊断方法综述[J].沈艳霞,李帆.控制工程.2013(05)
[4]双馈异步发电机定子匝间短路故障诊断研究[J].马宏忠,张志艳,张志新,钱雅云.电机与控制学报.2011(11)
论文作者:朱孝清
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/6
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