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1、风力发电机组在线监测系统介绍风力发电机组是风电场的关键设备,长期以来一直采用计划维修的方式,即一般风力机运行一定时间后进行例行维护。这种维修方式无法全面的、及时的了解设备的运行状况;而事后维修则由于事先的准备不够充分,造成维修工作的耗时太长、损失严重。风力发电机在线监测与诊断系统是集合了信号采集、在线监测以及信号分析于一体的多功能在线监测诊断分析系统,对风力发电机的振动、温度和电气参数等进行在线的监测,将监测结果与事先设定的值进行比较,在线监测和诊断系统能够及时地发现运行异常并报警,可对采集到的数据进行各种分析处理,从而可以准确地确定设备故障。1 风力发电机组在线监测的重要性目前大多数风机上运
2、用的通用监测程序为风场监测。这种方法主要监测输出电量,同时也包含部分故障信息的存储。通常控制系统的状态信息、输出电量以及风速情况将被存储,并将这些信息发送给制造商和运营商。但该方式只有在具有详细记录的前提下才有可能观察到故障。在大多数情况下,当控制系统发出警报时故障已经发生。然而,整个系统能做的只是自动的使风力发电机停机,以防止故障的进一步恶化。风场监测通常与周期测试点相连,这些周期测试点基本能反映整机的特性,例如监测旋转叶片和基座的裂纹、齿轮箱的振动或者机械部分的磨损等情况。但是这些监测不能揭示其产生的时间和原因,所能确认的是风机运行的状况。就算将监测的结果与以前的数据进行对照比较,也很难提
3、供故障产生的原因。由于在线监测与诊断系统能够克服上述的缺点,使得在线监测系统被广泛的推广。2风力发电机组在线监测系统构成在风力发电机组各个部件中,风力机叶片是弹性体,在风载荷的作用下,作用在风力机叶片结构上的空气动力、弹性力、惯性力等具有交变性和随机性力的耦合将会引起与某些振型共振的自激共振,即颤振。该振动是发散的,严重时会导致风力机结构破坏。另外,风力发电机组在运行时会由于多种原因,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。在线监测系统就是要将风力机的故障监测出来,并发出警报从而可以及时的进行维修。2. 1硬件部分风机在线监测系统包括信号检测
4、、数据采集、数据处理、显示打印和电源等模块。(1) 信号检测模块信号检测模块由传感器、信号变送器和信号预处理板三部分组成。传感器采用压电式振动加速度传感器和温度传感器等传感器,分别采集风电的振动量、关键部件或系统的温度量、转速及电气系统运行参数值。信号变送器对采集到的微弱信号隔离、放大、补偿、变换,有较强的抗干扰能力以及远距离的驱动能力。信号预处理板主要完成信号放大、噪声滤波、信号隔离传输、类型变换等功能。(2) 数据采集模块数据采集模块,实现对振动、温度、转速等参数的采集,并将采集到的模拟量转换成数字量,便于系统分析处理。(3)数据处理模块数据处理模块是系统的核心,完成与各接口模块通信,实时
5、数据处理、刷新、组态和逻辑控制等功能。(4) 显示打印模块显示器和打印机是输出设备,提供人机交互界面和记录、分析结果的硬拷贝输出等功能。(5) 电源模块电源采用独立供电的方式,向变送器和预处理板分别供电。2. 2软件部分软件功能包括:信号操作、状态监测、分析诊断、状态显示、报警及其它功能等。软件系统能够在线连续检查风力发电机组运行过程中的振动、转速、负荷等各种参数，自动存储振动数据并对数据进行分析形成有诊断价值的数据，并提供专业的诊断图谱；可及时识别机组的运行状态，发现故障的早期征兆，对故障真伪、故障部位、故障类型、严重程度、发展趋势做出准确判断，从而及早消除故障隐患，避免事故发生，提高设备的
6、可靠性，降低维修成本。3 状态监测系统现场测量点的选择现场测量点的布置对于风力发电机在线监测和诊断系统来说一直是个难题,至今也没有得到很好的解决。现场测量点选择的不同,对于监测系统信号分析具有很大的影响。不同的布置方案,得到的结果不尽相同。根据目前风电机组的实际运行情况,通常齿轮箱齿轮及其轴承、发电机及其轴承是较容易发生故障的部件,因此在常规的监测中,可将齿轮箱前后轴承、发电机前后轴承分别作为测量点 。这样做是基于如下的考虑:(1) 当机组的主要轴承失效时,机组必须停机。监测轴承振动可以较早发现轴承故障,这为及早安排必要的维修提供了宝贵时间。(2) 由于轴承承载着机器的负荷,许多典型的机械问题
7、如不平衡、不对中、松动等都会将振动信号传给轴承。因此通过监视轴承的振动,就会同时发现上述典型机械故障及轴承缺陷。在测轴承的振动时,测量点应尽量靠近轴承的承载区;与被监测的转动部件最好只有一个界面,尽可能避免多层相隔以减少振动信号在传递过程中因中间环节造成的能量衰减;测量点必须要有足够的刚度。从信号频段的角度来考虑,由于不同的故障、不同的频段在测试方向上的敏感程度不同,故在旋转机械振动信息的采集上,对于低频信号(工频5倍以上)分垂直、水平、轴向3个方向;对高频信号对高频信号( 1 kHz以上) ,由于对方向性不太敏感,故只测垂直或水平一个方向即可。这是因为低频信号的方向性较强,而高频信号对方向不敏感的缘故。基于以上测点选取的原理,根据风力发电机组的结构特点、性能参数和工作原理,同时根据积累的现场测试经验,确定风力发电机组的测试点为：（1）主轴前轴承；（2）主轴后轴承；（3）齿轮箱前轴承；（4）齿轮箱行星级；（5）齿轮箱后轴承；（6）发电机前轴承；（7）发电机后轴承；4 状态监测的意义 通过对机组振动的测量、处理和分析，工作人员可以准确判断机组的状况，做出准确判断，对机组进行提前维护，延长机组的寿命。
