風(fēng)電機組震動檢測與故障診斷分析

楊柏柞

摘要：風(fēng)電機組運行環(huán)境比較特殊，再加上風(fēng)速具有很強的不穩(wěn)定性，受交變負(fù)載影響，很容易造成機組傳動系統(tǒng)部件的損壞，同時因為機組安裝位置偏遠(yuǎn)維修工作困難，這樣就對機組震動檢測與故障診斷提出了較高的要求。本文分對風(fēng)電機組常見故障進行了分析，并提出了機組震動檢測與故障診斷的方法。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機組；震動檢測；故障診斷

一般情況下風(fēng)電機組都會設(shè)置有專門的運行維護中心，對易發(fā)生損傷的部件進行管理，對機械與電氣系統(tǒng)進行全面管理，增加設(shè)備維護與檢修的次數(shù)，在整體上控制好機組的運行效果。對于風(fēng)電機組震動檢測與故障診斷工作的開展，下結(jié)合機組運行特點來進行，建立完善見檢測系統(tǒng)。

1.風(fēng)電機組震動檢測概述

對于風(fēng)電機組的震動檢測與故障診斷，主要是通過安裝在機組設(shè)備上或者附近的傳感器，完成對機組運行狀態(tài)信號的采集。傳感器信號經(jīng)過調(diào)理、傳輸以及采樣后進入到信號處理模塊，將冗余部分去除，最終獲得狀態(tài)特征量。將狀態(tài)特征量傳輸?shù)綘顟B(tài)辨識模塊，在獲得辨識結(jié)果通過檢測與診斷決策模塊來完成綜合決策，由輸出設(shè)備來得出診斷結(jié)果。其中，對于風(fēng)電機組運行狀態(tài)信號處理、辨識、檢測以及診斷等整個過程的實施主要由計算機系統(tǒng)以及專業(yè)儀器設(shè)備來實現(xiàn)的，通過對信號的分析辨識，確定機組是否存在故障。

2.風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)常見故障

2.1 齒輪故障

主要包括齒形誤差、斷齒故障、齒面磨損、齒面膠合以及齒面點蝕等。第一，在機組設(shè)備齒輪箱中嚙合齒輪發(fā)生故障，會伴隨著一定特性的振動發(fā)生，這樣通過對振動信號進行分析，就可以確定故障的類型。如果存在齒輪誤差，會使得振動信號時域波形出現(xiàn)明顯的調(diào)制現(xiàn)象，在頻域嚙合頻率與諧波附近出現(xiàn)調(diào)制邊頻帶，如果齒形誤差比較嚴(yán)重，產(chǎn)生的較大激振能量不僅會產(chǎn)生嚙合頻率調(diào)制，還會產(chǎn)生共振調(diào)制現(xiàn)象[1]。第二，因為風(fēng)電機組運行時風(fēng)速不穩(wěn)定，會對葉片造成一定影響，存在的不規(guī)則沖擊力會通過葉片傳到齒輪箱，最終轉(zhuǎn)變成沖擊荷載，會對齒輪造成嚴(yán)重的磨損，并且還會使齒根部位在彎曲應(yīng)力的作用下，逐漸產(chǎn)生疲勞裂紋，隨著裂紋的持續(xù)擴展，最終造成輪齒彎曲疲勞折斷。

2.2 軸承故障

無論是低速軸還是高速軸位置的軸承，在受到風(fēng)電機組交變荷載以及重載的影響，都需要承受一定的沖擊力，造成軸承部件出現(xiàn)損壞，例如常見的軸承磨損失效、斷裂失效、疲勞失效以及膠合失效等。如果軸承結(jié)構(gòu)在惡劣的環(huán)境內(nèi)持續(xù)工作，或者是部件發(fā)生一定故障后持續(xù)運行，滾動軸承外環(huán)松動現(xiàn)象會繼續(xù)加大，最終會因為軸承故障激勵起外環(huán)固有頻率產(chǎn)生調(diào)制現(xiàn)象[2]。另外，軸不平衡也是比較常見的故障，主要是由于軸部件質(zhì)量中心偏移，或者部件出現(xiàn)缺陷而產(chǎn)生的。此類故障發(fā)生時具有一定的特征，如在位于臨界轉(zhuǎn)速以下時，振幅會隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大，在達(dá)到臨界以上轉(zhuǎn)速時，振幅增加趨于平緩，并且在接近臨界轉(zhuǎn)速時，會發(fā)生共振，振幅具有最大峰值。

3.風(fēng)電機組震動檢測與故障診斷系統(tǒng)分析

3.1 系統(tǒng)設(shè)計分析

對于風(fēng)電機組震動檢測與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計，要明確其目的是通過各種檢測方法的應(yīng)用，收集并分析檢測信號，判斷被檢測機組運行狀態(tài)，在設(shè)備出現(xiàn)故障前給予警告，以此來保證設(shè)備能夠正常運行，提高機組運行的可靠性。系統(tǒng)的設(shè)計，需要包括幾個方面，即信息的有效獲取、震動檢測的連續(xù)性、信息處理的時效性、數(shù)據(jù)傳輸交流的可靠性、人機界面的友好型以及存儲管理的便捷性，保證所有方面的有效實現(xiàn)，保證整個系統(tǒng)能夠長期持續(xù)運行，在數(shù)據(jù)的分析處理上具有時效性，并且利用服務(wù)器來完成數(shù)據(jù)的存儲與在線檢測，同時客戶端通過服務(wù)器的訪問來完成對設(shè)備的在線檢測。

通過對系統(tǒng)需求以及功能的分析，結(jié)合風(fēng)電機組運行特征以及結(jié)構(gòu)特點，可以將系統(tǒng)分為前端采集設(shè)備、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)庫服務(wù)其以及監(jiān)控維護集成模塊，其中數(shù)據(jù)采集通過以太網(wǎng)遠(yuǎn)程采集的方式來實現(xiàn)。其中數(shù)據(jù)的傳輸可以通過有線或者無線的方式來完成，而監(jiān)控集成模塊與采集模塊與數(shù)據(jù)庫的連接，可以利用本地連接局域網(wǎng)或者廣域網(wǎng)實現(xiàn)。而監(jiān)控維護集成模塊與數(shù)據(jù)庫服務(wù)的連接，可以通過數(shù)據(jù)庫遠(yuǎn)程訪問技術(shù)來實現(xiàn)，其中一個數(shù)據(jù)采集端可以與多個采集設(shè)備連接，并且將采集設(shè)備與數(shù)據(jù)采集端連接，實現(xiàn)多個客戶端同時訪問數(shù)據(jù)采集端以及數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

3.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

結(jié)合風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)運行特征，在建立震動檢測與故障診斷系統(tǒng)時，系統(tǒng)軟件的設(shè)計應(yīng)包括輔助功能模塊、信號預(yù)處理模塊、特征提取模塊以及故障診斷模塊等。對于系統(tǒng)軟件的開發(fā)，主要是利用面向?qū)ο蟮淖兂杉夹g(shù)，然后結(jié)合VC++6.0語言作為開發(fā)工具來實現(xiàn)功能，另外還可以選擇MFC單文檔多視圖框架結(jié)構(gòu)來完成界面設(shè)計。其中，為提高檢測系統(tǒng)運行的安全性，在進行系統(tǒng)操作時，需要先進入登錄界面，輸入用戶名與密碼，在身份認(rèn)證后無誤后才可進入系統(tǒng)。系統(tǒng)主界面的設(shè)計應(yīng)包括菜單欄、主功能按鈕、樹狀列表、輔助分析功能按鈕、圖形顯示區(qū)等。

第一，輔助功能模塊主要具有用戶管理、數(shù)據(jù)庫管理以及數(shù)據(jù)清理等功能，對用戶的管理就是完成用戶信息的注冊與驗證，并為合法用戶分配系統(tǒng)使用權(quán)限。數(shù)據(jù)庫管理主要包括附加數(shù)據(jù)庫、備份數(shù)據(jù)庫、分離數(shù)據(jù)庫以及新建數(shù)據(jù)庫等功能，將數(shù)據(jù)庫文件加載到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，或者是將數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中數(shù)據(jù)移除等。數(shù)據(jù)清理則是將服務(wù)器內(nèi)不需要的數(shù)據(jù)及時清理掉，避免數(shù)庫過大影響管理效果。

第二，故障診斷模塊主要基于對信號的分析，提取可以表征機器運行狀態(tài)的特征參量，對其進行計算確定是否超過用戶設(shè)定報警閾值，以此來判斷機組設(shè)備運行是否正常。如果判斷機組運行狀態(tài)異常，則需要對機組進行進一步的缺陷診斷，分析確定相關(guān)頻率的來源。整個處理過程中主要是以風(fēng)電機組數(shù)據(jù)的分析研究為基礎(chǔ)，完成機組運行狀態(tài)的檢測與故障診斷。

4.結(jié)束語

風(fēng)電機組運行環(huán)境相對特殊，因為風(fēng)速穩(wěn)定性比較低，對機組設(shè)備影響比較大，如果管理不當(dāng)很容易出現(xiàn)故障。為保證機組的正常運行，需要加強對震動檢測與故障診斷的研究，針對常見的故障進行分析，建立振動檢測與故障診斷的系統(tǒng)，對機組運行狀態(tài)進行實時檢測，提高其運行的穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]謝松汕，許寶杰，吳國新，左云波.基于狀態(tài)檢測與故障診斷在風(fēng)電機組上的應(yīng)用分析[J].電子測試，2013，08：60-62.

[2]曹斌.風(fēng)電機組振動檢測與故障診斷系統(tǒng)研究[D].廣東工業(yè)大學(xué)，2014，32：15-16.