風(fēng)力發(fā)電機組振動監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用分析

王志偉

摘 要：現(xiàn)階段風(fēng)力發(fā)電機組投運規(guī)模在進行不斷的擴大，運行時間也在不斷的延長，機械故障現(xiàn)象無可避免。為在真正意義上實現(xiàn)對風(fēng)機設(shè)備故障的監(jiān)測以及預(yù)防，我們必須實現(xiàn)對在線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的有效利用，有計劃的實現(xiàn)對風(fēng)機設(shè)備的維護，最終實現(xiàn)對利用率的有效提高。這不僅對風(fēng)力發(fā)電行業(yè)自身的建設(shè)與發(fā)展有促進作用，同時對社會以及經(jīng)濟發(fā)展有積極意義。

關(guān)鍵詞：振動監(jiān)測技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電機；主軸承；齒輪箱

一、風(fēng)力發(fā)電機組運行現(xiàn)狀

為實現(xiàn)對震動監(jiān)測技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機組中應(yīng)用的有效分析，我們首先將其與實際工程相結(jié)合，下面我們對其進行仔細分析。該公司屬于能源投資有限公司，在國內(nèi)是一家規(guī)模較大的風(fēng)電投資商。截至到2009年，該公司投運的風(fēng)電場裝機容量已經(jīng)實現(xiàn)1.2GW，一共有850多臺風(fēng)機在同時運行。這些風(fēng)機現(xiàn)階段依舊由廠家進行維護工作，該公司不能實現(xiàn)對風(fēng)機的自行維護。因此保證設(shè)備的正常運行是該公司亟待解決的問題之一。

首先我們實現(xiàn)對風(fēng)電機組故障的科學(xué)統(tǒng)計分析。變槳、變頻以及電氣控制是導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電機出現(xiàn)故障的主要原因。同時發(fā)電機組周以及齒輪箱也在上述范圍涵蓋之內(nèi)，也是造成停機現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因。齒輪箱的損壞對風(fēng)電場發(fā)電量的維護以及成本有直接影響，因此該公司為實現(xiàn)對經(jīng)濟效益的最大獲取，必須實現(xiàn)對齒輪箱以及機械零部件可靠性的有效預(yù)防與維護。

二、安裝狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

1.風(fēng)力發(fā)電的特點

（1）地理位置受限

電場一般修建于人跡罕至的草原以及荒漠等地區(qū)，這主要是受到風(fēng)資源的限制。

（2）維修力量薄弱

我國對風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的研究起步較晚，因此現(xiàn)在仍然處于初級階段。維修人員缺乏經(jīng)驗以及運行維修技術(shù)不成熟是存在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的明顯缺陷。面對這一現(xiàn)象我們需要進行不斷的努力與探索。

（3）發(fā)電效益低

相對于傳統(tǒng)的火力發(fā)電來說，風(fēng)力發(fā)電年發(fā)電時間較少。引起這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，原因是風(fēng)力資源的限制。

（4）運行和維修費用高

運行以及維修費用較高也是存在于我國風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中的主要問題。引起上述現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因就是沒有成熟的運行以及維修經(jīng)驗。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計與調(diào)查顯示，相對于傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠來說，風(fēng)力發(fā)電廠的運行以及維修比火力發(fā)電廠高出三倍。

2.在線監(jiān)測的作用

隨著風(fēng)力發(fā)電機組單機容量的增加和在線監(jiān)測技術(shù)的日益完善，在線監(jiān)測技術(shù)對提高風(fēng)機設(shè)備的可利用率、有計劃地進行設(shè)備維護、提高風(fēng)能利用率等起到重要的作用。使用在線監(jiān)測系統(tǒng)以后，能增加風(fēng)電場的正常運行時間、優(yōu)化設(shè)備運行工況、降低風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的維修費用、提高風(fēng)力發(fā)電機組的運行安全性。具體表現(xiàn)如下：

（1）減少非計劃性軸承和齒輪的維修工作，可進行基于狀態(tài)監(jiān)測的維修；

（2）為制定維修計劃提供依據(jù)，可在無風(fēng)或枯風(fēng)期安排維修；

（3）減少現(xiàn)場日常巡視次數(shù)；

（4）降低生產(chǎn)成本，減少生產(chǎn)損失；

（5）減少故障部件的二次損傷；

（6）延長機組使用壽命；

（7）減少備件數(shù)，降低損耗率。

三、風(fēng)力發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)實施方案

該公司是國內(nèi)在風(fēng)機上安裝振動監(jiān)測系統(tǒng)的第1家風(fēng)電運營商，在呼倫貝爾、東臺和榮成3個風(fēng)電場對4種機型、11臺風(fēng)機實施在線監(jiān)控。

1.呼倫貝爾風(fēng)電場實施方案

呼倫貝爾風(fēng)電場安裝了33臺東方汽輪機廠生產(chǎn)的FB70B-1500型風(fēng)力發(fā)電機組，發(fā)電機采用山西永濟發(fā)電機廠和蘭州電機廠電機，齒輪箱選用南高齒和重齒產(chǎn)品，主軸軸承選用SKF公司瓦軸軸承。為了能夠?qū)⒏鲝S家的產(chǎn)品均覆蓋在內(nèi)，在呼倫貝爾風(fēng)電場3臺風(fēng)機上安裝了在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，同時選用1套便攜振動監(jiān)測設(shè)備。

2.東臺風(fēng)電場實施方案

東臺風(fēng)電場安裝了41臺GE1.5S和51臺華銳風(fēng)力發(fā)電機，GE公司的發(fā)電機、齒輪箱和主軸軸承都選用同一廠家的產(chǎn)品，華銳公司的風(fēng)機齒輪箱由華銳公司生產(chǎn)，發(fā)電機采用山西永濟發(fā)電機廠和大連天元電機廠產(chǎn)品。為了覆蓋到所有部件廠家產(chǎn)品，東臺公司在GE和華銳的風(fēng)機上各裝2套在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，同時選用1套離線振動監(jiān)測設(shè)備。

四、風(fēng)力發(fā)電機振動監(jiān)測系統(tǒng)實施效果

目前，榮成、東臺、呼倫貝爾風(fēng)電場在線振動監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)安裝調(diào)試完成，試運行近半年，完成了系統(tǒng)軟件的參數(shù)設(shè)置，如轉(zhuǎn)速觸發(fā)范圍、加速度包絡(luò)頻譜的頻寬范圍、趨勢數(shù)據(jù)和頻譜圖的保存時間間隔等；收集風(fēng)機各部件（包括主軸、齒輪箱、發(fā)電機）振動的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，了解風(fēng)機在不同風(fēng)況下運行時的振動數(shù)據(jù)趨勢，為風(fēng)機量身定做了振動預(yù)警和報警標準，達到逐步實現(xiàn)智能監(jiān)測的目的。

1.主軸承

主軸承加速度包絡(luò)頻譜顯示運行時主軸承沖擊能量平緩，未發(fā)現(xiàn)有故障頻率，軸承情況良好，但在包絡(luò)時域波形中有很弱的雜亂的沖擊信號，應(yīng)為潤滑油中的雜質(zhì)所產(chǎn)生，暫不影響設(shè)備的運行，應(yīng)注意潤滑維護。

2.齒輪箱

分析振動速度頻譜，發(fā)現(xiàn)有輕微不對中征兆，徑向與軸向均存在較低1倍與2倍峰值，但通過對發(fā)電機振動的分析，認為高速軸不對中征兆是由發(fā)電機振動引起，需要進行后續(xù)跟蹤確認。不對中對軸承狀態(tài)影響較大，建議跟蹤查看軸承的振動值趨勢。

3.發(fā)電機

（1）驅(qū)動端振動

從驅(qū)動端的振動頻譜來看，1～6倍發(fā)電機轉(zhuǎn)頻處均存在峰值，且峰值相對較高，符合機械松動的征兆，表明發(fā)電機驅(qū)動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。整體振動值處于黃色預(yù)警期，可繼續(xù)運行，但要經(jīng)常跟蹤振動變化趨勢，需要定期潤滑維護。

（2）非驅(qū)動端振動

從非驅(qū)動端的振動頻譜來看，存在與驅(qū)動端相同的征兆，1～6倍發(fā)電機轉(zhuǎn)頻處均存在峰值，符合機械松動的征兆，表明發(fā)電機驅(qū)動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。

在對風(fēng)力發(fā)電機進行故障沴斷方法的分析中，只是使用了常見的時域分析、頻域分析以及共振解調(diào)分析。這些方法需要在實際的情況下相互結(jié)合使用，而不是單純的使用一種，因為通常情況下故障的發(fā)生往往伴隨著多個故障的混合，需要綜合各種信息才能對風(fēng)力發(fā)電機的工作狀態(tài)做出準確的判斷。

五、結(jié)語

振動監(jiān)測是一項技術(shù)與經(jīng)驗相結(jié)合的設(shè)備故障診斷方法，通過對數(shù)據(jù)的分析、運行狀態(tài)的對比可提高狀態(tài)監(jiān)測的有效性。因此，建議從設(shè)備使用的初期開始，逐步做到熟練使用、培養(yǎng)人才、診斷分析、形成標準、推廣使用，最終達到指導(dǎo)運行維護、提高設(shè)備可靠性和利用率的目的。

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