風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)綜述

王育彤 張笑華

摘要：風(fēng)能是一種綠色可再生能源，作為清潔能源的風(fēng)能已經(jīng)得到了大幅度的利用與開發(fā)，因此，目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的利用時(shí)長(zhǎng)和單機(jī)組容量也在不斷地攀升。一般情況下，荒涼偏僻的山區(qū)是建設(shè)風(fēng)電場(chǎng)的首先，雖然偏遠(yuǎn)山區(qū)自然環(huán)境惡劣，容易受到雷擊和閃電等影響，但是由于其建設(shè)成本較低，所以，受到眾多風(fēng)電場(chǎng)企業(yè)的青睞。本文以風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)展開研究，以求為一線的風(fēng)電機(jī)組維護(hù)帶來一定的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;故障診斷;預(yù)測(cè)技術(shù)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們的生產(chǎn)和生活對(duì)能源的需求與日俱增，因此，全世界各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展都離不開能源的支持和保障。從自然環(huán)保的角度出發(fā)，風(fēng)力發(fā)電不僅能順利將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，極大緩解了能源方面的壓力，也能有效保護(hù)自然環(huán)境。風(fēng)電機(jī)組自投入生產(chǎn)和使用后，就會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因引發(fā)故障，因此，只有加強(qiáng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷和預(yù)測(cè)技術(shù)的研究，才能為風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能提供更有力的保障。

一、關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組概況闡述

從全球范圍來看，由于我國蘊(yùn)藏著豐富的風(fēng)能，其中絕大多數(shù)的風(fēng)能具備轉(zhuǎn)化成電能的條件，風(fēng)能與水能相比，風(fēng)能具有更多的優(yōu)勢(shì)。由于我國土地遼闊，所以，在我國擁有著世界前位的風(fēng)能儲(chǔ)備，從新能源開發(fā)的角度看，我國的風(fēng)能具有較高的開采價(jià)值，風(fēng)能是世界范圍內(nèi)具備清潔和較多儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)能源之一。隨著我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國擁有越來越多的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組容量。目前，在我國發(fā)電機(jī)組擁有最多的地區(qū)是寧夏回族自治區(qū)，這一地區(qū)的風(fēng)能資源被有效收集并轉(zhuǎn)化成電能，為當(dāng)?shù)匾约拜椛鋮^(qū)域提供了穩(wěn)定的電能源基礎(chǔ)。

二、關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障的主要問題

（一）關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片故障分析

在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中離不開葉片這一關(guān)鍵元件組成，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組開啟了工作模式后葉片會(huì)受到較大的壓力，長(zhǎng)期處于空氣中高負(fù)荷工作的葉片不僅在自然環(huán)境的影響下容易產(chǎn)生腐蝕，更容易因?yàn)槿~片壓力承受能力不足導(dǎo)致葉片結(jié)構(gòu)脫落和其不穩(wěn)定性的持續(xù)提升。由于葉片發(fā)生故障最先影響整個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的平衡受力問題，受力不平衡則會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙失去穩(wěn)定性，很容易發(fā)生倒塔情況。

（二）關(guān)于齒輪箱故障問題分析

齒輪箱是連接發(fā)電機(jī)和風(fēng)電機(jī)組軸承的關(guān)鍵部件，因此，齒輪箱的主要任務(wù)就是滿足和保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作所需要的轉(zhuǎn)速。工作情況復(fù)雜、工作環(huán)境惡劣以及構(gòu)造復(fù)雜是齒輪箱的主要特點(diǎn)，雖然與風(fēng)力發(fā)電機(jī)的其他主要零部件發(fā)生故障的概率相比，齒輪箱發(fā)生故障的概率較低，可是一旦齒輪箱發(fā)生故障的后果卻比其他零部件發(fā)生故障的后果要更為嚴(yán)重。原因在于一旦齒輪箱發(fā)生了故障，風(fēng)電機(jī)組不僅需要高昂的維修費(fèi)用且需要長(zhǎng)時(shí)間停工，因此，會(huì)給風(fēng)電場(chǎng)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

（三）剎車、變槳以及偏航等系統(tǒng)故障問題

第一，偏航系統(tǒng)問題一旦發(fā)生，便會(huì)使發(fā)電風(fēng)車無法準(zhǔn)確跟蹤風(fēng)向，同時(shí)風(fēng)車在跟蹤風(fēng)向的同時(shí)會(huì)在機(jī)艙內(nèi)部引起電纜纏繞的危險(xiǎn);第二，變槳系統(tǒng)發(fā)生問題后便會(huì)因?yàn)闊o法控制葉片的動(dòng)力和轉(zhuǎn)矩從而失去對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的功率控制;第三，剎車系統(tǒng)發(fā)生故障后便無法立即停滯風(fēng)電機(jī)的工作，給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組帶來潛在的危險(xiǎn)，剎車系統(tǒng)損壞很大程度上是由于剎車片長(zhǎng)時(shí)間受到摩擦且沒有及時(shí)更壞，最終釀成剎車系統(tǒng)故障。

三、關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的診斷故障技術(shù)分析

（一）憑借振動(dòng)信號(hào)完成的故障診斷技術(shù)分析

當(dāng)前在風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障診斷中應(yīng)用振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)故障的情況較為常見，原因在于振動(dòng)監(jiān)測(cè)法能夠針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部位展開細(xì)致和深入的查探，例如，葉片、齒輪箱等關(guān)鍵配件。在我國相關(guān)一線研發(fā)人員的努力研究下，總結(jié)出一套針對(duì)不同零部件優(yōu)先采用不同檢測(cè)方法的方案。例如，采用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)振動(dòng)法檢測(cè)齒輪箱，一旦風(fēng)電機(jī)組發(fā)生了故障問題，便可以利用此種信號(hào)振動(dòng)法檢測(cè)其故障原因。

（二）依靠電氣信號(hào)展開風(fēng)力電機(jī)故障的診斷措施

一般情況下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在工作時(shí)會(huì)發(fā)生很大的噪音，因此，在一定的條件下振動(dòng)信號(hào)法的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響，并且很多時(shí)候一旦產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)較弱，便無法達(dá)到預(yù)期的檢測(cè)效果，因此，需要應(yīng)用電氣信號(hào)檢測(cè)法通過電氣信號(hào)的技術(shù)分析進(jìn)而展開相應(yīng)的故障維修和診斷。

四、關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的預(yù)測(cè)故障技術(shù)分析

（一）利用機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)展開故障預(yù)測(cè)

風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械故障會(huì)給風(fēng)電場(chǎng)帶來嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，目前針對(duì)風(fēng)電機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)展開預(yù)測(cè)的主要是針對(duì)軸承結(jié)構(gòu)、葉片和齒輪箱等部位，這些結(jié)構(gòu)是整個(gè)風(fēng)電機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要組成部分，而且這些部件的工作頻率高、工作環(huán)境惡劣，發(fā)生故障的概率也較高，目前機(jī)械結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)技術(shù)主要有以下幾種：第一，通過Msrkov模型和HMM對(duì)部件展開預(yù)測(cè);第二，針對(duì)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)用Gamma展開過程分析，從而科學(xué)判斷設(shè)備的使用壽命;第三，在方均值的預(yù)測(cè)方法下得到分析發(fā)電設(shè)備的性能狀況。

（二）積極利用電子系統(tǒng)展開故障預(yù)測(cè)

當(dāng)前的電子系統(tǒng)故障檢測(cè)方法主要有四種：第一，在風(fēng)力電機(jī)組件設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)融入相應(yīng)的軟件和硬件;第二，在風(fēng)力電機(jī)組內(nèi)積極構(gòu)建保護(hù)性的電子模塊進(jìn)行故障預(yù)測(cè);第三，針對(duì)電子器件要適時(shí)檢測(cè)相關(guān)參數(shù)和關(guān)鍵電子元件的變化情況;第四，積極構(gòu)建風(fēng)力發(fā)電機(jī)組不同的疲勞強(qiáng)度模型，最終預(yù)測(cè)出準(zhǔn)確的故障發(fā)生程度。

結(jié)語：

總之，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)的應(yīng)用十分重要，只有不斷加強(qiáng)其故障的診斷和預(yù)測(cè)，才能保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的工作質(zhì)量和效率，最終為風(fēng)力電場(chǎng)企業(yè)帶來較高的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡(jiǎn)介：

王育彤，男，（1987年10月05日---），民族：漢，身份證號(hào)碼：210181198710058012，籍貫：遼寧新民，學(xué)歷：本科，專業(yè)：機(jī)械工程及其自動(dòng)化，研究方向：風(fēng)力發(fā)電及電氣方向，作者單位： 國電和風(fēng)風(fēng)電開發(fā)有限公司，作者單位地址：沈陽市渾南新區(qū)遠(yuǎn)航西路3號(hào)-IT國際大廈九層。

張笑華，男，1988.09.20，民族：漢，身份證號(hào)碼：22011219880920041X，籍貫：吉林長(zhǎng)春，學(xué)歷：碩士，專業(yè)：動(dòng)力工程，研究方向：風(fēng)電場(chǎng)檢修與管理，單位：國電和風(fēng)風(fēng)電開發(fā)有限公司，單位地址：沈陽市渾南新區(qū)遠(yuǎn)航西路3號(hào)-IT國際大廈九層。