風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷及解決措施研究

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1 引言

在我國改革開放初期,主要采用粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,在大量開發(fā)和消耗煤炭和石油等不可再生資源的同時,也對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染與破壞。在近年來人們環(huán)保意識不斷提高的形勢,我國也出臺了一系列環(huán)保策略并提出了發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略要求,同時也加大了對新型清潔型能源的開發(fā)和應(yīng)用力度,以風(fēng)能為例,表現(xiàn)出風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)容量的大幅度增加和快速增長,但是也增加了風(fēng)電機(jī)組故障診斷和處理工作量和難度。因此,本文就針對風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中的典型故障類型,研究相應(yīng)的故障診斷技術(shù)以及解決措施。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障類型與故障機(jī)理

風(fēng)電機(jī)組是一種由機(jī)械和電控部分組成的機(jī)械電氣結(jié)構(gòu),其中的機(jī)械部分主要有風(fēng)輪、傳動軸以及齒輪箱和塔架等,電控部分則主要包括發(fā)電機(jī)、傳感器、變壓器以及儲存裝置等?？偨Y(jié)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障類型,主要有以下幾種。

2．1 發(fā)電機(jī)故障 在風(fēng)電機(jī)組中,其核心電氣設(shè)備就是發(fā)電機(jī),其主要作用就是通過傳動軸將葉片旋轉(zhuǎn)的動能轉(zhuǎn)換為電能實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。由于風(fēng)電機(jī)組通常處于高原或者是沿海地區(qū),環(huán)境比較惡劣,比如會存在較大濕度或較低氣壓等惡劣條件,以及容易出現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)沙或者強(qiáng)風(fēng)雪等惡劣天氣,加劇了對發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子和定子的腐蝕與磨損問題,甚至?xí)霈F(xiàn)對絕緣部分的破壞,這就增加發(fā)電機(jī)運(yùn)行中的短路故障概率。也會由于發(fā)電機(jī)定子繞組和電氣元件老化而縮短其使用壽命?？偨Y(jié)造成發(fā)電機(jī)故障的原因,主要有軸承偏移、定子或轉(zhuǎn)子繞組短路以及氣隙變化等。

2．2 傳動軸和齒輪箱故障 在風(fēng)電機(jī)組的傳動系統(tǒng)中,齒輪箱和傳動軸是其傳動鏈中最為關(guān)鍵的部件,但是由于在傳動系統(tǒng)運(yùn)行中具有較為復(fù)雜的受力情況,而且容易出現(xiàn)故障的部位較多,增加了故障排查難度以及消耗的時間。這就需要針對此類故障做好提前預(yù)警和診斷工作,以便于縮短維修周期并提升維修質(zhì)量?？偨Y(jié)此類故障表現(xiàn),主要有傳統(tǒng)軸偏心或偏移、軸承磨損、軸承裂紋或點(diǎn)蝕、齒輪斷齒以及齒輪膠合等問題。分析造成傳動軸故障的原理,由于風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行中會在風(fēng)力影響下出現(xiàn)振動現(xiàn)象,在受到長時間的振動因素影響下會造成傳動軸偏析或偏移問題,進(jìn)而會導(dǎo)致軸承磨損問題,此外,在受到灰塵、雨水等因素的影響下也會導(dǎo)致點(diǎn)蝕或磨損問題,甚至?xí)?dǎo)致傳動軸承的裂紋問題。而分析造成齒輪故障的原理,主要是由于在齒輪的長時間運(yùn)行中容易出現(xiàn)磨損問題,一旦齒輪箱內(nèi)的溫度過高還會造成齒輪膠合問題,以及容易在出現(xiàn)負(fù)載突變或受力不均時造成齒輪斷齒問題。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)及應(yīng)用

3．1 振動信號診斷技術(shù) 此種診斷技術(shù)的應(yīng)用頻率最高,重點(diǎn)是可以深入檢查機(jī)組中的關(guān)鍵部位,尤其是基于機(jī)組運(yùn)行振動參數(shù)所研發(fā)的振動信號診斷新技術(shù),比如小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),可以深入診斷齒輪箱中的故障?；蛘呤菍C(jī)組葉片故障進(jìn)行診斷,也就是通過收集不同部位的振動信號并對此部位的故障位置進(jìn)行計(jì)算和分析來尋找故障愿意你。

3．2 電氣信號診斷技術(shù) 機(jī)組運(yùn)行中的電氣信號通常比較微弱,而且容易被其他設(shè)備運(yùn)作聲音淹沒。因此在診斷時應(yīng)采用先進(jìn)的信號接收設(shè)備來準(zhǔn)確識別電氣信號并進(jìn)行故障信息的分析。然后結(jié)合自動力學(xué)模型和數(shù)據(jù)來分析故障問題,結(jié)合此模型也可以聯(lián)系電氣信號和電機(jī)扭矩波動,對齒輪箱故障與信號之間的關(guān)系進(jìn)行仿真模擬來判斷故障位置?；蛘呤峭ㄟ^維納濾波來清理噪音對軸承故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

3．3 模式識別診斷技術(shù) 此種診斷方法是基于機(jī)組的多元化信號開展診斷工作的技術(shù),也就是通過時域和領(lǐng)域中建立模型的方式進(jìn)行故障分析。比如可以通過立體模型的建立來分析軸承故障。也就是通過一定的算法對故障的可視化模型進(jìn)行構(gòu)建并對故障特征進(jìn)行呈現(xiàn),便于技術(shù)人員快速鎖定故障位置。或者是通過非線性流形學(xué)習(xí),結(jié)合立體空間結(jié)構(gòu)來分析動態(tài)軸承故障。或者是通過線性判別法來分析軸承的粗糙度故障。

4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障解決措施

針對風(fēng)電機(jī)組的常見故障,在通過上述診斷技術(shù)進(jìn)行診斷分析之后,需要從故障機(jī)理和原因角度出發(fā),針對其常見故障和容易出現(xiàn)故障的位置開展針對性的檢查工作。在檢查工作中,重點(diǎn)時通過手摸、耳聽、眼看、鼻聞等方式或者是借用簡單的工具開展檢查工作。具體地說就是對發(fā)電機(jī)和齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)過程中是否存在卡澀現(xiàn)象以及異響進(jìn)行檢查,保證其運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。而且要對潤滑油的油位高度進(jìn)行檢查、觀察油色和粘度,做好對加油時間的記錄、加油量等記錄內(nèi)容的檢查,保證所用潤滑油的規(guī)格和質(zhì)量達(dá)標(biāo)。此外,可以借用測溫儀等簡單工具對溫度進(jìn)行測量或者是通過手摸軸承的方式來快速判斷溫度是否超標(biāo)的問題。最后就是通過專業(yè)振動監(jiān)測儀的應(yīng)用來收集振動數(shù)據(jù)并分析,判斷是否存在振動異常現(xiàn)象。

針對上述檢查工作中發(fā)現(xiàn)的故障問題,需要結(jié)合作業(yè)指導(dǎo)書以及監(jiān)控系統(tǒng)提供的故障信息快速判斷故障位置并開展停機(jī)檢修?？梢酝ㄟ^更換故障位置零件的方式診斷和排除故障。這就需要做好對各類備品備件的管理工作,保證所用備品備件與原件的型號和質(zhì)量一致。而針對無法更換的大型設(shè)備,則需要結(jié)合搶修方案快速組織專業(yè)人員開展搶修工作。最后需要將上述搶修總過程進(jìn)行詳細(xì)記錄和歸檔,作為同類故障檢修依據(jù),同時也總結(jié)經(jīng)驗(yàn),盡量避免同類故障的再次發(fā)生。

5 結(jié)語

基于規(guī)模不斷擴(kuò)大和數(shù)量不斷增多的風(fēng)電機(jī)組造成風(fēng)電機(jī)組故障檢修工作量增加的現(xiàn)狀,需要在工作中不斷總結(jié)風(fēng)電機(jī)組的常見故障類型并分析其故障機(jī)理,結(jié)合不同故障特征合理應(yīng)用故障診斷技術(shù)來快速診斷故障位置和原因,在此基礎(chǔ)上合理選擇故障檢修策略來快速排除故障,快速恢復(fù)風(fēng)電機(jī)組的正常運(yùn)行。