风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究.pdf

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1、风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究 摘要：风力发电是我国清洁型能源战略组成部分，近年来风力发电在我国的电能工艺占比越来越高，以及逐渐成为我国主力的电能生产方式。现阶段虽然我国风力发电产能逐年提高，但技术以及管理体制还不够完善，风力发电机组的故障发生概率仍处于较高水平，严重影响了风力发电的效率以及生产稳定性。课题研究由此出发，深入分析研究风力发电机组状态检测以及故障诊断的技术，并对故障检测技术未来的发展方向做出展望。关键字：风力发电机组；状态监测；故障诊断技术 1.风力发电诊断测试工作中存在的问题 对风力发电机组状态检测和故障针对技术的分析以及研究，应基于风力发电机组各项信息作为研究基础。例

2、如，发电机组在工作时各个组成位置的电压、电流、温度、震动等情况，基于上述参数以及波动范围建立相应的状态检测和故障诊断体系，在参数出现异常时进行分析和判断，并根据分析结果采用必要措施制定相应的维修维护以及处理技术，从而降低事故发生的概率，并减低运行过程中的维修、维护成本。风力发电机组在运行过程中容易出现的故障种类较多，但从故障的产生原理角度可以分为机械故障和电气故障两种。其中机械故障主要因为设备在运行过程中出现旋转位置不平衡，振动过大的产生的一系列故障。如转子质量不平衡、转子偏心、不对中、电机振幅较高等等。电气故障一般为电机系统的故障，如线圈短路、绝缘设施失效损坏等等。电气故障可以直接导致整个设

3、备系统失效，影响风力发电机组的正常生产，妥善的维护保养工作可以有效降低机械故障以及电气故障的发生可能性，严格完善的巡检工作也可以及时发现早期阶段的设备故障，最大限度降低设备故障带来的一系列影响以及损失，节约维修成本。1.1 通过发电机震动、温度、转速等诊断机械故障 风里发电机组的发电机设备在工作中，其电流、电压以及功率都存在一定波动，但波动如果如果超过预定范围，发电机组大概率以及出现了相应的机械故障，此外电流、电压以及功率存在一定的相关性，如果差异过大也可以判断设备发生了机械故障。首先，高频震动故障多由轴承故障导致。针对此类故障的监测需要在轴承位置安装震动传感器设备，通过对传感器搜集的震动信号

4、进行分析和处理，从而判断是否存在轴承故障以及轴承故障类型，一般采用峰值能量发、包络解调法、小波分析法等具体的分析方法进行详细的故障分析和判断。其中导致如果传感器参数显示震动频率较低，可以初步认定为轴承系统对中存在问题、转子质量不平衡、机座松动等故障。需要进行进一步的分析判断才可以精准的判断实际故障。如转子质量补片哼一般是由于长期处于高温状态下，转子磨损加剧导致转子偏心转子间隙变大等问题导致的。在故障判断过程中，对发电机组的电流、电压、功率等原始信号进行谐波成分监测，也是重要的判断方式之一，该方法可以有效的识别电机转子的偏心故障，当发动机转子和轴承出现故障，导致无法实现正常功能是，会采用小波变换

5、的形式给发电机的输出功率发出信号。1.2 电气故障发出信号的控制 首先在发电机组的主要位置安装相关的传感器设备，实时获取发电机组的线圈温度、定子电压、转子电流、输出功率、转速等参数信息，对上述信息进行实时的监控以及分析，从而识别出各类电气故障。在实际的分析过程中还需要使用振动监测等技术方法。具体乳腺癌，在转子和定子先选出现故障时，定子转速、发动机故障以及转子的电流等参数会发生异常，可以对该部分进行进一步的检查，导致上述故障的主要原因一般为发电机转子、定子线圈绝缘损坏、相间短路等等诸多原因，因此在故障判断中对短路等现象的监测也是检查的重点问题。部分时候需要安装大气温度以及大气压力传感器，以求实现

6、更为精准的电气故障识别和诊断。在转子的电流信号监测中如果出现了故障谐波分量的现象，一般可以认定为电机的定子部分发生了短路现象，从而导致反向旋转磁场的行程，因此打破了转子电流的对称性。对发电器设备每匝线圈的短路监测一般采用电流负序监测、电流和谐波监测、电流 park 矢量监测运行路距等等的技术方法。但如果已经发生短路的线圈数量较少，定子电流的变化量将难以察觉，上述方法则无法实现对其有效监测。需要对发电机的电流、温度、振动等参数信息进行综合性的分析判断，并使用神经网络发、概率神经网络法、bp 神经网络法进行进一步的识别和判断。1.对故障模拟实验研究的分析 2.1 两种研究途径 在对双馈的风力发电机

7、故障诊断中，多数诊断内容需要基于风力发电器本身，通过相应的数学建模方法，构建方针模型来进行研究和诊断，一般通过两个途径进行，分别为故障仿真和实验模拟。模型的建立一般由场模型和路模型组成。其中场模型是是针对风力发电设备的工作中磁场的发生情况进行模拟和建模，模仿发电设备在正常运转以及故障时磁场的变化情况。使用该方法可以实现对不同短路匝数的故障模拟。路的构建是基于多回路理论以及电机数学理论构建的，通过分别模拟正常运转以及故障运转，模拟电机设备在不同状态下的电流变化，从实现对发电机组设备的运行状态判断。一般情况下发电机组在发生相应的故障后，机组设备电流量会明显升高，在抛出其他原因的干扰下，电流上升幅度

8、越大，说明绕组故障的程度越高。2.2 风力发电器的仿拟验证分析与探讨 创设风力发电机故障的模拟平台，可以对所有故障类型进行深度模拟，进一步的完善风力发电机事故的监测和诊断的技术。实验台可以模拟很多故障，例如传动系机械的不正常运作、发电机的定子绕组短路事故等。创设的风力发电机可以模仿很多事故，其中有定子绕组匝间短路事故、定子不平衡和转子不平衡现象，因为这一实验模仿平台有一个感应的发电机是滑环双馈式的绕线感应发电机。定子和转子会出现一些故障，例如定子、转子在绕组时每匝之间的短路现象、层间短路现象以及相间短路现象等，都能够通过双馈型的风力发电机故障模拟实验平台来开展模拟实验，采用和实际运行的双馈发电

9、机差不多的结构，同时，可以人为进行控制。3.风力发电机状态监测系统 风力发电机状态监测系统可以对发电机运行中振动的频率、幅度等参数进行收录分析，从而实现对发电机组各个部件运行状态以及是否存在故障进行判断。该方法是目前发电机组运行状态监控的具体实施方法，应用范围十分普遍。其中瑞典的 skf 公司和新西兰况德公司的在线监控系统性能和精确性最强。我国自主知识产权的 cdma-6100 状态监控系统目前也相对完善，虽然上述公司的顶尖设备还存在一定差距，但基本可以满足我国风力发电机组的状态监测要求。但仅仅依靠对振动数据的采集和分析，在故障判断和诊断方面仍存在一定的限制，诊断正确率相对较低，需要结合其他办

10、法进行综合的判定机分析。我国目前使用的 wt-1 型号的风力发电机组综合状态监控以及故障判断系统，可以实现对电气信息、以及各个部件振动信号的收集和分析，在配合负序电流法、电流谐波法可以实现对故障信息以及运行状态的精准判定。发电机的电气信息和风力发电机组运输链各个部件的振动信号都可以通过这一系统获得和监控，然后把负序电流法、电流谐波成分分析法等常用的电气信号处理方法集中到该系统中。参考文献 1.黄树红，李建兰.发电设备状态检修与诊断方法M.北京：中国电力出版社，2008.2.2 沈艳霞，李帆.风力发电系统故障诊断方法综述J.控制工程，2017（20）：789-795.3.3 赵勇，韩斌，房刚利.风力发电机状态监测与故障诊断技术综述J.热力发电，2016，45（10）：1-5.4.4 姚晓燕，张丛杰，闫铁伦，等.一种行之有效的故障诊断新方法J.振动工程学报，2005，17（增刊 1）：326-327.