（东方电气（天津）风电科技有限公司天津300462）
摘要：当前，风力发电已成为世界新能源发电中发展最迅速的行业，我国风电总装机容量已跃居世界第一。但由于缺乏关键技术，盲目扩大风电场建设，加之环境恶劣，国产风电机组故障发生率明显高于国外，这不仅增加了风力发电机组维修费用，也大大降低了发电可靠性。开展风电机组的运行状态监测，可以提前发现设备运行隐患，实现风力发电机设备的计划检修，是降低生产维修成本、防止重大事故发生的有效措施。
关键词：风力发电机；振动监测；应用
引言
为满足风电市场高速增长需要，我国大批新型风力发电机组匆忙投入规模化生产运行，如此短的时间，不可能准确地检验机组的质量，考察运行可靠性，这无疑增加了生产技术风险和机组不正常运行导致的经济风险。另外，风电场所处的环境和气候条件恶劣，使发生故障的潜在可能性和方式也相应增加，一旦这些设备发生故障而失效，将造成巨大的经济损失。
1、风电机组在线振动状态监测系统
1.1系统构成
振动监测系统主要是在风力发电机组预先选定的位置安装振动传感器和转速传感器，传感器将其采集的信号通过带编织屏蔽电缆接入到1台智能采集单元，将处理完的数据通过无线网络发送到事先装有分析软件的服务器中，客户可通过多种方式登录服务器察看运行数据，以便进行深入分析。
1.2测点布置
对于风力发电机组的振动监测，主要集中在传动链上，而针对传动链，监测又主要集中在主轴、齿轮箱和发电机上。针对风力发电机组的特定应用，在主轴承、一级行星轮大齿圈处转速较低，需要选用低频加速度传感器，其他位置选用通用型加速度传感器。对于当前主流的两种齿轮箱类型，通用测量点布置要求如下：①两级行星，一级平行轴结构主轴前轴承1个（径向）、二级行星轮大齿圈1个（径向）、二级行星轮大齿圈1个（径向），齿轮箱低速轴输出端1个（径向）、齿轮箱高速轴输出端2个（轴向和径向）、发电机驱动端2个（轴向和径向）、发电机非驱动端1个（径向）。转速传感器安装在齿轮箱高速轴输出端位置。②一级行星，两级平行轴结构主轴承1个（径向）、齿轮箱输入轴1个（径向）、行星轮大齿圈1个（径向）、齿轮箱低速轴输出端1个（径向）、齿轮箱高速轴输出端2个（轴向和径向）、发电机驱动端2个（轴向和径向）、发电机非驱动端1个（径向）。转速传感器安装在齿轮箱高速轴输出端位置。
1.3分析功能描述
主要是通过测取齿轮箱、发电机的整体总振值，根据ISO10816标准评估总体设备状况。主要技术方法有：①采用频谱分析技术，对齿轮箱、发电机的平衡、对中、连接、齿轮啮合等状态进行评估。常规的频谱分析技术，皆采用“窄带报警”，在特定频段范围内进行幅值报警，借助人工进行分析。②采用时域分析技术，可以得到振动加速度、速度、位移、Crest峰值因子、峭度、歪度，以及4个等级的摩擦因子，连同预设的征兆匹配指标，按照ISO10816标准，综合在一张图表上，把复杂的人工分析变成简单的专家诊断结果。③采用频域征兆拟合技术，例如，对齿轮箱一级齿轮的啮合频率及边频进行拟合，对各级拟合值进行均方根运算，从而得到齿轮啮合的总征兆值，再根据ISO标准，直接给出“绿、黄、红”专家评估。将振动时域分析与高效的征兆评估频域分析方法结合，可直接得到不平衡、不对中、松动、齿轮啮合不良、轴承外圈、内圈、滚动体、保持架故障等数十个征兆评估值及“绿、黄、红”状态，从而达到综合评估与智能诊断的目的。④变速变载的智能评判，由于风力发电设备工作在多种工况下，不能采取统一的评判标准，智能评估可采取变速变载分析技术，根据风速、转速、功率等参数进行相关性评估，智能调整评估标准，并做出归一化的评估值，从而得到可靠的分析结论。由以上功能描述可以看出，在线系统可以预测分析风力发电机组如下故障及征兆：动平衡、对中、轴承问题、齿轮啮合问题、轴弯曲、机械松动、共振问题。
2、风力发电机振动监测系统实施效果
目前，荣成、东台、呼伦贝尔风电场在线振动监测系统已经安装调试完成，试运行近半年，完成了系统软件的参数设置，如转速触发范围、加速度包络频谱的频宽范围、趋势数据和频谱图的保存时间间隔等；收集风机各部件（包括主轴、齿轮箱、发电机）振动的基础数据，了解风机在不同风况下运行时的振动数据趋势，为风机量身定做了振动预警和报警标准，达到逐步实现智能监测的目的。通过在线系统的监测，目前已发现个别风机存在一定的机械故障隐患。下面针对荣成风电场30106号风机的振动监测情况进行分析。
2.1主轴承
主轴承加速度包络频谱。主轴承加速度包络频谱显示运行时主轴承冲击能量平缓，未发现有故障频率，轴承情况良好，但在包络时域波形中有很弱的杂乱的冲击信号，应为润滑油中的杂质所产生，暂不影响设备的运行，应注意润滑维护。
2.2齿轮箱
齿轮箱高速轴输出端振动频谱。分析振动速度频谱，发现有轻微不对中征兆，均存在低于1倍与2倍峰值，但通过对发电机振动的分析，认为高速要定期润滑维护。轴不对中征兆是由发电机振动引起，需要进行后续跟踪确认。不对中对轴承状态影响较大，建议跟踪查看轴承的振动值趋势。
2.3发电机
2.3.1驱动端振动
从驱动端的振动频谱来看，1～6倍发电机转频处均存在峰值，且峰值相对较高，符合机械松动的征兆，表明发电机驱动端轴承处存在一定的磨损，为轴磨损或者轴承座磨损。整体振动值处于黄色预警期，可继续运行，但要经常跟踪振动变化趋势，需要定期润滑维护。
2.3.2非驱动端振动
从非驱动端的振动频谱来看，存在与驱动端相同的征兆，1～6倍发电机转频处均存在峰值，符合机械松动的征兆，表明发电机驱动端轴承处存在一定的磨损，为轴磨损或者轴承座磨损。在对风力发电机进行故障沴断方法的分析中，只是使用了常见的时域分析、频域分析以及共振解调分析。这些方法需要在实际的情况下相互结合使用，而不是单纯的使用一种，因为通常情况下故障的发生往往伴随着多个故障的混合，需要综合各种信息才能对风力发电机的工作状态做出准确的判断。
结束语
振动监测是一项技术与经验相结合的设备故障诊断方法，通过对数据的分析、运行状态的对比可提高状态监测的有效性。因此，建议从设备使用的初期开始，逐步做到熟练使用、培养人才、诊断分析、形成标准、推广使用，最终达到指导运行维护、提高设备可靠性和利用率的目的。
参考文献：
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