风力发电机在线监测与诊断系统研究 conv (2).docxVIP

ELECTRONICSWORLD?技术交流

风力发电机在线监测与诊断系统研究

湘电风能有限公司张晓良

【摘要】风力发电机在线监测和诊断系统可以快速地监测和诊断风力发电机的故障，这样就能够更好地对风力发电机进行维护。目前，我国的风力发电机组在线监测和诊断系统仍然处于初始阶段，所以需要对其进行进一步地研究。基于此，本文对风力发电机在线监测与诊断系统的工作原理进行了介绍，并且对风机在线监测系统的功能和构成等进行了分析，供相关人士参考。【关键词】风力发电机；在线监测与诊断；系统

作为近几十年来一门新兴的形成和发展于大型机组上的交叉性技术，在线监测与诊断系统属于近代机械工业朝着机电一体化的方向不断发展的一种产物。由于现代机械设备通常都具有高度的复杂化、大型化、智能化、自动化等特点，因此其工作过程的可靠性和安全运行在很多时候都变得越来越重要，在这种情况下，如何有效的监视其工作状态具有重要意义。

1.在线监测系统的工作原理分析

在线监测系统在风力发电机中最为重要的作用就是能够及时有效的处理在运行过程中风力发电机设备产生的各种信息和外部征兆，并且对反映状态的正确信息进行有效提取，对其内涵故障进行科学地分析和正确地识别，所以在在线监测系统设计和建立之前，首先要充分地了解被监测对象的工作过程和结构[1]。因为风力风电机具有非常复杂的工作过程和设备结构，要想对风力发电机进行深入的监测、分析，并且做出深层次的故障诊断，就必须要充分的掌握一定的方法和理论，更为关键的是要对风力发电机设备的运行机理和结构具有充分的了解和熟悉。风力发电机在线监测主要包括三个方面的功能，也就是拾取信号、处理信号和监控决策，一般由定子传感器、齿轮箱传感器、主轴传感器等相关设备对风力发电机的基本运行情况进行采集。而所谓的信号处理主要是采用信号处理的方式转换传感器采集到的信号，并且使其成为数字信号，随后利用网络传输的方式向监控室进行传输。因为通常会在农田、岛屿等比较偏远的地区设置风力风电场，所以其具有相对较差的通讯设施，这时候可以采用GSM、CDMA等无线传输方式进行网络传输，这样就可以将铺设光缆等昂贵设备的费用节省下来。所谓的监控决策主要指的是通过比较风机数据库中存储的数据和传输的信号数据，然后由监控人员以比较的结果为根据将风机的运行状况分析表确定下来[2]。

2.风力发电机在线监测与诊断系统的工作特性

目前在大多数风力发电机中风场监测属于一种得到广泛应用的通用检测程序，风场监测除了可以对输出电量进行监测之外，同时还可以存储部分故障信息，存储的故障信息主要包括风速情况、输出电量和状态信息等，而且还可以向运营商和制造商进行传送。然而风场监测只有在具有详细记录的情况下才可以将故障观察到，在很多时候其中的控制系统只有在发生故障之后才会发出警报。整个系统在这种情况下只会自动的停止风力发电机的运行，避免故障出现进一步的恶化。为了能够适应风力发电机的监测需求，现在风力发电厂开始广泛地推广和应用风力发电机在线监测与诊断系统。在风力发电机中在线监测与诊断系统的应用主要包括下面的两个步骤：首先，风力发电机的控制系统通过合适的传感器连接连续的在线监控设备，如果某些零部件特征在风力发电机中出现变形的现象，这时候就会将警报声音发出，其中包括电机定子、主轴和齿轮箱的振动[3]。对所设定的频率范围和振动的频率范围进行对比，这时候如果监控系统发出高于系统设定异常值的时候，风机就会进行自动停机处理，并且向维修中心通过网络传送警报值。通过这种方式在早期状态就能够对潜在的危险因素进行探测，并且将有针对性的修复和维护方案提供出来。通过对其零部件的不间断、零距离的观测，能够将专门的维护计划方案设定出来，防止出现灾难性的后果。其次，通过手持式诊断仪进行周期性机械诊断，可以进一步地检测在线诊断仪发出的存在异常值和预警值的零部件，在周期性的检查过程中可以在轴承、发电机、齿轮箱等各种机械零部件上安装移动测量设备，对其频谱进行详细的记录，并且对以前确定的频谱图和记录的频谱图进行对比。利用频谱特性曲线比较的方式就可以将导致故障的原因最终确定下来。

?126?

3.风力发电机在线监测与故障诊断系统的构成

作为一种可以将风能转化成电能的设备，风力发电机主要是利用发电机、齿轮箱、主轴、叶轮等完成这种转换过程。风力机叶片在各个风力发电机的部件中属于弹性体，在风力机叶片结构上作用的惯性力、弹性力和空气动力等在风荷载的作用下会产生随机性和交变性的力的耦合，从而进一步引发自激共振的现象出现在某些振型共振上，也就是所谓的颤振。颤振的现象具有发散的特点，如果颤振现象非常严重就会极大地破坏到风力发电机的结构。除此之外，由于多种原