海上风电机组主要机械故障机理研究_1

1、    海上风电机组主要机械故障机理研究    宋守勇 张宁 和法利摘 要：现阶段风能持续发展，大规模的风电机组得到了广泛的使用，因为大多数的机组都是设置在偏远的地区，所以存在较多的不确定因素，我们国家大多数的风电机组都产生了一定的问题，这样也就影响到了风力发电的安全性以及经济性。要想使得风电保持一个良好的运行状态，使其竞争力有所上升，就需要持续降低风力发电成本。在这种情况下，本文详细地分析了海上风电机组所存在的机械故障机理。关键词：海上风电场；风电机组；机械故障；风力发电：tm614 ：a ：1671-2064（2018）17-0146-021 风电机

2、组维修方案风电场包括定位维护方案、停机维护方案以及状态检测方案，在进行定期维护的时候，需要对于系统开展周期性的检查以及维护，而且周期的长度需要按照设备的时间进行联系，并且需要正确解除风电机组。主要的优势就是停机几率比较低，而且需要确保计划能够顺利开展，在补给配件的时候比较方便。要是设备出现了磨损以及疲劳的情况，需要等到维修周期才可以进行替换。要是使用时间还没有使用完，在经过维修之后能够继续使用，但是因为进行了替换，所以出现了资源浪费的情况。不仅日粗，载重机以及维修人员所需要消耗的资金是比较多的，要是路程比较远，也会消耗较多的运输费用，而且持续往返也会消耗一定的资金。由于天气因素影响比较大，所以

3、定期维护很难在海上风电发挥实际的效果。风机电阻停机检修的概率比较小，要想进行停机维修，就需要在设备出现严重事故才可以开展。在进行停机维修的时候，比较容易出现较大的风险，而且需要消耗较多的停机检修时间，最主要的就是会消耗较多的供应时间。不仅如此，因为存在一定的天气影响因素，所以会造成更大的损失，在这种情况下，使用停机维修方案很难充分发挥实际的效果。2 所存在的故障和机理风电机组经常设置在比较偏远的风口处，而且因为存在一定的变向负荷风力作用，而且因为存在强风的以你关系以及温差的影响，所以比较容易出现故障。风电机存在的故障是比较多的，由于风电场存在一定的差异，而且各种情况都存在一定的不同之处，所以机

4、组的故障类型也会有所不同。在这个图中，主要就是2000-2004年之前瑞典风电场故障数据，这样能够看出，在机组中电气系统是最容易发生故障事故的部件，接着就是传感器以及叶片变桨设施。之所以出现停机情况，就是因为齿轮箱出现了问题，接着就是控制系统故障以及电气故障。通过统计能够看出，我们国家的风场齿轮箱损坏率是比较高的，这些故障包括：如图1所示。2.1 齿轮箱故障齿轮箱对于升速型风电机来说是比较重要的，这个设备使得风轮受到了风力作用产生动力，这些动力会传给发电机，而且会出现一定的转速。通过对于风轮以及发电机特点的分析能够看出，齿轮箱在使用的时候会受到静态负荷以及动态负荷，这样就会出现一定的故障问题。

5、因为制造安装、操作维护以及其他各个方面存在一定的差异，所以故障的发生时间以及发生程度也会有所不同。齿轮在使用的过程中，因为齿轮制造出现问题或者是操作维护出现差错，就会出现失效的情况，主要的失效形式包括：（1）齿轮出现失效的情况：齿面出现磨损以及擦伤的情况，而且还包括断齿等情况；（2）轴和轴系：轴失衡，还包括弯曲以及不对称的情况；（3）滚动轴承：内环，外环以及滚动体出现点蚀情况，保持架出现损坏的问题；（4）滚动轴承：内环，外环和滚动体的点蚀和疲劳剥落，保持架损坏等。2.2 电气系统故障风电机组的电气系统主要就是把电气设备和电网进行联系，往电网中输送电能，并且控制电能参数。现阶段设计工作主要就是借

6、助电气设备来控制功率以及频率，这样可以产生软并网。在大功率并网型风力发电系统里面，双馈型电机转子侧变频调速恒频发电系统有着较高的性价比，现阶段得到了较多的使用。电气系统的投资占据的风电机组总投资的比例是比较小的，但是故障率却比较高。电气系统中存在着较多的部件，而且故障的种类也比较多。2.3 发电机故障发电机能够把旋转的机械能转化为电能，现阶段使用最多的就是双馈式异步发电机。通过分析能够看出，风机里面中的轴承、定子以及转子比较容易出现故障问题。定子以及转子故障问题含有：匝间绕组出现开路的情况，存在绕组短路情况，定子绕组连接出现问题。至于异步电机产生了故障问题包括：电气不够对称，电机损耗情况加剧，

7、效率较低，绕组较热。不仅如此，因为油温比较高，振动比较大，而且存在杂声的情况以及绝缘损坏的情况，所以发电机也会出现问题。3 风电机组状态监测以及对于故障的诊断3.1 状态监测技术在之前风电场主要是选择事后维修的形式，等到部件出现失效的问题才选择维修。由于装机容量的持续增加，风电场开始选择预防性维修方法，大多数的经营人员会选择定期检查测量，并且联系所存在的各种经验来评价机组的状态。不过还是存在一定的问题：第一点就是检查成本比较高，要选择停机，而且需要到机组里面；第二点就是仅仅可以选择定期评估，这样不能充分掌握设施的运行状态。现阶段因为状态监测技术以及故障诊断技术的持续进步，开始出现了一些新型的维

8、修技术。3.2 风力发电机组状态监测技术风力发电机组状态监测技术包括：振动分析技术、油液监测技术、热成像技术、过程参数监视技术以及性能参数检查技术。当然也涉及到了：物理状态检测技术、应变测量技术，声学监测技术以及自我诊断技术等。通过分析能够看出，要是叶片出现了故障的情况，能够选择应变测量以及振动监测技术；在检测变桨系统的时候，可以选择参数估计的措施；对于齿轮箱的监测可以选择传感器振动分析的措施，比较常见的传感器就是加速度传感器以及位移传感器，位移传感器就是明确低速运行的状态。通过对于声发射技术的使用可以及时地解決所存在的突变问题，尤其是可以解决所存在的潜在故障。3.3 故障诊断技术现将诶的故障

9、诊断技术的种类是比较多的，其中包括普通的诊断方法、数学诊断方法以及智能故障诊断措施；一般情况下，普通的诊断方法能够研究所存在的各种基础数据，而且通过和其他形式的联系，能够及时地诊断所存在的故障。数学诊断措施能够明确所选择的模式，而且会借助概率设计来进行模型诊断工作，而且也涉及到了对于各种故障的诊断。有关的智能诊断方法涉及到了模糊逻辑方法、专家系统诊断、神经网络诊断以及遗传算法诊断。4 风电机组故障智能诊断4.1 选择诊断方法现阶段在诊断旋转机械故障的时候，可以选择专家系统以及人工神经网络来进行诊断。专家系统在检查旋转机械故障问题的时候，能够取得一定的效果，不过还是会遇到一定的问题，首先就是设置

10、知识库以及验证知识库的时候不够完善；而且容错能力较低，没有一个合理的措施来检查所存在的信息。一般大型专家系统知识库在进行维护的时候是比较困难的，而且在进行诊断的时候比较容易出现一定的问题。通过比较能够看出，人工神经网络的优势明确多于专家系统。通过对于风力机故障诊断的分析能够看出，风力发电在我们国家的发展速度比较缓慢，而且最早使用的风电机组还是比较容易故障问题，有关的维修保护经验还是不夠健全。所以在监理大规模的专家库的时候，比较容易出现不完整的情况。有关的神经网络对于条件的要求也比较高，而且故障监测工作也比较简单。不仅如此，在监测风电场机组的时候，需要确保有着一定的容错能力以及实时性，而且要是检

11、测到了故障，就需要及时地采取措施进行应对。所以使用神经网络来开展风电故障诊断工作是一个正确的选择，不过神经网络的使用案例比较少，不过在机械故障诊断工作中得到了广泛的使用，特别是在诊断齿轮箱以及发电机的时候，存在较多的参考经验。在这种情况下，需要正确使用神经网络来设置风电机组智能诊断系统。4.2 数据库结构风电机组预警诊断系统有着比较完整的软件系统，而且含有训练功能以及诊断功能，并且也包括一定的辅助功能，其中包括实时诊断功能、实时监控功能、数据查询功能以及数据管理系统等。在这个系统中需要按照风电场机组的运行情况来开展诊断工作，所以也会包括远程数据库以及本地数据库。本地数据库主要就是存储神经网络训

12、练样本，训练所得的网络模型、用户信息以及各种参数；在远程数据库里面会存储和诊断有联系的风电机组参数和诊断结果。5 结语现阶段风能在世界中得到了广泛的使用，不过风电机组在运行的时候还是会出现一定的故障，对于有关的企业来说，需要降低发电成本，而且需要提升机组运行的可靠性。风电机组是比较复杂的机电综合系统，现阶段主要的故障形式包括齿轮箱故障、电气系统故障以及发电机故障，而且各个故障之间会存在一定的联系，在这种情况下就需要充分掌握风电机组的运行状态，不过现阶段的故障诊断还是存在较多的问题。所以需要设置一个合理的风电机组故障诊断系统，充分研究故障信息所存在的知识，这样不仅能够及时地诊断所存在的故障，而且可以获得更多的经济效益。参考文献1浅析国内海上风电发展环境j.稀