风力发电机状态监测与故障诊断技术分析
摘要：目前，全世界因煤炭、石油等传统燃料型能源不可再生且对环境污染危害性大，对其开采利用进行了严格管控，并将研究方向转至如风能、太阳能、地热能等清洁能源。

风力发电作为风能利用的重要方式，在用风电场数量与增量逐年递增，设备故障诊断和维护保养工作已成为亟待解决的问题。

此外，如何提高故障诊断和维护技术也成为各风力发电企业的重要研究工作。

本文以风力发电机组故障诊断为例，从不可控的风力风速影响和风力发电机组故障类型、故障机理或产生部位、诊断处理等方面寻求快速诊断检修方法，力求缩短维修时间，降低检修成本，提高风力发电机组安全在线运行时长，确保风力发电质量和电能。

关键词：风力发电机组；状态监测；故障诊断技术
引言
近年来，随着工业的发展，环境污染日益严重，新能源风力发电在各行业领域应用日益广泛。

一般风力发电场多建于偏远地区，地处环境恶劣，无法应用有效监测技术解决风力发电机组各种故障与信号不统一等问题。

因此，基于风力发电机不同监测数据，全面分析风力发电机组运行时遇到的故障，深入研究风力发电机组监测与故障技术具有非常重要的意义。

1风力发电机采用状态监测和故障诊断技术的必要性
为了便于风能的获取，风场一般都设在比较偏远的山区或者近海区域，所以风力发电机会受到阵风、侵蚀等因素的影响。

风力发电机组一般设在50-120m的高空，在机组运行时需要承受较大的受力载荷。

由于设计不合理、焊接质量缺陷等原因会引发机组运行故障，当出现阵风时，会对叶片造成短暂而频繁的冲击载荷，而叶片受到的荷载又会对传动链上的部件产生不同程度的影响而引发故障，其中风轮、主轴、齿轮箱、发电机等受到的影响较大。

计划维修和事后维修是风力发电机比较常用的维修方式，但是这两种维修方式都存在一定的缺陷，计划维修的检修范围不大，维修内容不详细，无法全面的反应出机电设备的运行状况。

而事后维修的维修时间长，维修效率低，所以造成的经济损失较大。

所以需要提高风力发电机维修水平，采用状态监测和故障诊断技术可大大提高风力发电机运行的稳定性和可靠性。

2风力发电机系统的状态监测现状分析
近年来以风力发电为代表的可再生能源产业得到了快速发展，不断完善的风力发电技术凭借自身独特的优势为风力发电规模的不断扩大提供了支撑，但风力发电系统在运行时的安全问题逐渐凸显，需对风力发电系统进行科学有效的监控，确保及时发现潜在隐患及故障，进而保证系统正常运行。

风力发电过程中将风能转化为电能主要通过使用风机实现（电磁感应原理），再对转换后的电能进行调压等操作后向电网中的用户输送。

目前我国的风力发电机组建设较为完善，基于恒速恒频的风力发电机组进一步完善了风力发电系统。

目前变桨距技术在监测风力发电机系统的状态过程中较为常用，该技术能够根据实际情况动态调整风机叶轮转速，并以实际风速变化情况为依据对变流技术进行调整，以确保风力发电输出频率的恒定。

风力发电质量在引入变速恒频技术（在风力发电并网系统中应用较多）后得以显著提高。

3风力发电机运行中存在的故障问题
3.1风机叶片故障
叶片是整个风力发电机的重要组件之一，其作用非常大，叶片的好坏可以影响到风力发
电机的发电效能以及基础性能。

实际上，风力发电机组的叶片是故障常发的关键位置，即发
电机叶片故障问题占据整个故障发生原因的30%。

目前风场常发的叶片故障有叶片折断、叶
片表漆脱落、自然开裂，沙眼，表面磨损，雷击损坏，横向裂纹等故障。

3.2齿轮箱故障
齿轮箱位于风电机组机舱内，是连接风电机组主轴和发电机的重要部件，主要作用是将
主轴上较低的转速提高到相对较高的转速，以满足发电机工作所需的转速要求。

齿轮箱包括
行星齿轮与两级平行齿轮。

其工作环境较为恶劣，内部结构和受力情况复杂，长期在变工况、变载荷的情况下运行，受交变应力、冲击载荷等作用的影响，齿轮容易发生齿面磨损、齿面
擦伤、点蚀、断齿及高温报警等故障。

3.3发电机故障
双馈异步风力发电机是变速恒频风力发电机组的核心部件，该类型发电机主要由电机本
体和冷却系统两大部分组成。

电机本体由定子、转子和轴承系统组成，冷却系统分为水冷、
空空冷和空水冷三种结构。

目前采用双馈异步发电机的风电场常见发电机故障有轴承故障，
驱动端及非驱动端频报高温故障、三相电流不平衡等故障。

4机组各类状态监测技术
4.1监测异常可测量参数
风力发电机组运行中，必须要采取有效的方法与原则监测可测量参数。

通常需要注意以
下问题：（１）风力发电机组运行中，可测量参数主要涉及电压、电流、频率、压力及温度，要结合可测量参数类型合理选用测量设备，协调各测量设备。

（２）分析并明确可测量参数
上下限范围，以此选择合理量程。

（３）对可测量参数正常或异常值区间范围与动作触发条
件进行分析。

4.3技术特点的分析
设备的运行故障检测，不能只从设备的表面进行检测，更要对设备运行的相关参数进行
科学的分析，找出风力发电机组运行故障发生的内在原因。

对测得各项运行的参数值利用先
进的算法进行计算，通过机组实际运行的状态及机组想要实现的功能，选择恰当的算法对机
组运的参数进行计算分析，通过大量的数据分析，从而得到与之相匹配的相关参数，但需要
注意的是，有些厂家的测量方式与算法有一定的差异性特点，因此在具体开展工作的期间，
要适其实际的情况而定。

5风力发电机组故障诊断技术
5.1故障诊断分析
对风力发电机组进行故障诊断时，要根据机组自身结构的复杂性和机组运行环境的特殊性，综合分析各种因素，提高故障诊断结果的准确性。

风力发电机组运动部件多、结构复杂，故障诊断比较困难。

因此需要更新传统诊断技术，积极应用新技术和新理念，准确诊断各种
故障，为故障的解决提供依据。

对于风力发电机组的故障诊断，需要准确掌握各类不同的故
障现象，根据机组电力参数、振动、压力、形变、磨损、温度等性能特征进行综合分析，完
成故障诊断。

5.2振动信号检测
振动信息数据检测能够及时的检测到发电设施主要构件的故障，通过在各大构件上装置
传感设备的方法，通过传感器反馈的数据信息判断设备整体的运行情况。

利用信号的数据进
行科学的分析，从振头的源头进行控制，对振动的整体状态与正常运行的数据进行比对，能够更加准确、及时找出设备故障的源头，从而提供整个机组设施的维修效率。

5.3分析热力参数
风力发电机组运行中分析热力参数，即分析机组运行温度与湿度变化以此明确其运行状态。

对于风力发电机组而言，内部温度包含发电机、齿轮箱及变流器等大部件、机舱及控制柜等内部温度。

有效监控风力发电机组内部热力参数，有效监测其运行情况。

此外结合机组热力参数变化趋势与反馈结果，准确判断机组故障设备部位，为故障原因分析提供可靠的参考依据。

结束语
因为风力发电机的组件检修较为繁琐，加之运行环境比较恶劣，所以为发电机维修增加一定的困难。

计划检修和停机检修是发电机维护的主要手段，但却会提高维修成本，并且会因为拆装等环节增加不必要的故障隐患。

目前市场主流风机及变流器制造商已经开始关注并开发远程状态监测和故障诊断技术，为了提高风机运行的可靠性和稳定性，利用状态监测和故障诊断技术可有效监测出传动系统和发电机系统的内部故障，减少因为非计划停机和定期维修等产生的维修成本。

同时通过对发电机进行的状态监测能够比较全面而详细地获取发电机运行过程中的各项数据，在对这些数据进行分析整理后，可有针对性的进行优化设计，并且做好各项防范措施，减少发电机发生故障的几率，提高风力发电的效率和质量。

参考文献
[1]崔耀辉.风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究[J].门窗, 2019(18):273.
[2]赵坚.风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究[J].机电信息, 2019(23):72-73.
[3]郑育松.风力发电机组状态监测和故障诊断技术研究[J].门窗,2019(10):157.
[4]詹辉.风力发电机状态监测与故障诊断技术[J].设备管理与维修,2018(19):83-84.
[5]郜士祥.风力发电机状态监测与故障诊断技术综述[J].湖北农机化,2018(05):48-49.。