大型风力发电机组状态监测与智能故障判断诊断心得.doc

第二章，第三章并网型风电系统的风机一般为水平轴式。风力发电的基本原理是风吹动风轮机的叶轮，风能转化为机械能，叶轮通过一增速齿轮箱带动发电机旋转，发电机再将机械能转化为电能送入电网供用户使用。风轮是获取风中能量的关键部件，由叶片和轮毂组成。风轮系统主要分为两种：1、定桨距风轮：它的叶片与轮毂固定连接，结构简单，但承受的载荷较大。在风轮转速恒定条件下，风速增加超过额定风速时，如风流与叶片分离，叶片将处于“失速”状态，风轮输出功率降低，发电机不会因超负荷而烧毁。2、变桨距风轮：它的叶片与轮毂通过轴承连接。虽然结构比较复杂，但能够获取较好的性能，而且叶片承受的载荷较小、重量轻。传动系统：叶轮叶片产生的机械能由机舱里的传动系统传递给发电机，它包括主轴、齿轮箱和联轴节。轮毂与主轴固定连接，将风轮的扭矩传递给齿轮箱。偏航系统：也成对风系统，主要有两个作用:1、当风向改变后，使风轮扫掠面和风向成90，保证输出功率不降低。2、当连续跟踪风向可能造成电缆缠绕情况下通过自动偏航或手动偏航实现解缆。风力发电机组的种类分为水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组。水平轴风力发电机组风轮围绕一个水平面旋转，考虑到风力机的工作可靠性和风轮的工作效能，目前大多的风力发电机组都采用3叶片。垂直轴风力机的风轮围绕一个垂直轴旋转，但无法捕捉大量风能而且需要大量材料，占地面积大，目前商用大型风力发电机组一般为水平轴风力发电机。风力发电机组的常见故障总的可分为：电气方面、液压系统和机械方面。电气故障是指产生于电气系统的故障。包括并网类一次故障和控制类二次故障。液压站出现故障时，将主要表现为几大压力板块的压力值跟进、压力泄露速度以及液压阻滞等。机械故障是指单纯的机械故障，严重的机械故障会在控制器报警中反映出来。齿轮箱的主要故障：齿轮箱中一般都包含有齿轮、滚动轴承和轴，这三类主要零部件失效时产生的故障会相互影响。齿轮失效形式有：疲劳与点蚀、齿面磨损、齿面胶合和擦伤与断齿。1、 疲劳与点蚀的主要特征：（1）一般的齿形误差产生的调制边频带窄，以一阶转频调制为主，且边频带的幅值较小。当齿形误差严重时，由于激振能量较大，激励起齿轮固有频率，出现以齿轮各阶固有频率为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制。（2）振动能量有一定程度的增大。（3）包络能量有一定程度的增大。2、 齿轮磨损时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：（1）齿轮啮合频率及其谐波的幅值明显增大，阶数越高，幅值增大的幅度越大。（2）振动能量有较大幅度的增大。3、 发生齿轮均匀磨损时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：（1）齿轮啮合频率及其谐波的幅值明显增大，阶数越高，幅值增大的幅度越大。（2）振动能量有较大幅度的增大。4、 发生断齿时齿轮箱箱体振动信号的主要特征为：（1）以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，调制变频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多次高阶谐波。（2）以齿轮各阶固有频率为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的齿轮共振频率调制，调制变频带宽而高，解调谱出现所在轴的转频和多次高阶谐波。（3）振动能量有较大幅度的增大。（4）包络能量有较大幅度的增大。滚动轴承的失效形式有：磨损、疲劳剥落、断裂和保持架损坏。5、 断裂、保持架损坏的主要特征为：（1）有故障轴上齿数多的齿轮啮合频率的幅度大幅增加。（2）振动能量有较大幅度的增大。滚动轴承故障产生的振动信号能量大小与齿轮或轴系故障产生的能量大小相比，前者要小得多，所以其故障信号淹没在其他振动信号中，故障的特征不明显。轴和轴系的失效形式有：轴有较严重的不平衡、轻度弯曲或严重弯曲、轴系通过联轴器连接时存在不对中现象。轴故障的主要特征为：（1）以齿轮啮合频率及其谐波为载波频率，齿轮所在轴转频及其倍频为调制频率的啮合频率调制，调制变频带数量少而希，解调谱上一般只出现所在轴的转频。（2）有故障轴的转频成分有较大程度的增加。（3）振动能量有一定程度的增大。（4）包络能量有一定程度的增大。造成齿轮箱故障的原因除了本身损耗之外还有外界自然因素，气流的不稳定性导致齿轮箱长