振动监测与故障诊断系统介绍

1、风机振动检测及故障诊断系统与研 究软件开发 吕跃刚 教授 二一三年十二月 目录 | list 项目背景 项目内容 产品介绍 成果与创新 目录 | list 传动系统是实现风能转换和传递过程的主要承载部件。 风力发电机组主要部件寿命一般20年. 但是由于风电机组多数安装在西部和沿海地区，环境 条件差，机组经常工作在低温、沙尘、雷电、冰雪、风暴 等恶劣环境条件，而且由于风速、载荷和风轮转速变化范 围大，上网要求高，导致机组运行工况复杂，极易造成风 电机组叶片和传动系统在寿命期内出现故障甚至损坏，影 响机组的安全可靠性。 项目背景 | backgrounds 风机各部件故障比例 项目背景 | bac

2、kgrounds 02468 电气系统 控制系统 传感器 液压系统 偏航系统 叶片故障 机械刹车 轮毂 齿轮箱 发电机 支撑架 传动系统 平均故障停机时间（天） 项目背景 | backgrounds 1.减少风电机组故障发生 2.减少机组故障导致的经济损失 3.改善传统设备检修维护手段 4.提高风电机组运行可靠性 5.满足远程在线诊断要求 项目意义 | prospect 随着风力发电技术日趋成熟和装机容量的大规模增加，对风电机组 安全高效的运行有了更高的要求。 旋转机械的微小故障一旦发展为严重故障，将会对昂贵的风电机组 造成不可恢复的损坏，引起严重的经济损失。 经过大量的实际数据总结，处于恶劣

3、工况下的风电机组的故障多集 中于旋转机械和啮合机械中，发电机的定子转子的故障也越发的增多。 基于振动信号的旋转机械故障诊断技术的广泛有效应用和在行业内 已经取得的相当有效成果，使得风电机组状态监测系统发展极具战略意 义。 项目内容 | contents 1.风电场振动数据的二次接收及 存储 2.振动数据的时域分析，时域振 动状态参数分析，正常、异常、 故障报警处理 3.设备特征频率提取及频域分析， 对轴承、齿轮、叶片、发电机及 塔架故障的诊断 项目内容 | contents 4.历史分析，检测主要部 件故障的发生、发展趋势， 为设备维护提供依据 5.软件支持设备参数录入、 便于人员操作，联网后

4、支 持远程诊断分析 项目过程 | progress 2013.5 与华能酒泉风电有限责任公司签订项目 合同 2013.52013.7 调查研究、分析论证、方案设 计 2013.72013.9 搭建硬件环境与软件开发 2013.92013.11 软硬件调试，研究，修改 2013.11-2013.12 现场安装调试，整理资料， 验收 产品介绍 | introduction 系统构成 产品介绍 | introduction 系统结构框图 传动链上6个加速度传感 器采集机组振动信号，其 中两个位XY方向双通道 实时监测机舱内 外温度 转速信对故障提取起到辅 助作用 采集发电机定子电压电流信 号，与振动

5、信号相结合，提 高故障诊断准确率 数据采集 | DA 基于DSP数据处理器硬件结构 采用自主研发HDZTJC-4P 智能数据处理器设备。具 有很好稳定性和扩展性。 该装置集ARM-DSP技术为 一体，采用嵌入式设计理 念，高性能CPU，外扩丰 富外设接口，极大满足风 电场运行状态监测与分析 系统的实际应用需求 软件设计 | software 采用Labview图形化语言编程 界面整洁美观、简单易懂、人机交 互能力强 具有强大的数据分析和处理功能 软件设计 | software 软件整体框图 软件设计 | software 主界面 单台风机界面 分析界面 软件设计 | software 主界面和

6、单台风机监测界面，可显示整体风机和单台风 机即时状态和数据，后者还可显示任意时间历史趋势 配备常见厂家产品配置库，用户可手动设置风机配置 可对指定设备单独进行详细故障分析 故障诊断 | FD 对具体设备的信号进行时、频域等全方面多角度分析， 寻找故障特征，应用到了小波降噪、包络谱、倒频谱、 功率谱密度等多个先进信号处理技术 利用XY振动传感器，结合频域积分技术，绘制主轴、 发电机转轴轴心轨迹图，能够直观地观察轴系运动状 态 加入发电机定子电压电流时、频域分析，在诊断发电 机本身故障的同时，与传统振动分析技术相结合，提 高诊断的准确率 故障诊断 | FD 产品功能 权限管理将区分高级管理人员与一

7、般操作人员 进入主监控界面后将显示整个风场各台风机的振动状态界面，风机按停机、 运行、报警故障、严重故障区分 点击对象菜单进入分析界面，按被测对象及部位分别对主轴承、齿轮箱、 发电机、叶片、塔架等进行时域及频域分析。 引入发电机状态监测部分，可即时监视发电机运行过程各参量变化及潜在故障信息， 通过电机信号输出分析与传统振动分析方法相结合，提高故障诊断的准确性和可靠 性。 数据处理是分析的必要步骤，软件中提供了数据截取、放大、滤波、窗函数等工具， 经过一定训练的操作人员可以掌握这些工具。 创新 基于自主开发的嵌入式处理装置来实现高速信息采集、就 地处理分析功能 基于机组振动、转速、发电机电压/电流状态等实时数 据进行分析，实现对机组旋转连接设备的全面有效监测 该系统具备良好的开放性与可扩展性，多路模拟与开关扩 展接口与信号数据处理通道，方便系统的升级改造。 创新 系统具有光纤网络信息传输、断网自动互联功能。提供完善的网络扩展 功能，在多个风电场远程监控系统技术支持下，能够实现多机联合实时 在线监