風(fēng)電機組振動監(jiān)測

風(fēng)電機組振動監(jiān)測（一）摘要由于風(fēng)場的環(huán)境惡劣加之自身結(jié)構(gòu)等特點，風(fēng)力發(fā)電機所受的外部激振力和振動自由度相對其他大型旋轉(zhuǎn)機械要多。所以長期以來，振動是風(fēng)電發(fā)電機組運行中最常見的主要故障之一，又是原因最復(fù)雜最不容易解決的問題，嚴(yán)重時會形成振動事故，造成設(shè)備損害。風(fēng)力發(fā)電機運行是否正常直接影響著風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)量，風(fēng)機故障可能會導(dǎo)致機組本身的損壞，甚至有可能造成更嚴(yán)重的后果。為了保證風(fēng)力發(fā)電機組穩(wěn)定運行和高效的利用風(fēng)力資源，有必要對風(fēng)力發(fā)電機組振動進行研究；為了保障風(fēng)機的安全運行，對其運行狀況進行振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷非常重要。本文重點研究了振動診斷和監(jiān)測技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測，完成以下工作:首先，由風(fēng)力發(fā)電機組所受外部激振力及其自身結(jié)構(gòu)特點，研究分析了風(fēng)力發(fā)電機組整機系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、葉片、齒輪箱、主軸承、發(fā)電機的振動特征。其次，根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組的振動特征，總結(jié)了幾種風(fēng)力發(fā)電機組振動診斷方法。最后，設(shè)計完成了風(fēng)力發(fā)電機組振動監(jiān)測系統(tǒng)。關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機組；振動診斷；振動狀態(tài)監(jiān)測。第一章緒論1.1風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀目前世界能源主要來自不可再生的能源，如:煤、石油、天然氣和核能。這樣的能源結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致能源的短缺，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。風(fēng)能作為一種可再生清潔能源已越來越受到全世界各國政府的歡迎和重視。圖1-1為各國的風(fēng)機裝機容量，全球的風(fēng)能資源約為2.74xl0i2Kw，其中可利用的風(fēng)能為2xlOioKW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要多10倍。2005年2月旨在限制溫室氣體排放量的《京都議定書》也已正式生效，這對世界風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展將會帶來重大的影響。隨著風(fēng)電各項技術(shù)的成熟，風(fēng)力發(fā)電在抑制二氧化碳排放可大大降低，穩(wěn)定石油價格波動等能源問題上的優(yōu)勢將會越來越明顯，在世界范圍內(nèi)風(fēng)電行業(yè)正蓄勢待發(fā)。英國西班牙葡萄牙意尢利其儺國贏印度圖英國西班牙葡萄牙意尢利其儺國贏印度圖1-1各國風(fēng)機裝機容量1.1.1國外風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀到達地球表面的太陽輻射能量約有2%轉(zhuǎn)化為風(fēng)能。估計全球風(fēng)能總量約2.74萬億千瓦，其中可利用的風(fēng)能為200億千瓦，比地球上可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍。目前風(fēng)電已成為世界上增長最快的新能源，在過去的20年里，全球風(fēng)電裝機總量以28%的速度快速增長，截至2009年，全球風(fēng)電裝機容量已達159213MW，增長率為31.7%，是自2001年以來增長最快的一年。按照這種增長勢頭，全球風(fēng)電裝機容量每三年就會翻一番。美國裝機總量保持世界第一，中國以微小的差距趕超德國位居第二位，德國排名第三。中德兩國的總裝機容量都在26000MW左右。全球新增裝機容量的40%來自亞洲,位于各大洲之首，北美洲緊隨其后為28%，歐洲是27.3%回落到第三位。如圖1-2所示。1S.DDDMWl&^DOO — |.20031.1.2國內(nèi)風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀我國的風(fēng)能資源豐富，儲量居世界首位。可開發(fā)利用的風(fēng)能儲量約10億kW，其中陸地上風(fēng)能儲量約2.53億kW（陸地上離地10m高度資料計算），海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約7.5億kW。如果擴展到50?60m以上的高度，風(fēng)力資源將有望增加到20億?25億kW。十幾年來，國家對風(fēng)能資源狀況做了深入的勘測調(diào)查，風(fēng)能資源分布很廣，在東南沿海、山東省、遼寧省沿海及其島嶼年平均風(fēng)速達到6~9m/s，內(nèi)陸地區(qū)，內(nèi)蒙古自治區(qū)北部、甘肅省、新疆維吾爾自治區(qū)北部及松花江下游也屬于風(fēng)能資源較豐富的地區(qū)，風(fēng)速達到6.3m/s，在這些地區(qū)均有很好的開發(fā)利用條件，如表1-1所示。表1-1我國風(fēng)能儲量分布表（單位：萬kW）省份可開省份可開身份可開內(nèi)蒙自治區(qū)6180遼寧省610黑龍江省1720吉林省640甘肅省1140河北省610山東省390江蘇省240新疆維吾爾3430海南省64江西省290浙江省160福建省140廣東省2002009年中國（不含臺灣?。┬略鲲L(fēng)電裝機10129臺，容量13803.2MW，年同比增長124%；累計風(fēng)電裝機21581臺，容量25805.3MW，年同比增長114%。華北地區(qū)新增風(fēng)電裝機容量7457.3MW，連續(xù)四年位居各區(qū)域之首。其他地區(qū)新增風(fēng)電裝機容量：東北（3021.9MW），華東（1579.89MW），西北（1275.8MW），中南（359MW），西南（55.6MW）。截止到2009年12月31日，中國風(fēng)電累計裝機超過1000MW的省份超過9個，分別為內(nèi)蒙古（9196.2MW）、河北（2788.1MW）、遼寧（2425.3MW）、吉林（2063.9MW）。內(nèi)蒙古2009年當(dāng)年新增裝機5545.2MW，累計裝機9196.2MW，實現(xiàn)150%的大幅度增長。如圖1-3

圖1-3圖1-3中國各省風(fēng)電累計裝機情況（單位：MW）1.2風(fēng)力發(fā)電機組存在的問題及振動監(jiān)測與故障診斷必要性T亠30唄Itn-IOQDMVi:KQMOOW十1.2.1風(fēng)力發(fā)電機組存在的問題目前我國已建成的風(fēng)電場的風(fēng)力發(fā)電機組有相當(dāng)部分是上世紀(jì)90年代中后期由國外購進的，其單機容量為250Kw、300Kw、500Kw、600Kw、660Kw、750Kw等幾種機型。這些機組壽命一般為15-20年,保修期為2年，隨著機組運行時間的延長，目前這些機組陸續(xù)出現(xiàn)了一些故障，包括風(fēng)輪葉片、齒輪箱、發(fā)電機以及控制系統(tǒng)等故障，從而導(dǎo)致機組停止運行，嚴(yán)重影響發(fā)電量，造成經(jīng)濟損失。目前在我國運行的風(fēng)力發(fā)電機組中，出現(xiàn)故障的概率己占了一定的比重，需認(rèn)真分析研究。如圖1-4所示。

各類故障停機次數(shù)比捌圖1-4各類型故障停機次數(shù)所占比例比如對神華國華能源投資有限公司投運的風(fēng)力發(fā)電機進行的一次故障統(tǒng)計，統(tǒng)計顯示:雖然在停機次數(shù)上，風(fēng)力發(fā)電機變槳系統(tǒng)、變頻器、電氣系統(tǒng)和電氣控制占61.9%，發(fā)電機、主軸承和齒輪箱占18.1%（如圖1-4所示），但從停機的時間上后者卻占68.7%（如圖1-5所示）。因此，保證發(fā)電機、齒輪箱、主軸承等機械零部件的安全運行至關(guān)重要，如圖1-5所示。各類故障停機時間（時間?。﹫D1-5各類故障停機時間（時間小）圖1-5各類型故障停機時間ooooooOSooooO5015015322111.2.2風(fēng)電機組振動監(jiān)測的必要性風(fēng)力發(fā)電機組是風(fēng)電場的關(guān)鍵設(shè)備。長期以來,風(fēng)力發(fā)電機一直采用計劃維修與事后維修方式。計劃維修即運行2500h和5000h后的例行維護,如檢查螺栓力矩,加注潤滑脂等。該維修體制無法全面、及時地了解設(shè)備運行狀況。事后維修則因事前準(zhǔn)備不足,往往造成維修工作曠日持久,損失重大。以下兩個實例可以看出對機組實施狀態(tài)監(jiān)測的必要性:(1)一次某機組聲音異常,懷疑其傳動齒輪箱有故障。用便攜式測振儀采集振動數(shù)據(jù),經(jīng)與其他機組比較后認(rèn)為,該機齒輪箱中間級和高速級存在異常,開箱檢查證實了該判斷。由于發(fā)現(xiàn)及時,故障沒有進一步發(fā)展。類似這種聲音異常是機械故障的重要特征,只要留心就可及時發(fā)現(xiàn)。但2500h和5000h的例行維護都是在停機狀態(tài)下進行,無法反映機組運行時的狀況,況且時間間隔太長,即便有問題也不能及時發(fā)現(xiàn)。(2)某臺進口風(fēng)力發(fā)電機組,現(xiàn)場人員反映振動較大。用便攜式測振儀采集振動數(shù)據(jù),并與另一臺同型機組比較后認(rèn)為,該機齒輪箱、發(fā)電機可能存在機械故障。由于該齒輪箱、發(fā)電機沒有備件,在檢修期間該機組不得不停運,影響了發(fā)電量。風(fēng)力發(fā)電機運行是否正常直接影響著風(fēng)力發(fā)電的產(chǎn)量，風(fēng)機故障可能會導(dǎo)致機組本身的損壞，甚至有可能造成更嚴(yán)重的后果。由于風(fēng)場的環(huán)境惡劣加之自身結(jié)構(gòu)等特點，風(fēng)力發(fā)電機所受的外部激振力和振動自由度相對其他大型旋轉(zhuǎn)機械要多，為了保障風(fēng)機的安全運行，對其運行狀況進行振動狀態(tài)監(jiān)測非常重要。1.3風(fēng)力發(fā)電機組振動監(jiān)測的意義風(fēng)力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在工程中應(yīng)用的重大意義:⑴提高機組運行的可靠性、安全性振動狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)能夠及時、正確地對機組的各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)做出診斷，預(yù)防或消除故障，避免重大事故發(fā)生，保證風(fēng)力發(fā)電機組安全，可靠地運行。(2)給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益由于振動狀態(tài)監(jiān)測與故