关于风电机组振动监测系统的探讨

关于风电机组振动监测系统的探讨

梁翠绵陈大明

（内蒙古龙源蒙东风力发电有限公司内蒙赤峰024005）

摘要：风能是一种可再生资源，并且不会对环境产生任何影响，已得到了越来越广泛的关注。目前，我国的风力发电发展十分迅速，风电单机与风电场的规模也逐渐增加，在风力机领域也得到了十分迅速的发展。在这样的背景下，风力机的检测和维护等成为了研究领域的一项热点问题。因此，开展风电机组振动监测系统的研究具有十分重要的意义。本文对风电机组传动系统及其典型故障进行了阐述，并且设计了风电机组振动监测系统，以期为同行提供参考。

关键词：风力发电；传动系统；状态监测

1风电机组传动系统及其典型故障

1.1风电机组传动系统

风力发电机的传动系统一般由五个部分所组成，分别是低速轴、高速轴、联轴器、制动器与增速齿轮箱，本文的主要研究对象为带齿轮的风机。风力机组的一个重要组成部分为齿轮箱，其一般用于向发电机输送动力，进而使发电机产生转速，一般情况下，风力机的齿轮箱为增速齿轮箱。

1.2风电机组传动系统典型故障

在风电机组运行时，由于零部件上承受着各种灾害，因此容易发生故障。零部件上的交变载荷会使其发生损伤，裂隙通常出现在应力集中的地方，并逐渐扩展，造成金属脱离，上述现象一般产生于齿轮或者轴承上。

1.3传动系统故障的特点

旋转机械的振动通常有同步振动和亚同步振动两种形式。前者一般是转子不平衡等因素导致的，它的频率是转子的回转频率和它的倍频；如果转速小于临界值，转子的振幅和转速之间呈正相关的关系，如果转速大于了临界值，转子的振幅和转速之间则呈负相关的关系，因此，振幅的最大值位于转速的最大值附近。转子的激振是离心力作用的结果，而转子的不平衡程度对于离心力具有十分重要的影响。因此，如果转子的不平衡程度减小了，那么振动也就会相应的减轻。后者的振动频率一般情况下是小于回转频率的，这种现象会导致交变现象的产生，进而对机械产生影响。

2风电机组振动监测系统设计

2.1总体设计

在风电机组振动监测与故障系统的总体设计过程中，为了保证其能满足相关的功能需求，所设计的振动监测和故障诊断系统由监控维护集成模块、数据库服务器、数据采集模块和前端采集设备四个部分组成。其中，数据库服务器模块和监控维护集成模块主要通过数据库的远程访问技术开展通信；采集模块与监控维护集成模块之间主要是通过TCP/IP协议通信。在数据采集的过程中，应用基于以太网的远程采集方式，前端的采集设备应用cDAQ-9188，数据到数据采集端的传输既可以通过有线方式实现，也可以应用无线传输的方式，这两种传输方式相比，无线传输的费用比较高，且传输速度比较慢，但安装方便，传输距离较远；有线传输比较稳定，且传输速度较快，但有线网络的安装存在一定的局限性。通常情况下，可在一个数据采集端与多个采集设备连接，且不同的采集设备在与数据采集端进行连接时，可采用不同的网络方式连接，多个客户端可同时进行数据库服务器和数据采集端的访问。系统所测量的主要信息是风电机组的振动量，主要测试对象是传动系统，包括支座、发电机轴承、齿轮箱和主轴等。

2.2传感器的选择和安装

在选择传感器的类别时，要依据测量对象的实际情况适当选取。目前，常用的传感器有加速度传感器、速度传感器和位移传感器，其中，加速度传感器在风电机组高速轴的振动信号测量中具有良好的应用效果，因此，本系统中选择应用该种类型的传感器开展测量。此外，还要选择合适的传感器量程，如果所选择的量程不适合，则会导致出现测量结果不准确、传感器损毁等问题。要能够保证传感器的灵敏度和精准度满足相关要求，通常情况下，传感器的灵敏度越高，其对微弱信号的测量会越准确，特别是在早期故障信号的发生阶段。但随着传感器灵敏度的提升，其容易同时采集到一部分外界噪声等信息，这些冗余信息在被分析后，会对系统分析产生严重的干扰，导致系统负担加重。此外，传感器的精度越高，其价格就越高，进而导致系统设备成本增加，这就需要平衡好成本与相关要求之间的关系，综合考虑各方面的因素。本系统中应用了两种传感器，一种是低速加速度传感器，主要用来进行低频振动信号的采集；另一种是标准的加速度传感器，主要用来进行高速轴部分振动信号的采集。

2.3状态监测软件系统

2.3.1软件开发环境

本文选用了LabVIEW语言对软件进行开发，该语言不仅能够满足各种硬件通讯的所有功能，而且还内置了很多库函数。

2.3.2程序开发

（1）系统介绍。本文所开发的程序由两个模块所组成，分别是数据采集监测模块和数据调用模块。前者的作用是对数据进行采集，并对所采集的数据进行处理和显示，同时可以对数据进行储存，并且能够进行报警。后者的作用是对数据进行进一步的分析和处理。

（2）基于LabviEW数据采集实现。第一个部分是创建物理通道，对信号的极值进行设置；第二个部分是通过采样时钟对信号采集的方式和频率进行设置；第三个部分是对缓冲模块进行创建；第四个部分是启动任务模块；第五个部分是whife循环与读取数据模块，whife循环能够对信号进行连续的采集，读取数据模块能够对所读取的数据进行设置，使读取的数据形成一个二维数组，从而能够实现数据的索引，进而能够对数据进行进一步的处理。第六个部分是停止和清除模块，该模块的作用是在采样结束之后，对物理通道进行清除，从而起到释放缓冲的作用，减少了所占用的内存，另外，该模块也可以对错误进行处理。

（3）数据处理。本文所设计的风电机组振动监测系统的信号处理模块包括七个部分，分别是波形测量模块、波形调理模块、信号运算模块、窗函数模块、滤波器模块、谱分析模块以及变换模块。通过上述七个部分能够进行各种形式的数据处理，倘若对数据处理提出了更高的要求，则可以根据需求自行编写程序。

2.3.3基于LabV1EW的振动监测系统功能介绍

该系统能够对数据进行采集、处理、显示进而存储，同时在出现故障时也能够进行报警。

2.3.4数据分析

风电机组振动监测系统不仅能够进行线监测，而且能够对信号进行进一步的处理，具有参数设置、数据显示、数据分析等功能。

3结论

本文首先对风力发电机组及其典型的故障进行了介绍，在此基础上对风电机组振动监测系统进行设计，提出了设计方案并完成了系统硬件和软件部分的设计，以传感器做为硬件条件，应用LabVIEW语言对软件进行了开发，所开发的软件与传统语言所开发的软件比较起来具有方便、美观、效率高等诸多优点。

参考文献

[1]风电机组传动系统维护与故障诊断的研究[J].张陆云.建材与装饰.2015(50).

[2]大型风力发电机组振动状态监测与故障诊断系统设计及应用[J].武丽君,高伟,张海平,刘衍选,蔡晓峰.中国高新技术企业.2015(36).

[3]风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究[J].张佰顺.黑龙江科技信息.2014(30).

[4]风电机组状态监测与故障诊断相关技术研究[J].张文秀,武新芳.电机与控制应用.2014(02).

[5]风力发电系统故障诊断方法综述[J].沈艳霞,李帆.控制工程.2013(05).