风电机组整机系统振动检测与故障诊断 _ yw 20180607
浅析风力发电机组振动状态监测与故障诊断
浅析风力发电机组振动状态监测与故障诊断发布时间：2022-11-08T08:27:07.660Z 来源：《福光技术》2022年22期作者：何亚平尚永亮[导读] 从现阶段风力发电机组实际应用情况来看，多数地区在风力发电机运行2500h或者是5000h后，会进行例行维修，而这种维修周期较长，设备受损情况较为严重，部分问题难以在检修工作中得到解决。
在这种情况下，需要重视在线监测和故障诊断系统的设计，以保证风力发电机在实际运行过程中处于一种可控状态，辅助相关人员及时发现风力发电机在实际运用过程中存在的不足，提升风力发电机的应用质量与效率。
何亚平尚永亮华能华家岭风力发电有限公司甘肃定西 743305摘要：从现阶段风力发电机组实际应用情况来看，多数地区在风力发电机运行2500h或者是5000h后，会进行例行维修，而这种维修周期较长，设备受损情况较为严重，部分问题难以在检修工作中得到解决。
在这种情况下，需要重视在线监测和故障诊断系统的设计，以保证风力发电机在实际运行过程中处于一种可控状态，辅助相关人员及时发现风力发电机在实际运用过程中存在的不足，提升风力发电机的应用质量与效率。
关键词：风力发电机组；振动；状态监测；故障诊断1风力发电的原理风力发电设备通常由风轮、变速系统、发电机、储能装置等部分组成。
而风力发电对于环境的要求，有比较充足和稳定的新风能源。
因为使用了多叶顺浆机构以及空气阻力装置，又或者是设置于驱动轴上的紧急制动闸等方法来进行自动保护，因此风力发电厂的单机容量也愈来愈大，而且技术含量也愈来愈高，同时生产成本也愈来越低。
风力发电技术，是指使用风能驱动风力机叶片的转动，然后通过增速齿轮箱提高转速，从而驱动发电机发电。
按照目前的风电技术，一般是每秒三米左右的风力，便能够进行风力发电。
由于风力发电既具有不消耗能源，又没有产生辐射或污染环境等潜在的优点，使得风力发电正在全球上产生了一种风潮。
风力发电技术在芬兰、丹麦等欧盟发达国家十分普遍，中国也在中西部地区大力推广。
振动测试和故障诊断-课件 53页PPT文档
们的扰动频率（如轴承频率、 叶片通过频率和齿轮啮合频 率等）。同时不要忘记考虑 轴的转速。
三、振动分析
振动分析的四个阶段 时域波形分析 频谱分析
振动分析的四个阶段
检测阶段 故障根源分析
分析阶段 确认阶段
振动三要素：振幅、频率和相位
振幅（A）一般用振动的位移、速度或加速 度表示。位移一般用微米(μ m)表示，现场也有 用丝为单位，1丝=10μ m；速度一般用mm/s表示， 加速度一般用m/s2或重力加速度g表示。
振幅一般是计算一段时间内振动波形的峰 峰值、平均值和均方根值（有效值）。速度的有 效值称为振动烈度，反映振动的能量大小。
和运行工况变化而变化，如质量不平衡。 不稳定强迫振动：如碰摩。
A∝Р/Κ
式中：A—振幅；P—激振力；Κ—部件动刚度。
自激振动：强迫振动是存在外来的扰动力或部件 动刚度下降，而自激振动是系统内部存在能量反 馈环节 。强迫振动的频率与转子的工作频率有 关，而自激振动频率与固有频率有关。
频谱简介
快速傅立叶（FFT）
它是在动态情况下，利用机械设备劣化进程 中产生的信息（即振动、噪声、温度等）来进行 状态分析和故障诊断。
利用振动信号对故障进行诊断，是设备故障 诊断中最有效、最常用的方法。设备在运行过程 中的振动及其特征信息是反映系统状态及其变化 规律的主要信号。通过振动测试仪器拾取、记录 和分析振动信号，是进行故障诊断的主要途径。
齿轮啮合
特征：径向100/120 Hz处的 波峰
齿轮啮合时的频谱图
通常会在轴的转速频率和齿 轮啮合频率处出现波峰，但 是幅值不高。可能会出现2X 波峰，并且在齿轮啮合频率 附近有轴转速频率的边频带。 对于直齿轮主要的振动是在 径向，斜齿轮主要的振动是 在轴向。
风力发电机状态监测与故障诊断技术分析
风力发电机状态监测与故障诊断技术分析摘要：风能作为可再生能源，利用风能进行发电不但能够降低对资源的消耗，缓解我国资源紧张问题，而且可大大减少对环境造成的污染，为推动我国能源消费结构也作出了巨大的贡献。
风力发电机是进行风能发电的核心设备，主要是将动能转化为机械能，然后再将机械能转换为电能。
这一系列的过程需要通过发电机组内部所有元部件的共同配合完成，但是由于风电场一般都位于比较偏远的地区，发电机在运行过程中受环境影响较大，一旦发生故障，将会造成严重的经济损失。
关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断；技术分析1风力发电机诊测时会出现的问题1.1通过发电机振动、温度和转速等诊断机械故障发电机输出的电流、电压和功率如果不一样，那就和发电机的机械故障有密切的关系。
高频振动一般都是由轴承故障引起的。
高频故障的转速很高，达到一千多，要想获得轴承故障特征信号，可以通过振动传感器来取得轴承振动信号，然后对这一信号进行处理，以此解决机械故障中的轴承故障。
对轴承故障的诊断可以使用峰值能量法、包络解调法、小波分析法以及基于快速傅立叶变换的故障诊断法。
振动频率较低是因为轴系不对准、转子质量不平衡、机座松动等，要想获得这些信息，需要对振动的信号进行滤波、放大处理，然后进行傅立叶交换。
在运行过程中也会出现发电机转子偏心故障和发电机定子和转子之间气隙不均衡的现象，这两个故障是由磨损和温度升高等原因造成的。
谐波成分很重要，通过对发电机定子输出电流、电压、功率等信号中的谐波成分监测，可以诊断电机转子的偏心故障。
当发电机转子和轴承不能正常运转时，可以通过不断的小波变换给发电机的输出功率发出信号。
一旦发生了不太严重的机械故障，气隙振动也会被发电机转轴的振动引发，然后发电机转子与定子间气隙磁通出现不平衡。
定子的电流解析能够解决转轴的振动故障。
1.2电气故障发出信号的控制首先对一些参量的信号开展测验，发出的信号有发电机定子的线圈温度、定子的电压、定子与转子的电流、发电机输出功率以及转子转速等，然后对其进行处理，最后进行识别。
风力发电机组异常振动测试与诊断分析
风力发电机组异常振动测试与诊断分析风能作为一种清洁能源，发展迅速。
由于风电机组通常在野外，环境条件恶劣，而且容易发生故障，因此维护保养需要耗费大量的人力物力。
我国在风机故障诊断方面开展了大量的研究，并取得了丰硕的成果。
给出了各种状态监测方法和信息融合诊断技术。
这些研究大多基于数值计算和理论分析，并提出了各种控制措施。
但由于风电机组的复杂性和运行环境的多变性，在设计之初就要考虑风电机组的振动特性，进行优化设计，并进行相应的试验验证，以避免出现异常振动。
标签：风力发电机组;异常振动测试;诊断1研究概况某风力发电机组电机整体通过4个隔振器弹性安装在基座上，电机-隔振器-基座组成的电机系统与增速齿轮箱所在的塔筒基座通过8个螺栓纵向连接，该基座下部悬空，以齿轮箱安装基座面为基准呈悬臂梁状态。
箱体上布置三条横向加强筋，铁芯与横向加强筋通过4个点焊接刚性固定。
发电机工作方式为水冷，通过左侧面的进出水口循环，水箱安装在电机顶部的箱体上。
风力发电机运行转速范围为600rpm～1380rpm，正常并网发电转速为900rpm～1200rpm。
2振动特性2.1齿轮啮合频率啮合频率是两个齿轮转动一个节面角所需时间的倒数，可由式（1）确定。
（1）式中：n为主轴转速即风轮转速，rpm;z为齿数。
风电机组齿轮箱采用1级行星/2级平行轴传动结构，如图1所示。
第一级为行星轮系，行星齿轮架为输入端，内齿圈固定，太阳齿轮为输出端。
主要参数有：太阳齿轮齿数Z2、行星齿轮齿数Z3、内齿圈齿数Z4。
当一级行星轮系传动比为I1，内齿圈转速N4=0，太阳齿轮转速N2=I1·n，行星齿轮转速N3=n，即可计算出太阳轮、行星齿轮和内齿圈的啮合频率。
以此类推，容易得出中间轴及高速轴齿轮的啮合频率计算方法。
2.2轴承通过频率轴承的特征频率与自身尺寸有关，计算公式如下：内圈通过频率：外圈通过频率：滚动体特征频率：保持架固有频率：由公式及参数，便可求出理论轴承特征频率，在实际应用过程中发现，计算得出的理论特征频率与实际特征频率极其接近。
浅析风电机组振动检测与故障诊断系统研究
浅析风电机组振动检测与故障诊断系统研究发布时间：2023-01-16T07:39:03.544Z 来源：《中国科技信息》2022年18期作者：邵昌盛[导读] 本文论述了风电机组的在线振动检测与故障诊断技术，并进行了相关测试邵昌盛南方海洋科学与工程广东省实验室（湛江）摘要：本文论述了风电机组的在线振动检测与故障诊断技术，并进行了相关测试。
结合风电机组的实时振动监测资料，设计和开发了一套逐步完善的故障诊断模型，并对其进行了实时的预报，通过智能分析和故障诊断，达到预测状态检修，合理地维护调度，减少风电机组的运营费用，降低突发负荷对电网的影响。
关键词：振动检测；故障诊断；状态预警引言当前，风力发电所面对的最大问题是其运营与维修费用偏高，同时也随着风电场的规模不断增大、设备的复杂性和故障发生率不断提高；此外，风电机组大多位于较远的地方或较高的地方，给维修带来不便，同时也会导致风电机组技术人员的大量外迁，从而会对设备的故障进行及时的处置。
如果出现问题，它的维护费用要比其他的地面设施要高得多。
近年来，一些风电机组的风扇驱动装置出现了频繁地失效，导致齿轮箱、发电机和主轴承等各种失效的情况不断增多，而此类问题处理起来难度大、费用高、周期长；这些特性对风电机组的安全性和经济效益造成了极大的威胁。
因此迫切需要对风电机组进行振动检测和故障诊断，并采用内部的智能化预警策略来实现对设备的动态的预测，对设备进行维修，以减少故障损耗，增加可用资源，降低操作和维修费用。
一、风电机组振动检测根据VID3834的要求，在进行风力发电机的振动试验中，必须达到20%的全负荷，例如：2.0 MW的风机，必须在400 kW的负荷下，进行采样，转速和负荷都要保持在一个比较平稳的范围内，在测量的时候，要把风速、功率、转速等各种参数都记录下来。
同时还要对各单位的传动装置、发电机类型等进行详细的数据录入。
在采集数据时要留意仪器的工作状况，包括声音、温度、触觉等。
关于风电机组振动监测与故障诊断
关于风电机组振动监测与故障诊断发布时间：2023-07-24T03:19:39.065Z 来源：《科技潮》2023年14期作者：张磊[导读] 风电机组的振动监测及故障诊断，主要是采取以振动监测为主的各种监测举措，展开科学的判断以及分析相关信息，正确地掌握住风电机组的运行状态，使得在相应部件产生故障前，做出及时的报警等操作，从而实现对风电机组的维护由预防性维护转变为预知性维护。
中国大唐集团有限公司辽宁分公司新能源事业部辽宁朝阳 122300摘要：风力发电机组传动系统结构复杂，工况恶劣，承受外界载荷多变，易造成机组构件损坏，而滚动轴承是其中最重要也是最易受到损伤的零部件之一。
滚动轴承如若发生故障将对整个旋转机械甚至整个风机的运行状态产生重大影响，严重时导致整台机组停机。
因此实时监测其工作状态，准确诊断其故障成因对风力发电机组的维护与运行有着重要的现实意义。
基于此，本文主要对风电机组振动监测和故障诊断系统的设计进行了简单分析。
关键词：风电机组；振动监测；故障诊断一、总体设计情况风电机组的振动监测及故障诊断，主要是采取以振动监测为主的各种监测举措，展开科学的判断以及分析相关信息，正确地掌握住风电机组的运行状态，使得在相应部件产生故障前，做出及时的报警等操作，从而实现对风电机组的维护由预防性维护转变为预知性维护。
针对风电机组运行特征，设计的风电机组振动监测及故障诊断系统需要做到：数据采集及传输过程有效、可靠；监测部件全面；人机交互界面友好；数据处理分析具有较高的实时性。
在风电机组振动监测及故障诊断系统的设计环节，为使得符合相应功能需求，主要是把振动监测及故障诊断系统分成三个部分，即数据采集模块、数据库存储模块，以及监控维护集成模块。
进行数据采集期间，采取建立在以太网的远程采集基础上的举措，前端采集设备主要是采用采集板卡。
传感器数据到数据采集端的传输，可采取有线或无线传输方案，其中无线传输会产生较高的费用且传输速度较慢，信号抗干扰能力弱，但优势就是安装相对便捷。
浅谈风力发电机组振动状态监测与故障诊断
浅谈风力发电机组振动状态监测与故障诊断摘要：随着科技的发展，风电机组单机容量变大，内部的结构越来越复杂，还会受到天气的不可控因素的影响，比如会受到下雨时，打雷闪电等，本文对风力发电机组振动状态监测与故障诊断进行分析，以供参考。
关键词：风力发电；机组振动；状态监测；故障诊断引言风能是自然界中常见的自然现象，特别是在经济不发达，风能资源丰富的山地地区。
考虑到风能对当前社会结构的重要性，它提高了风力发电机运行的可检测性，并允许在整个发电机组运行期间及时发现问题，使整个风力发电机运行更平稳和安全。
1概述近年来国内风电发展迅速，风电机组容量的提升能够有效提高风能利用率和施工效率以及降低后期运维成本。
在机组容量和体型逐渐增大的同时，风电机组的安全成为风电领域内研究的重点。
江苏某风电场安装了多台6.45MW机组，此类型机组是目前国内厂家生产新型大容量机组之一，此机组塔筒高度为110m，叶轮直径达到171m。
国外GE公司生产的12MW风机单支叶片更是长达107m。
机组容量增大的同时叶片也在不断增大。
风电机组叶片成本约占风电机组总成本的15%～20%，风电机组叶片在风电机组运行过程中受风力作用而产生较大的弹性形变，故通常选用质量较轻、强度较大、耐腐蚀、抗疲劳的材料来制作风电机组叶片。
此外，由于结冰或者风力和风向的突变导致叶片振动过大，从而超过设计载荷发生断裂或者扫塔的现象也时有发生，而振动检测是叶片故障识别的常用方法之一，所以研究大型风电机组的叶片振动情况，对于叶片安全检测和监测具有重要的意义，研究结果也可对风电机组的控制策略优化提供重要指导作用。
在风力发电机组中，齿轮箱也存在着异常问题，表面磨损，齿轮轻度裂纹，设备老化等问题，以下对论文展开叙述。
2风力发电机组安全系统2.1分析(1)安全有关停止功能在机组通过安全防护装置(如传感器)检测到风轮转速超过限值、扭缆超过限值、过度振动及控制系统失效等信号时,安全系统起动机组紧急制动进入停止状态。
风力发电机组振动状态监测与故障诊断
1352022年2月上 第03期 总第375期油气、地矿、电力设备管理与技术China Science & Technology Overview0.引言风力发电机组的装机容量越来越大，其结构形式也变得更加复杂，给日常维修和故障诊断增加了难度。
异常振动是风力发电机运行中常见的故障类型，根据振动产生原因不同，可分为电磁振动、机械振动等型式。
依托信息技术设计一种智能、自动的振动监测系统，能够实现对发电机组振动工况的实施采集、反馈和分析，一旦监测到异常振动，立刻进行报警。
除了提醒机组管理人员故障问题外，还会提供故障位置、类型，甚至智能生成处理方案，从而为发电机的故障诊断提供辅助[1]。
1.概述风力发电机组振动1.1分析整机系统振动目前，根据风力发电机组研究情况，机组实际运行过程汇总振动故障是比较常见的问题，其原因复杂而且解决难度比较大，如果问题严重的化就会严重损害机组设备甚至引发重大事故。
实际研究工作中，将风机整体系统划分为搭架-机舱系统、根部刚性固定叶片与传动系统3部分。
风力发电机运行时，发生振动情况后会引起共振问题，比如实际应用过程中，风力发电机自身风载、叶轮转动与开关等使得风机出现剧烈振动，此种振动引起轴承、齿轮副与联轴器等部件发生振动最终损坏设备，设备使用寿命与质量受到威胁。
1.2分析机组偏航系统振动综合分析风力发电机组实际应用情况，因偏航系统构建故障概率比较大，小型风力发电机中此种情况比较常见，主要是因转子周期变化与旋转力间出现共振。
风力发电机组实际运行中，系统承受更大的荷载力，偏航力矩不断变化引起扭转震动，特定位置不同方位引起明显摩擦阻尼与牵制力。
1.3研究机组叶片振动情况风力发电机组中叶片部件非常重要，展向长、弦向短且柔韧性好等是多数叶片普遍具有的特点，该部件实际运行中极易发生振动，运动稳定性对风机整体运行质量有着收稿日期：2021-11-15作者简介：牛亮（1987—），男，河北衡水人，本科，助理工程师，研究方向：风力发电技术。
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风电机组整机系统振动检测与故障诊断
目录
1 风电机组加阻减振控制策略 (1)
1.1塔筒前后振动控制 (1)
1.2塔筒侧向振动控制 (1)
1.3传动链扭转振动控制 (1)
2 塔筒 (2)
2.1塔筒前后弯曲振动（1） (2)
2.2塔筒前后弯曲振动（2） (5)
2.3塔筒前后弯曲振动（3） (9)
3 机舱 (14)
3.1机舱相对塔筒扭转振动（1） (14)
3.2机舱相对塔筒扭转振动（2） (19)
4 传动链 (25)
4.1传动链扭转振动（1） (25)
4.2传动链扭转振动（2） (31)
1 风电机组加阻减振控制策略
1.1 塔筒前后振动控制
对于大型风力发电机组，叶片桨距角的变化直接影响塔筒的振动幅度和载荷，且塔筒前后一阶模态为主要模态。
塔筒前后振动的动态特性可以近似为简单的二阶谐波阻尼系统，如果变桨距动作引起的附加力与塔筒的前后振动速度成正比，可明显地增加有效阻尼，削减外力。
由于测量加速度比测量速度更容易，机舱的加速度传感器可很容易得到塔筒的前后振动加速度，积分后即得到塔筒前后振动的速度，将振动速度通过一个带增益的二阶滤波器即可得到该阻尼信号，在原有桨距角需求的基础上加入该阻尼信号，从而有效抑制塔筒的振动。
1.2 塔筒侧向振动控制
塔筒侧向振动的动态特性与塔筒前后振动类似。
塔筒顶部的侧向振动一般由传动链扭矩反作用引起，塔筒侧向结构阻尼本身很小，可通过在原有发电机给定转矩上添加附加转矩实现增大阻尼的效果。
同样可借助机舱振动加速度传感器，将测量到的塔筒侧向加速度积分后再作用增益即可得到附加转矩，并将附加转矩范围限定在发电机允许最大转矩的10%以内。
1.3 传动链扭转振动控制
在变桨距阶段，变速风电机组只有很小的阻尼，因为转矩不再随着转速的变化而变化，在非常低的阻尼下会导致齿轮箱有较大的转矩振动。
增加传动链的阻尼可以通过在原有转矩给定值的基础上增加一个很小的附加转矩波动。
这个转矩波动要与传动链的扭转速度相反，才能增加等效阻尼。
附加转矩可将发电机转速通过一个带通滤波器近似获得。
值得注意的是，风轮平面内一阶模态、塔筒侧向二阶模态和风轮转速的多倍频，特别是3P、6P，都可以激发传动链的扭振。
摘自：《变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化》，重庆大学，何玉林
2 塔筒
2.1 塔筒前后弯曲振动（1）2.1.1 机组信息
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2.2 塔筒前后弯曲振动（2）
2.2.1 机组信息
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2.3 塔筒前后弯曲振动（3）
2.3.1 机组信息
注：风机图片源自国外一起倒塔事故，与案例无关
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3 机舱
3.1 机舱相对塔筒扭转振动（1）
3.1.1 机组信息
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3.2 机舱相对塔筒扭转振动（2）
3.2.1 机组信息
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4 传动链
4.1 传动链扭转振动（1）
4.1.1 机组信息
（1）与叶片动态特性相关
思考：A型叶片一阶摆振（0.77Hz）与传动链扭振（1.25Hz）两种模态是否存在耦合？
（2）与风速相关
在低风速阶段，风轮转速随风速变化而变化以维持最佳叶尖速比λopt，而桨距角则恒定在0度，使风能转换效率最大化。
在该阶段，受三种阵风（半波、全波和IEC-2）及塔影效应、风剪切影响，叶轮转速不稳定，叶片固有模态易被激振。
（3）与传动链加阻控制相关
传动链加阻基本原理：在转矩设定值基础上附加传动链扭振频率的反相微幅波动，等价提高传动链阻尼；附加的转矩信号需通过测量发电机转速，并通过一个带通滤波器获得。
显然，该控制系统对安装A型叶片的传动链加阻未达到预期。
参考：1）《风力发电机组齿轮箱轴系扭振故障分析》，《风电技术》2017年第6期，肖泽；2）《变速变桨风力发电机组的运行控制策略研究》，重庆大学，谢双义
4.2 传动链扭转振动（2）4.2.1 机组信息
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4.2.3 振源分析
这也是一起传动链扭转共振案例，与转矩加阻控制精度直接相关。
整机厂家根据检测结果修改控制程序后，该风电场26台机组传动链扭振现象全部消除。
（1）叶片动态特性
思考：叶片摆振频率（1.32Hz）与传动链扭振频率（1.5Hz）接近是否影响系统稳定性？
（2）风电机组传动链自身的阻尼系数非常小，在低阻尼下容易产生较大转矩波动，必须在发电机转矩中添加适当的附加转矩来抑制传动链扭振，此时阻尼滤波器控制算法尤为重要。
（3）考虑工程应用场合，先辨别传动链扭振形式，再确定扭振频率，已满足基本需求。
深入分析扭矩波动根源有难度，缘于探究整机动态特性与关键控制算法需牵涉整机厂家多部门。
如同诊断滚动轴承故障时，振动分析师准确判断轴承的损伤程度并给出维护建议即可，进一步甄别轴承具体损伤部位（内圈、外圈、滚动体及保持架）工程意义相对小。
参考：1）《兆瓦级风力发电机组传动系统动态特性研究》，《振动与冲击》2015年第21期，罗勇水；2）《变速变桨风力发电机组的运行控制策略改进研究》，重庆大学，苏东旭。