关于风力发电传动链故障诊断技术分析_新闻_

赵利新

摘要在本论文中，笔者首先介绍了风机发电传动链，而后对故障诊断分析技术进行了详细介绍，以期为相关工作者提供一定的借鉴意义。

关键词风力发电；传动链故障；诊断技术

【分类号】：TM315

1.风力发电传动链介绍

所谓风力发电，就是指通过某种手段将风能转化为电能。作为一种清洁的可再生能源，风能收到越来越多的关注与重视。我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量达到10亿kW：陆地上的风能储量为2.53亿kW左右，海上可开发和利用的风能储量为7.5亿kW。风力发电是把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电，其根本原理是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。

就我国来说，风力发电已经占到我国用电总量的很大一部分。但是，由于各种主客观因素的影响，风力发电的过程中会出现一些故障，影响发电过程以及电能的应用效率。为了更好地做好故障诊断工作，国内相关工作人员都进行了大量的研究，还开发出大型的传动链故障诊断系统。传动链是由内链接和外链接两部分组成的，还包括五个小部件：内链板、外链板、销轴、套筒以及滚柱。传动链在风力发电的过程中常见的。风机发电组通过风轮叶片将风的动能转变为机械能，并带动发电机旋转发出电能。风电机组按照叶片可以分为双叶式、三叶式和多叶式；而按照传动链的连接方式可以分为变速箱式和直驱式等。下面，笔者将对风力发电传动链故障诊断技术进行相应的分析。

2.传动链故障诊断的基本原理

传动链故障诊断的方法有很多种。一般来说，按照诊断环境来说，可以分为离线和在线；按照检测手段来分，可以分为振动、噪声、温度、压力以及声发射等；按照诊断方法来说，可以分为频域、时域、统计、信息理论、模式识别或者人工智能等。大部分故障诊断系统是以振动分析为主要的诊断手段，振动分析法也是目前传动机故障分析的最主要技术之一。

在检测过程中，工作人员要对机器主要部分的振动量，包括位移、速度以及加速度等方面进行测定，并与标准值进行相应的比较，以此得出传动链的具体运转状态。该种故障诊断的优点是故障诊断的十分精确，可以进行故障的定位工作；但是，诊断的过程中需要加装传感器和信号采集设备，诊断过程中的投资额度较大。传动链故障诊断过程中应用最广泛的方法使频域分析法。该种方法就是通过快速富立叶变化将原来的时域波形转变为频谱，这些频谱与故障之间有着高度地对应关系。

3.风力发电传动链故障诊断的具体流程

风力发电传动链故障的诊断是一个系统性工程，需要多方面的共同努力与配合。下面，笔者将对风力发电传动链故障诊断的具体流程进行阐述。

风机的传动链系统通常是由叶片、主轴、增速齿轮箱、连轴器、发电机等多个部件组成的，工作人员也可以根据实际情况进行调整。传动链是动态作用的，因此，我们必须关注其动态特征。风力发电机组传动链系统的故障主要可以分为三个方面，包括传动链震动、噪声以及共振问题等。而风力发电机传动链故障分析可以分为两种手段进行数值仿真与现场检测，从而诊断出故障的具体激励，明确故障发生的原因与维护的建议。

4.风力发电传动链故障诊断技术分析

风力发电传动链的故障诊断是一项较为复杂的工作。下面，笔者将会结合具体的案例，根据仿真数据做好现场测算工作。

4.1数值仿真

对于数值仿真方面，我们主要从风机设计的角度入手，在仿真过程中要注意借鉴多体动力学仿真如见，对传动链的固有特性以及其动态响应进行分析，从而甄别出传动链的共振源，诊断出传动链中各个部件的震动问题及噪声的大小等。

而数值仿真工作有包括以下步骤：第一，工作人员要建立柔性的多体系统动力学模型。我们知道数值仿真的根本原理是建立在多体动力学基础之上的，风机传动链则是由多个刚体和柔性体共同组成的系统，也就被称为柔体多体系统。在数值仿真的过程中，相关人员要将复杂的风机传动系统模型简化成等效的动力学模型，这就需要相关工作人员具备传动链系统的动力学拓扑图，并能够输入传动链各个部件的刚度、质量、惯性矩等等参数，之后再通过力元将各个部件连接起来，最终完成系统模型。

第二，要做好频域分析工作。所谓频域分析，就是指在系统动力学精确建模的基础之上，相关人员要进行模态计算，并从中得出风机传动链系统的固有频率值及振型等。但是，由于风力发电机祭祖的转速较快，激励频率带也相对较宽，传动链容易发生共振现象，也会对系统的正常运行造成一定的影响。因此，在对风机传动链系统进行频域分析时，工作人员又要通过一定的步骤对潜在的共振点进行分析：首先，要对切入、切出以及耳钉状态下传动链系统的模态进行分别计算。其次，要根据风机传动链系统在不同模态频率下的振型和模态能量的分布特征绘制能量分布图，从而筛选出那些扭转振型，和扭转方向能量的固有频率。再次，要根据筛选出的固有频率和传动链熊的激励频率机制绘制出工作转速之内的坎贝尔图，坎贝尔图中的焦点位置也就是风机传动链熊中的潜在共振点。频域分析的根本目的是通过对照风机传动链系统的模态能量分布和坎贝尔图，对共振点进行初步的甄别，从而采取措施进行防震工作。

第三，做好时域分析工作，对传动链系统进行动态响应计算，从而得出系统的震动加速度与速度，进一步甄别共振点，处理系统噪声和震动问题。要辨别出传动链系统的内、外部激励，从而使得风机在驱动力的作用下横过整个区间。要分析扭矩扫频响应，绘制三维坎贝尔图。还对共振点进行定性分析，看是否会出现震动加剧情况最后，对仿真结果进行分析，判断系统是否存在振动过大现象。

4.2现场测算

进行现场检测的根本目的就是为了评价目标风机的健康状况。下面，笔者将从三个方面对现场测算工作进行分析。

4.2.1确定测试位置

工作人员要通过数值分析的结果来确定风机传动链系统中振动较大的元件，并在齿轮箱位置做好测试点的布置工作，当然也要兼顾其他的部件，主要以齿轮箱的扭力臂、主轴承座为主要的测试点 . 在测试过程中，要根据测试点的选取情况，分析计算结果，设置合理的宽带。

4.2.2执行测试

测试前要对传动链进行振动的基准测试，由于风载的强随性，风机的运行情况相对复杂。因此，在执行测试之前，工作人员要做好系统检测工作。

4.2.3数值分析

要利用振动测试仪器作为传动链加速度的传感器，对风机一段时间内稳定的工况进行数据的采集与分析，并做好傅里叶的变换等工作，从而得出噪声、振动等的水平参数。之后，要结合数值仿真的结果和各个元件的固有频率值，定位问题元件，并对出现问题的原因作出合理的介绍，为后续的维修工作提供建议。

5.总结

总之，风力发电机传动链故障分析的难度较大、复杂程度较高。这需要相关工作人员了解风机作用的根本原理，熟悉各个部件的性能，以便能胜任检测与调试工作。同时，相关单位必须注意引进先进的技术设备，做好设备的采购工作，保证设备的良性、合理运转，提高工作效率，避免各种故障的发生。

参考文献

[1]安学利，蒋东翔，陈杰，刘超. 基于ITD和LS-SVM的风力发电机组轴承故障诊断[J]. 电力自动化设备. 2011（09）