第１４卷 第７期 ２０１４正 Ｖｏ１．１４．ＮＯ．７ ７月 Ｊｕｌｙ， ２０１４ 风力发电机组在线振动监测系统的应用研究 武丽君，刘衍选，蔡晓峰 （大唐集团华创风能有限公司，山东青岛２６６１１１） 摘要：在线振动监测系统可以及时发现风力发电机组故障的早期振动征兆，揭示故障的原因、程度、部位、发展趋势等， 便于风力机维护，避免和减少重大事故的发生，节约成本。介绍了状态监测系统的国内外发展背景及现状，指出了振动 ｅ 监测在风力发电机组安装应用的必要性。分析了风机在线监测系统的组成及结构，并针对风力发电机组的振动特点， 对现场测量点的分布做了研究。最后提出了在线监测系统未来需要解决的问题。 关键词：在线振动检测；风力发电机组；故障；振动 中图分类号：ＴＰ２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—１８０７（２０１４）Ｏ７一Ｏ１５Ｏ—Ｏ３ 科 ｒ 技 ∞ 和 ｙ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ状态监测系统简 产ｄ 抓 金、煤炭、造纸、烟草、水／污水、地铁、水泥、船舶等行 业 业。由于近年来风力发电行业的迅速发展以及对风 称ＣＭＳ，最早应用在石油开采、石油化工、电力、冶 随着在线监测系统在风力发电机广泛应用，目前 国内外很多厂家在线监测系统的研究与开发，例如通 用电气公司的Ｂｅｎｔｌｙ Ｎｅｖａｄａ系统、ＳＫＦ公司的Ｗｉｎｄ— Ｃｏｎ系统、德国ＦＡＧ公司ＦＡＧ Ｘ１、德国ＰＲＵＦＴＥＣＨ— 呲 电机组检修工作的逐步开展，对设备的状态监测工作 提出了更高的要求。 风电机组振动状态监测分析与故障诊断系统是 基于风力发电这一特殊的应用领域开发设计的，采用 “集散式拓扑结构”，通过安装于每台风机机舱的数据 采集装置实现数据的采集，而所有的分析功能都通过 设立在风场升压站的数据服务器系统的分析监控软 件来实现。系统主要通过在线监测主轴轴承、齿轮 ＮＩＫ公司ⅥＢＲｏｗＥ ｘＰ诊断型的在线监测系统等。 国内针对风力机的状态监测设备在市场上的应用，也 有很多相关单位开始风力机组在线监测系统研究与开 发，东方振动和噪声技术研究所ＤＡＳＰ，西北工业大学 旋转机械与风能装置测控研究所ＣＡＭＤ－６１ｏ０、阿尔斯 通创为实￥８１ＯＯ、北京国旋新力科技发展有限公司 ＳＤ２１００系统等 Ｊ。 １ 安装ＣＭＳ系统的意义 随着风力发电机组投运规模的扩大和运行时间 箱、发电机等关键部件的振动，分析这些部件的运行 状态，并且根据运行趋势，采用预知维修和故障诊断 技术可以不大大减少盲目维修及突发性性事故停机 的时间，延长机组连续运行的周期，给公司生产运维 带来极大的效益 ］。 由于兆瓦级以上风电机组的大量安装，在国际上 的增加，设备机械故障趋于常态化，振动状态监测技 术可对实现风机设备运行过程中有效的预防和发现 故障，有计划地对其进行维护，提高机组运行的安全 性和经济性。 在风力发电机组２０年设计寿命中，齿轮箱和发电 机维护费用占风机所有维护费用的６Ｏ 以上，风机运行 风机制造商也开始将振动状态监测技术集成到风力 发电机组中，２００４年至今，包括Ｖｅｓｔａｓ、Ｎｏｒｄｅｘ、Ｓｕ ｚｌｏｎ在内的各大风电设备供应商在风机出厂前就安 装了相应的状态监测系统，作为风电场维修的重要组 ２Ｏ年内部件维护费用（按系统分类）权重分布见图１。 从图１可以看出，发电机和齿轮箱的损坏对于风 电场发电量和维护成本影响很大，如何保证齿轮箱、 发电机等机械零部件的可靠性，做到预防性维护，已 经成为亟待解决的问题。风力发电机组在线监测技 术的宗旨是提前发现机组的潜在故障，及时发现风电 成部分。在国内，风电机组振动状态监测系统从０８ 年为起步阶段，目前五大国电新能源发电公司都开始 大面积的批量安装振动状态监测设备。 收稿日期：２０１４—０４—０９ 基金项目：中国大唐集团科技项目（ＤＴＫＪ—ＫＹ一２０１４—２５）；国家科技支撑计划资助项目（２０１２ＢＡＡ０１Ｂ０１） 作者简介：武丽君（１９８８一），女，山东菏泽人，青岛华创风能有限公司，检测技术与自动化装置硕士，研究方向：风力发电机 技术、振动监测。 １５０ 科技和产业 第１４卷第７期 主要轴承和齿轮箱输入轴的频率范围０．５～ ５ 结论 风力发电机组状态监测和故障诊断系统能够及 １．０Ｈｚ，故采用低频加速度振动传感器，其灵敏度为 ５００ｍＶ／ｇ，频率范围为０．１～３ ０００Ｈｚ。齿轮箱中间 轴和输出轴、发电机的输入轴和输出轴旋转频率比主 轴旋转频率高５Ｏ～６０倍，故要使用通用型加速度传 感器，其灵敏度为ｌＯＯｍＶ／ｇ，频率范围为０．５～ １５ ０００Ｈｚ［ 。 时、准确地对机组的各种异常状态或故障状态做出诊 断，预防或消除故障，避免重大事故的发生，保证风力 发电机组安全，可靠。同时，企业根据振动状态监测 与故障诊断系统的预警信息，对风机组及时检查维 修，能避免突发性故障造成的损失。目前，状态监测 系统如果发现某些测量点的数值超出报警限值，也仅 ４振动信号通讯及处理 各测点的振动信号通过电缆传递到ＣＭＳ系统 的数据采集装置中，数据采集装置对数据进行存储并 能做出一个早期故障的判断，而对于故障的具体来源 及原因便无从得知，这是今后在线监测和故障诊断系 统设计时应该解决的问题。 参考文献 ［１］杜稳稳．风力发电机组振动状态监测与故障诊断［Ｄ］．上海： 华东理工大学，２０１１． 通过光纤环网将振动信号和状态信号传递到中控室 的现场服务器中。为了降低ＣＭＳ的成本，ＣＭＳ系统 往往挂在远程控制系统（ＳＣＡＤＡ）的局域网上，这就 要求ＣＭＳ系统传输数据时要将每秒的流量控制在 一定的范围内，一般在十几Ｋｂ至几百Ｋｂ之间以免 振动信号的分析主要依靠安装在现场服务器上 影响ＳＣＡＤＡ系统的正常通讯。 的振动分析软件以及远程诊断中心。现场服务器及 ［２］赵龙．风力发电机组故障诊断系统研究［Ｄ］．武汉：华中科技 大学，２００９． ［３］任玉亭．振动监测技术在风力发电机组的应用［Ｊ］．内蒙古 电力技术，２０１０，２８（２）：９—１２． 时有效的保存好故障振动信息，并能够实时显示各风 机通道的时域和频域信号，便于风场管理人员掌握风 机工作状态。远在异地的诊断专家和管理员可以通 过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络访问现场服务器，随时随地掌握风力 ［４］ＮＢ／Ｔ３１００４ ２０１１．风力发电机组振动状态监测导则［ｓ］． ［５］王瑞闯，林富洪．风力发电机在线监测与诊断系统研究［Ｊ］． 华东电力，２００９，３７（１）：１９０—１９３． ［６］彭镭．兆瓦级风力发电机监测与故障诊断系统设计［Ｄ］．长 沙：湖南大学，２０１０． 发电机组运行状态，并对故障信息进行分析判断，实 现远程专家会诊，提出故障原因及解决办法 ］。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｏｎ—ｌｉｎｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ＷＵ Ｌｉ—ｊ ｕｎ，ＬＩＵ Ｙａｎ—ｘｕａｎ，ＣＡＩ Ｘｉａｏ—ｆｅｎｇ （Ｃｈｉｎａ Ｃｒｅａｔｉｖｅ Ｗｉｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｑｉｎｇｄａｏ Ｓｈａｎｄｏｎｇ ２６６１１１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ—ｌｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｉｍｅｌｙ ｆｉｎｄ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｉｇｎｓ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｆａｕｌｔ，ｒｅｖｅａｌ ｔｈｅ ｃａｕｓｅ，ｄｅｇｒｅｅ，ｓｉｔｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ，ｅｔｃ．．Ｉｔ ｉｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｍａｃｈｉｎｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，Ｉｔ ｃａｎ ａｖｏｉｄ ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｏｃ ｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｍａｊｏｒ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ，ｓａｖｅ ｃｏｓｔ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ ｏｆ ｃｏｎｄｉ— ｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈｅ ｎｅｃｅｓｓｉｔｙ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｉｎ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｏｎ ｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ａｒｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｏｉｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｓｐｏｔ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｉｎ ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｏｎｌｉｎｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｎｌｉｎｅ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ；ｆａｕｌｔ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ １５２