风电机组远程在线状态监测技术

风电机组远程在线状态监测技术

张洪武

（阿尔斯通创为实技术发展（深圳）有限公司，深圳５１８０５７）

ｌ概述

风能作为一种清洁的可再生能源，已经日益引起世界各国的注意。我国在大规模的风能利用方面虽然起步较晚，但近些年来发展非常快，尤其是２００５年２月２８日颁布的《中华人民共和国可再生能源法》于２００６年１月１日正式实施，为我国风力发电行业的大规模发展提供了新的契机。大力发展风力发电产业已经成为国内电力行业的共识。

受地理条件及风能资源的限制，风电场一般都远离城市和风电公司的总部，而且风电公司下属各风场之间的距离也可能会非常遥远。另外，现代化的大型风电场一般都会有十几台甚至几十台上百台风力机，如何有效地对各风力机状态进行监测和分析，使整个风电场安全、可靠、经济地运行就变得至关重要。如何使远离风电场的管理人员和设备维护人员更方便快捷地了解各风场的运行状况，及时提供技术支持，实现风场间的远距离数据通讯，保证多风场的统一管理运营及维护，获得专家的在线技术服务和诊断，就成为风电场愈来愈迫切的需求，也必将是今后风电行业的新兴发展方向。

随着风电的快速发展，如何提高风机的利用率，降低设备的故障率和故障时间，避免设备突发故障的发生，已成为风电运营商设备维护与检修工作的主要目标。实现风电机组远程在线状态监测的网络化、智能化已势在必行。

风电机组远程在线状态监测技术

２风力发电机组远程在线状态监测技术

图１风力发电机组远程在线状态监测分析系统结构图

２．１风力发电机组远程在线监测系统的组成

＞专用的加速度传感器；加速度传感器直接测量机组主轴承、齿轮箱、发电机

的振动；

＞现场数采分析模块ＦＡＳ站；该模块最大可接入１６路模拟量通道（包括振动信

号、功率等其它以４—２０ＩＩＡ或０—５Ｖ方式输入的信号），可直接通过ＴＣＰ／口协议与工业以太网相连，同时支持无线通讯及ＣＤＭＡ通讯（无线通讯和ＣＤＭＡ通讯均需增加通讯模块）

＞现场服务器；该服务器通过风电场的光纤或ＷＣＳ站可对ＦＡＳ站进行设置及监测数据的存储，并可通过ＩＮＴＥ鼢咂Ｔ将数据发送至集团的北京远程中心服务

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器。现场服务器与远程中心服务器的网络通讯无需专用的ＩＰ地址，从而实现最低成本的远程通讯。

＞远程监测诊断中心通过ＩＮＴＥ砌忸Ｔ与现场服务器实现数据通讯，风电场的各

类运行数据和机组振动数据实时传入远程监测诊断中心。远程监测诊断中心的技术人员可随时随地察看设备的运转情况，了解设备的状态，尽早掌握设备的隐患，及时为现场提出相应的诊断建议和处理措施。

２．２在线状态监测系统所监测的信号

按照风电机组的结构特点，对机组的如下信号进行监测：

机组名称测点名称信号数量传感器

专用低频加速度传感

机组主轴承、齿轮箱输入轴２

器

齿轮箱行星级外齿圈、输出轴２加速度传感器

发电机前、后轴承

风力发电２加速度传感器机组转速１控制系统硬接线接入

功率１控制系统硬接线接入

机组其他工艺量（温度、电压、硬接线接入或通过通

若干

电流等）讯方式获得

振动传感器主要布置在主轴、齿轮箱和发电机组上。其中在主轴承、齿轮箱输入轴处各安装一只专用低频加速度传感器，齿轮箱行星级外齿圈、输出轴以及发电机前后轴承处各布置一只振动加速度传感器，用于全方位监测风力发电机组的振动状态。

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２－３在线监测系统的主要分析功能

风电机组以发电机、大型齿轮箱、低速重载轴承为主。齿轮、滚动轴承等零部件的损坏是一个渐进的过程。由于润滑、安装等原因形成初始的磨损，随着运转时间的延长、磨损的加剧，齿轮、轴承的振动将逐渐加大，最终导致齿轮和轴承等零件的失效。为避免恶性故障的产生，同时最大限度的减少维修成本的支出，就必须在这些部件进入加剧磨损期前通过改善润滑等维护措施延长其使用寿命，并在其即将损坏前及时更换。机组的这些特点决定了监测系统必须能够及早发现设备的隐患，并判断出设备的损坏程度，从而制定出有效的解决方法，确保机组的稳定高效运转。

系统的主要监测参数有：

＞总振值：各振动测点的振动速度或加速度有效值

＞ｇＳＰ值：采用尖峰能量技术获得振动尖峰值（对轴承和齿轮的冲击敏感）＞峰值系数：各测点振动峰值／有效值（对轴承和齿轮振动敏感）

＞窄带能量值：某设定频段内的振动有效值（对齿轮振动敏感）

＞窄带能量系数：某频段振动最高频率幅值／该频段的振动有效值（对齿轮

振动敏感）

图２主要的分析图谱

２．４ｇＳＰ尖峰能量技术——齿轮、滚动轴承监测诊断技术

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采用不同的方法对轴承和齿轮的磨损状况进行监测，其灵敏程度差别很大，利用ｇＳＰ尖峰能量技术可尽早的发现轴承和齿轮的各种早期损坏，提前制定维修方案和计划，可确保设备的安全稳定运转。

轴承和齿轮等机械零件发生磨损时，首先产生轻微的点蚀，当齿轮和轴承相对转动的部件遇到零件上的点蚀时，会产生很强的冲击信号，冲击信号的强度与轴承和齿轮表面磨损的程度相关，当没有其他振动信号的情况下，这种冲击产生

缺陷受力响应

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图３冲击随缺陷变化的情况

当齿轮和轴承发生轻微磨损时，其产生的冲击信号幅度小，持续时间短，能量分散在很宽的频率范围内，很容易被其他信号所淹没，因此，采用传统的信号处理方法，很难捕捉到这些微弱的冲击信号，也就及早发现齿轮和轴承的故障隐患，不能及时采取有效措施，避免磨损的进一步扩展，从而造成轴承和齿轮的损坏。

为了及早的获取到这些微弱的冲击信号，我们采用了独有的ｇＳＰ尖峰能量技术对振动信号进行处理，从而在齿轮或轴承的磨损刚刚发生时就能捕捉到这些微弱冲击。首先，我们将振动信号经过带通滤波，将低频信号滤除，得到高频振动信号，然后，将信号通过一个专有的峰值检波器，进行整流滤波，最好，再将获得的信号进行ＦＦＴ运算，就得到了ｇＳＰ尖峰谱图。同时，对通过检波器的信号进行计算即可获得ｇｓＰ值。

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ｇＳＰ尖峰能量技术对轴承和齿轮的早期磨损非常敏感，是一种非常有效的诊断齿轮和轴承故障的方法。由于该技术剔除了低频信号，因此对机组发生的不平衡、不对中等低频振动不敏感。因此，对机组状况的总体评定，要同时借助传统的频谱分析方法，综合评定机组的状况。

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图４ｇＳＰ尖峰能量技术原理示意图

３远程监测诊断

现场服务器通过互联网将风电场和风电机组的数据实时传送到远离风电场的北京远程监测诊断中心。在远程中心上直接显示风电场运行状态，实时显示风电机组的设备状态。

远程中心服务器具有现场服务器上的所有分析功能，包括运行参数的实时监测、风电机组各轴承处振动的实时监测、各类运行参数的实时趋势曲线、振动分析诊断功能。同时，远程数据分析和诊断中心对各类数据进行数据分析、数据挖掘、远程诊断和网络ＷＥＢ发布。

远程数据分析和诊断中ｊ心的功能：

－远程实时监测功能：

＞实时监测远在千里之外的各风电场机组的运行情况；

＞可同时对多个风电场和风电机组进行实时状态监测；

风电机组远程在线状态监测技术

＞对多个运行在不同地域、不同类型的机组进行实时分类管理和监测。一远程专家会诊功能：

＞多名身处异地的诊断维护人员可以对同一机组进行远程会诊；

＞。会诊包括：对同一机组的同一监测诊断图谱（数据）进行协同浏览以及

在线讨论；

＞极大地方便了现场维护人员与中心的诊断专家协作进行机组维护；＞同时，也为全国其他专家协助甲方解决机组故障提供了可靠的信息手段。＿网上诊断帮助系统：

＞协助维护人员分析机组运行故障；

＞基于ＩＥ浏览器的交互式专家系统；

＞完全免费开放，与用户共同建设，不断完善。

＞．内容包括：每次诊断维护的故障征兆、故障原因、处理方法、处理结果

机组典型故障分析图谱以及常用振动标准等；

＞自动搜集存储机组诊断案例，强大的查询检索功能；

＞协助诊断维护人员积累和共享历史数据和诊断经验，逐步提高维护水平。统计等。●故障诊断案例库：●在线报表功能：就机组管理方面的文件、报表等，进行上传下达、自动合并

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５．风电ＣＤＭ项目ＣＥ黜价格趋势

一未来价格走势

随着原油和天然气价格不断攀升，不少

国外发电商改用煤作为发电燃料，导致

二氧化碳排放量增加。

配额趋于紧俏，价格自然随之攀升，这

预示着未来风电ＣＤＭ项目将会获得更好

的ＣＥＲｓ收入。

７．未来展望

２００７年１２月３日到１６日，联合国气候变化

会议通过了巴厘岛路线图，启动了为２０１２年

的谈判，并明确规定了谈判应该在２００９年底之《京都议定书》．到期后温室气体新的减排左寨

前完成。这一路线图确认的议程包括：

为适应气候变化所应采取的措施：

减少温室气体的排放：

推广有利于减少气候变暖的新科技：为减缓和适应气候变化提供更多资金支持。

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作者单位：张洪武阿尔斯通创为实技术发展深圳有限公司,深圳518057

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