魏协奔，卢旭锦，孙培明，李童彬

（1.汕头职业技术学院，广东 汕头 515000；2.揭阳职业技术学院，广东 揭阳 522000）

风力发电机能否正常投入使用，影响着风力发电的整体质量，而风机故障会导致机组本身受到损坏严重的情况下，可能会造成更加不可预料的后果，而从风力发电机所使用的环境以及自身结构等角度出发，其设备在实际应用过程中容易受到外界环境的影响，造成风力发电，整体质量偏低。为保证风力发电能够正常地运行，需要进行振动状态监测和故障诊断工作。而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。

1 风力发电机组震动研究基本概述

1.1 整机系统震动情况分析

从现阶段风力发电机研究情况来看，振动是风力发电机组在运行过程中较常见的故障之一，也是原因复杂不容易解决的问题之一，而这种问题在较为严重的情况下，会造成设备的损害，甚至产生其他重大事故。本文在研究的过程中，将风机的整体系统分成塔架-机舱系统、根部刚性固定的叶片以及传动系统三个组成部分进行研究与分析。从图1 所示的图像中可以明显地看出，风力发电机在实际运行的过程中其发生的振动情况会引发共振情况，如风力发电机在实际应用的过程中自身的风载、叶轮转动、开关等会造成风机产生较为剧烈的振动情况，而这种震动则会造成轴承、齿轮副、联轴器等部件的震动，进而造成设备的损坏，影响设备的使用寿命与质量。

图1 具有三叶片和柔性塔架的WKA-60 型上风机共振情况

1.2 偏航系统震动情况分析

在针对风力发电机实际应用情况进行分析后发现，由于偏航系统构建较容易产生故障，而这种情况在小型的风力发电机中则更加常见。造成其情况的主要原因在于，转子周期变化与旋转力之间产生共振，风力发电机在实际运行的过程中，系统所承受的载荷更大，不断变化的偏航力矩会引起扭转震动，进而在特定的位置不同的方位会产生较为明显的摩擦阻尼以及牵制力。

1.3 叶片振动研究

叶片是风力发电的关键部件，多数的叶片均具有展向长、弦向短、柔韧性好等方面的特点，是一种在实际应用中较容易产生振动的部件，其运行的稳定性直接影响风机整体运行质量。目前，在实际运行的过程中，叶片会由于自身的惯性力与重力等因素产生激振力，一般情况下，其震动保持较为稳定的状态，而在静态发散、颤振等情况下，会造成较为强烈的振动，影响风力发电机的正常使用。叶片震动受力分析如图2。

图2 叶片震动受力分析

1.4 主轴承振动

主轴承振动指风力发电机在实际运行的过程中滚动轴承由于其各个部分的结构、工作状态，受损状态等方面因素而造成的情况，需要注意的是，轴承座所传递的外界荷载以及激励信号也会在一定程度上影响主轴承振动情况，多种因素也造成主轴承振动较为随机。而轴承振动的频谱按照其运行实际情况来看，基本上可以分成低频段、中频段以及高频段三个组成部分。轴承结构频谱如图3。

图3 轴承结构频谱

2 风力发电机组故障诊断方法

从风力发电机组故障诊断实际情况来看，在时代不断发展的同时，其诊断方法也在不断地进行改进与优化，诊断结果的准确性也呈现逐年上升趋势。现阶段，在进行风力发电机组，故障诊断的过程中，较常见的方法有时域分析法、频谱分析法等。

时域分析法在实际应用的过程中是一种应用较为广泛，且较为简单的一种诊断方式，其在实际应用的过程中难以对故障的准确位置进行判断。而其方法的使用需要相关人员准确地进行有量纲特征参数、无量纲动态指标的确定，以保证所研究数据的准确性。

频谱分析法，在实际应用过程中是应用较为广泛，且能够获取大部分故障特征的一种故障诊断方法，其在实际应用的过程中，通过检测设备对风力发电机各个部分的震动频谱进行调查，并按照其频谱图中所反映的情况，分析风力发电机组在实际应用过程中存在的主要问题。在实际应用过程中，要注意自功率谱分析以及共振调节工作。

3 风力发电机组震动状态检测与故障诊断系统设计

3.1 系统总体设计分析

时代在不断发展的同时，风力发电机组振动状态监测与故障诊断要求也在不断地提升，在进行其系统设计的过程中，也需要按照实际情况，合理地进行设计方案的选择。本文在进行系统设计的过程中，主要是从振动信息监测、状态监测、故障特征分析、故障识别等几个角度进行总体方案的设计。

振动信息监测指系统在实际运行的过程中，能够对发电机组的振动情况进行实时的检测，并能够利用数字化的技术将振动情况绘制成较形象的图像，辅助相关研究人员更加准确地分析风力发电机组的运行情况。而振动信息监测在实际运行过程中主要由传感器、数据预处理、A/D 转换等部分所组成。

状态监测指系统在实际运行中，需要按照发电机组运行状态以及相关的实时监测数据，进行发电机组趋势图绘制，通过趋势图能够更好地反映发电机组在实际运行过程中设备的发展趋势，为后续的维修、保养工作提供一定的支持。

故障特征分析指系统在对相关数据进行收集后，对原始的信号进行分析处理，寻找信号中具有特点的信息，并按照自身所储存的数据进行故障特征的分析工作。其组成部分在实际应用中能够在较短的时间内进行数据的整理与分析工作，为故障维修等工作提供准确的数据分析，提升故障维修的质量与效率。

故障识别指在系统在应用中，能够通过对故障信息监测和故障特征分析的数据按照一定的规律，进行故障、故障产生原因、故障产生部位等信息的排除，进而为维修人员提供较准确的故障发生原因分析、故障产生位置分析、故障影响情况分析等方面的数据。以及其在实际应用的过程中也能够与模糊诊断手段相互结合使用，提升数据的准确性。

3.2 测量点的选择

在进行测量点选择的过程中，需要保证测量点满足以下几方面的需求。（1）测量点需要尽可能地靠近轴承的承载区，且不能够在保护罩、外壳、设备结构间隙等地选择监测点。（2）从现阶段研究实际情况来看，造成风力发电机产生故障的原因多种多样，而产生振动的方向也存在较大的不同，因而在进行检测点选择的过程中，需要尽可能地选择能够对水平垂直走向三个方向进行检测的点。（3）在进行检测点选择过程中，需要选择设备表面较为平滑地区，减少设备表面污渍等情况对振动信号的影响。

4 结语

从现阶段我国电力行业发展实际情况来看，风力发电已经成为我国电力行业发展的主要方向之一，而风力发电机在实际应用的过程中，容易受到自身结构以及外界因素的影响，造成发电机应用质量较低，甚至会造成较大的事故。基于此，要求相关人员在电力行业发展过程中，要重视电力发电机组振动状态的监测以及故障诊断工作，在发现存在异常数据时，能够及时地对设备应用情况进行分析，并进行设备的维修与保养，使发电机能够更高效地投入使用。风力发电机成本较高，重视风力发电机组振动状态的检测与故障诊断工作，能够较及时地进行设备的管理与维修工作，降低发电机损坏程度，进而降低更换成本，提升发电机应用的经济效益。