雙饋型風力發電機多參量在線監測檢視原始碼討論檢視歷史

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雙饋型風力發電機多參量在線監測雙饋型風力發電機多參量在線監測、檢測和絕緣狀態評估技術，雙饋型風力發電機故障主要分為機械故障和電氣故障，目前的診斷手段主要針對機械故障進行監測及檢測，但雙饋型風力發電機內部電氣環境複雜，由於在供電系統中引入變頻電源（IGBT或PWM）供電，變頻電源產生的波前時間極短且電壓極高的交變尖峰電壓，可能導致轉子繞組絕緣發生局部放電現象，加劇了絕緣老化，因此發電機絕緣系統直接或間接引發的故障高達40%。

一、背景

1. 技術應用所屬行業特點、機遇與挑戰

針對雙饋型風力發電機在線監測、檢測及絕緣狀態評估技術研究主要面臨以下問題：1）雙饋型風力發電機故障診斷及絕緣評估方法需要通過故障模擬實驗進行驗證及改進，國內缺少大功率雙饋型風力發電機故障模擬平台；2）風力發電機在線監測系統尚未實現對電氣故障的實時診斷及預警；3）傳統絕緣檢測儀器體積龐大、接線繁瑣，無法滿足現場測量需求，現有絕緣狀態評估方法不適合現場風力發電機。

2. 技術應用所解決的行業難點、熱點問題，必要性及重要意義

針對以上問題，本項目依託華能集團總部重點科技項目「雙饋風力發電機多參量狀態監測與故障診斷系統的研製（課題編號HNKJ13-H20-05）」及「雙饋型風力發電機絕緣狀態評估技術研究（課題編號HNKJ16-H22）」，並結合風電場的實際需求，研製出「風力發電機多參量狀態監測與故障診斷系統」、「雙饋型風力發電機絕緣便攜一體化快速測量裝置」，開發出「雙饋型風力發電機絕緣狀態評估軟件」，編制了《NB/T 31050-2014風力發電機絕緣系統的評定方法》及《雙饋型風力發電機絕緣狀態現場檢測與評估技術細則》技術標準，形成了雙饋型風力發電機在線監測、檢測及絕緣狀態評估技術。

二、應用案例

1. 項目概述

通過研製「雙饋型風力發電機故障模擬平台」，為雙饋型風力發電機多參量在線監測、檢測和絕緣狀態評估技術提供研究平台；通過故障機理研究和模擬實驗，研發出「風力發電機多參量狀態監測與故障診斷系統」；通過絕緣檢測裝置的研製及絕緣評估方法的開發，實現雙饋型風力發電機絕緣狀態評估。

「雙饋型風力發電機故障模擬平台」通過搭建137kW級雙饋風力發電機故障模擬試驗平台，對故障診斷算法進行驗證改進，通過串聯保護電阻實現試驗過程可控；搭建全尺寸1.5MW風力發電機短路故障模擬試驗平台，驗證雙饋型風力發電機絕緣狀態離線評估方法。故障仿真模型通過建立正常和故障狀態下的電壓、磁鏈、電磁轉矩和運動方程，獲得串聯保護電阻對發電機電流電壓信號影響及變化規律，驗證了故障模擬的有效性。

研製出發電機多參量智能監測單元，用於監測風力發電機組關鍵部件的運行狀況，能對風力發電機電流、電壓、振動等參量的同步採集，並能對採集到的信號進行初步分析處理，可及時發現發電機運行狀態異常或故障，並做出預警和報警。對振動、電流和電壓三種信號進行時域頻域分析，解析信號中的有效信息判斷發電機是否存在缺陷；選取合適的權重因數，採用多參量耦合的方法判斷發電機故障原因；通過發電機不同相之間的衝擊波形對比，實現對絕緣劣化的發電機故障相定位。

2. 主要效益

西安熱工研究院有限公司2018年至2020年的新增銷售額分別為175萬元,561萬元,1475萬元，新增利潤分別為43.75萬元，140.25萬元，368.75萬元；中車永濟電機有限公司2019年和2020年新增銷售額分別為1754萬元和9990萬元,新增利潤分別為103.91萬元和478.12萬元。

社會效益與間接經濟效益

2018年至今為止，累計新增風電裝機容量867.5MW，火力發電標煤耗305g/kWh，相當於節約標煤約26.46萬噸，減少排放溫室效應氣體CO2約43.48萬噸，SO2約103.6噸，NO2約98.1噸，可創造社會效益（增加工業產值）91.09億元（按每度電5元、年利用小時數2100小時計算）。

三、技術要點

1、提出了一種考慮新增迴路的雙饋風力發電機繞組短路故障模型，研製了「雙饋風力發電機故障模擬試驗平台」，實現了雙饋風力發電機的繞組絕緣短路、三相不平衡、軸承故障等典型故障非破壞性綜合模擬試驗。

2、提出了一種集合電氣信號和振動信號的雙饋型風力發電機一體化狀態監測及故障診斷方法，研發了雙饋型風力發電機狀態監測與故障診斷系統。

3、研製出綜合多種非破壞性絕緣參量的風力發電機絕緣狀態現場實時分級定量評估系統。研製出一體化便攜檢測設備，提出新的高原環境下電氣絕緣海拔修正技術和適用於雙饋型風力發電機現場絕緣狀態評估的方法，實現雙饋型風力發電機絕緣狀態評估從「定性」到「分級定量」的提升。

四、應用前景

「雙饋型風力發電機多參量在線監測、檢測和絕緣狀態評估技術」已在華能多個風電場進行推廣應用並取得良好效果，應用該技術可及時、準確和全面獲得運行中風力發電機的設備狀態，減少雙饋型風力發電機重大故障的發生，保障風力發電機組的運行安全；根據風力發電機的絕緣狀態評估結果，對生產及維修計劃進行調整，降低機組的運行維護成本。該技術的推廣應用將有助於提升雙饋型風力發電機運行可靠性和安全性，實現發電機從定期維修向狀態維修、預測性維修的過渡，提升了風電行業運行維護水平，填補了國內相關領域的空白。

研製的「WT-1型風力發電機組狀態監測與故障診斷系統」具備信號顯示及分析、故障信息處理、報警、狀態評估、數據存儲等功能，實現了現場實測數據和故障信息數據的長期存儲、分析。該系統已通過華能集團組織的專家驗收，相關成果已在華能通遼風力發電有限公司寶龍山風電場、華能環江界子良風電項目、華能陝西新能源分公司集控中心項目、華能啟東風電場等多個項目應用。「雙饋型風力發電機絕緣狀態評估技術」實現了發電機絕緣狀態量化評估，測量數據準確度高、方便快捷、操作性好、實用性強。該評估技術已在華能浙江雲和黃源風電場、華能甘肅華家嶺風電場、華能野貓山風電場一期等多個風場進行了應用，診斷出60餘起各類缺陷和故障，有效避免了重大事故的發生。