風電機組行星輪故障診斷技術應用案例

來自 新浪網 的圖片

風電機組行星輪故障診斷技術應用案例行星齒輪由於其結構緊湊，變速比大的特點，風力發電機組的傳動系統中應用廣泛。

一、背景

行星齒輪由於其結構緊湊，變速比大的特點，風力發電機組的傳動系統中應用廣泛。在實際運行過程中，行星齒輪箱不僅承受動態重載負荷，而且運行工況變化頻繁，是整個動力傳動鏈中的薄弱環節，其中太陽輪、行星輪、齒圈等關鍵零部件容易出現損傷故障，因此，對其開展監測診斷對於保障風力發電機組安全高效穩定運行至關重要。

二、應用案例

1.項目概述

目前，中能在線振動監測系統 ZNW-3000 共應用運行 440 套，涉及機型 15 種，應用風電場 28 個。針對行星輪系特點所設計的在線振動採集儀 ZNW-3000 和振動分析系統將在之後的推廣應用中發揮更大的作用。該系統將在國內風電行業推廣，提高風力發電機組及其它旋轉機械設備運行和維修水平，降低事故突發率，縮短非計劃停機時間，市場前景廣泛。每年年發電量提高 1%以上，檢修及備件消耗費用減少 5%以上。

2. 主要效益

（一）經濟效益

該系統將在風力發電設備監測與優化運行領域為中能電力科技開發有限公司培育新的經濟增長點，以每台設備 3.5 萬元計算，每年安裝風機 200 台，每年新增 700 萬產值間接經濟效益上主要體現在減少停機時間、防止故障擴大化、計劃性使用備件占用資金三個方面。

根據 20 年內機組部件故障發生概率計算，每套在線監測系統運行 20年經濟效益約 68.8 萬元，其中防止故障擴大化方面創造的經濟效益約 65.14 萬元，例如該系統能夠及早發現齒輪箱故障，便可及時在機艙內進行維修處理，從而可以避免齒輪箱和發電機的快速失效或整體報廢；

除此之外，針對風電機組已發生或可能發生的偶發性重大故障，例如該系統能夠及早發現齒輪箱內齒輪故障，從而可以避免齒輪軸輪齒全部崩斷導致剎車失靈，最終造成機組飛車倒塔，避免經濟損失等於整台機組的價值約 600 萬元（按 1 台 1.5MW 機組估算）和機組重建時間內（按 3 個月計）停機發電損失約 40 萬元，共約計 640 萬元；針對老機型機組備件已經停產情況，該系統及早發現故障，可提前定製該備件或提前維修處理，縮短備件等待時間最長可達 2~3 個月，避免停機發電損失約 15 萬元（按照 1 台 600kW 機組估算）。

（二）社會效益

風電機組行星輪故障診斷技術研究填補了風電機組狀態監測中行星輪故障監測和診斷的應用空白，可直接轉化為風電場生產運行必要的狀態監測與故障診斷產品，實現產業化發展，同時，該項目的開發使現場維修模式從故障維修、定期維修發展到視情維修，降低了設備維修的盲目性，為現場設備的維修提供了科學依據，能有效地提高了我國風電設備檢修技術水平及風電場生產運行管理水平。

三、技術要點

1． 本項目針對傳統階次分析技術，針對風電機組齒輪箱多旋轉軸的情況，提出了不同軸間轉速的精確階次映射算法，可以有效處理轉速非穩定振動信號，提升階次分析的準確性；

2． 傳統的階次分析技術對硬件裝置的依賴性較強，需要提供轉速脈衝信號，為了彌補這種缺陷，提出了基於自動搜峰瞬時頻率估計的自適應多階比分析技術。

3． 針對傳統的時域同步平均技術（TSA）只適應於恆轉速的情況，對變轉速的風電機組齒輪箱振動信號，提出了基於時標的變轉速時域同步平均算法，消除了由於轉速不穩定而帶來的頻譜的混疊現象，有效降低振動噪聲，提升了行星輪振動信號的質量；在 TSA 技術的基礎上，結合殘差處理、差分處理研究了一系列時域特徵值的提取方法及其性能，通過時域特徵的捕捉能準確進行行星輪輪齒損傷故障的判定。

4． 針對行星輪軸承信號微弱的特點，提出了改進的能量算子包絡解調算法，改進了傳統希爾伯特包絡算法的端點效應現象，有效提升了對於行星輪軸承故障的診斷性能；

5． 提出了基於包絡解調隨機共振和 CEEMD 故障診斷算法，實現了噪聲背景下機械故障信號微弱特徵的提取；

6． 結合譜峭度分析技術，提出了基於譜峭度的自動窄帶包絡算法，峭度對衝擊信號特別敏感,解決了軸承信號的特徵信號提取問題。

四、應用前景

風電機組行星輪故障診斷技術研究的完成填補了集團風電場振動分析故障診斷在齒輪箱行星輪系的空白，直接轉化為了風電場生產運行必要的狀態監測與故障診斷產品 ZNW-3000，實現產業化發展，同時，該項目的開發使現場維修模式從故障維修、定期維修發展到視情維修，降低了設備維修的盲目性，為現場設備的維修提供了科學依據，有效地提高了我國風電設備檢修技術水平及風電場生產運行管理水平。