引言：我国自2015年起开始使用风电机进行风能进行发电，为社会发展做出了极大的经济效益。近几年风力发电机组的单机容量在持续增大，同时风电机场的迅速发展也使得人们对风电场发电的稳定性要求更高，而我国大批量的新型风力发电机组，其仅仅是匆忙的投入到规模化生产运行中，在短时间内却无法准确的校验其机组质量，更难以考察运行的可靠性，增加了技术生产风险以及机组的不正常运行，导致其经济风险不断地增加，加之风电场所处在的环境和气候条件相对较恶劣，也会导致故障的大批量出现。为此，需要对风力发电机组的振动状态进行及时的监测。

一、工程概况

重庆黔江麒麟风电场项目场址位于黔江区水市镇、濯水镇、阿蓬江镇、鹅池镇等区域，本项目拟分两期进行开发建设，如下图1所示。其中一期装机规模70MW，拟安装14台GW191-5.0MW风力发电机组，二期拟规划装机49.5MW。风电机组基础采用现浇钢筋混凝土圆形扩展基础，以天然地基作为持力层。基础与塔筒底部采用预应力锚栓连接的方式。场区地形为山地，风力发电机安装场地由开挖填筑整平而成。根据吊车对安装场地的要求及场地布置的需要，并参考类似工程经验，设计安装场地尺寸初拟为50m×60m。每台风力发电机配置一台35kV箱式变压器，箱式变压器基础采用天然地基混凝土筏板式基础，初拟基础平面尺寸为5m×4m，埋深2.0m。风力发电机组配有如下保护和检测装置：温度升高保护、过负荷保护、低电压保护、电网故障保护、发电机超速和转轴超速、振动超限保护和传感器故障保护等。保护动作后，跳开发电机出口断路器。风力发电机组配置低电压穿越功能，风电机组具有在并网点电压跌至20%额定电压时能够保证不脱网连续运行625ms的能力；风电场并网点电压在发生跌落后2s内能够恢复到额定电压的90%时，风电机组能够保证不脱网连续运行；风电机组应具有必要的高电压穿越能力，在并网点电压在0.9～1.1倍额定电压（含边界值）内时能正常运行。箱式变压器配置过流保护、过负荷保护及非电流保护，保护作用于高、低压侧断路器跳闸。

图1重庆黔江麒麟风电场项目地理位置图

二、风电场计算机监控系统

1.监控系统

风电场监控系统由风电机组、110kV升压站两个监控子系统组成，两个子系统均采用计算机监控方式，在升压站网络上通过通信服务器互联。风电场风电机组监控系统专供风电机组的自动监视和控制，并由风电机组厂家成套提供。风力发电机组正常采用集中监控方式，由中控室运行人员通过风力发电机组计算机监控系统的人机接口，对风电场内所有风力发电机组进行集中远方监视和控制。在每台风力发电机的现地控制柜上，运行人员可通过控制柜上的人机接口对风力发电机组进行现地监视和控制。在风力发电机组运行过程中，控制柜能连续监视风力发电机的转速，控制制动系统使风机安全运行。现地控制系统不依赖于集中监控系统，在集中监控系统发生故障时，现地控制系统能够继续控制风机并保证风机的正常运行。风电机组监控系统能实现风机的有功/无功自动控制，接受升压站计算机监控系统、上级调度部门的调度和控制，确保风电场有功功率、无功功率和并网点电压符合调度部门要求。考虑风力发电机组故障、检修以及电网故障，将常规检修安排在小风月，根据目前风力发电机的制造水平和本风电场的实际情况，拟定风机利用率为96%。机组厂家对风力发电机组功率曲线的保证率一般为95%，因此，计算发电量时风电机组功率曲线折减修正系数考虑为95%。

2.机组参数

根据机组招标结果，在本次风电场的建设过程中，目标机型为东方电气DEW200-5.5MW机型，塔筒高度为115m。风机主要特征参数见表1。

表1机型风电机组主要特征参数

由风机厂家提供的DEW200-5.5MW机型场区空气密度下（1.049kg/m3）下的功率曲线和推力系数如下图2所示：

图2 DEW200-5.5MW机组场区空气密度下投标保证功率曲线

三、风力发电过程中存在的问题

1.齿轮箱

风力发电机组的机械故障大多数情况下都是由于振动所造成的。例如，在齿轮箱内部存在着润滑效果不佳这一问题，会使得齿轮在旋转咬合时受力不均，进而产生振动，引发风机出现故障。轴系和发电机也属于转动或高速旋转中的常见部件，由于在使用时很容易出现生产误差，进而导致其装配效果不佳，均会产生振动，直接影响到了轴承的支撑，使得其自身产生疲劳效果，影响到风力发电机组的寿命，导致其使用故障在不断增加，齿轮箱的故障在使用时主要包括了以下几个原因：第一，由于在实际安装或者使用过程中产生输入输出轴的不对中，进而导致联轴器发生错位，输入输出的轴承也会呈现明显的磨损现象。第二，由于齿轮箱内部存在润滑不良，进而导致齿面磨损，无论是输入或是输出机轴承润滑效果不好，都会导致轴承在使用过程中出现过早被磨损这一现象。第三，由于大气温度相对较低，在进行使用时润滑剂并没有得到适当的加热，进而导致其呈现凝固状态，进而导致润滑表面效果不佳，在使用时表面会出现磨损严重的这一情况。第四，由于在高温环境下润滑脂的散热效果不好，经常会出现过热现象，导致润滑脂在使用时出现提前失效这一种情况，甚至会损坏机械表面，这些都会影响到齿轮箱的正常工作，甚至阻碍功率的传递，产生噪声对齿面而言会带来严重的磨损或是断裂现象。轴承内外圈的滚珠会出现损坏，直接缩短了齿轮箱在使用时的工作寿命，在情节严重时会迫使风力发电机组在使用过程中出现停机故障。

2.轴系故障

轴系故障也是当前风力发电机组在进行振动监测过程中常见的故障之一，轴系故障出现的原因包括低速轴和高速轴。低速轴把机械能传递给齿轮箱，由齿轮箱带动高速轴进行旋转，在这一阶段会导致发电机的转子转动，发出电能，低速轴和高速轴则采用轴承进行工作交替。通过联轴器与其他部件之间进行有效的连接，如果低速轴，高速轴在连接过程中其连接处存在轴线不对中产生偏差，在实际运转时就会产生极大的扭力，迫使联轴器和低速轴，高速轴均在这一阶段发生形变，会引发明显的轴承力疲劳，甚至出现断裂现象。

3.发电机故障

风力发电机组在实际使用时，利用发电机可以将机械能快速地转化成为生活生产所需要的电能。为此，发电机输入端吸收机械能，通过转子的旋转输出电能反馈到电网，在整个过程中也会出现发电机的输入端存在对中问题，当发电机的运动一旦超过既定的额定转速就会损坏其转子以及定子线圈。如果转子和定子线圈的绝缘性能相对不好，也会导致线圈在使用过程中出现短路现象，直接影响到线圈的发电，其发电效果无法得到提升。在分析上述故障时能发现其大多数情况下都是由于风力发电机大组件损坏而导致的振动引发故障。大部件故障在进行处理时所消耗的时间相对较长，并且故障过程相对较为繁琐，需要对振动进行在线监测，降低其出现故障的概率，节约经济成本。

四、风力发电机组振动监测技术应用与实践

1.智能化技术的应用

目前风力发电机组振动监测技术的应用已不再是少数高端机组的专属配置，而是逐渐普及到各类型、各规模的风电场中。通过实时监测风机关键部件的振动情况，及时地发现潜在故障，有效避免了由于故障停机带来的经济损失。特别是在大型风力发电机组中，振动监测技术的应用更为普遍，成为确保机组长期稳定运行的关键技术之一。在监测精度与稳定性方面，我国风力发电机组振动监测技术取得了显著进步。现代化的振动监测系统不仅具备高精度的数据采集能力，还能通过先进的算法对采集到的数据进行深入分析，准确识别出风机运行中的异常振动信号。风机系统的稳定性和可靠性也得到了大幅提升，可以实现在恶劣的环境条件下持续稳定地运行，为风电场提供可靠的监测服务，这些技术进步也为风电场的安全运维提供了有力保障。加之随着智能化技术的不断发展，我国风力发电机组振动监测技术也开始向智能化方向迈进。一些领先的企业已经成功研发出智能化的振动监测系统，能够自动分析数据并提供预警功能。这些系统能够实时监测风机的振动情况，一旦发现异常振动信号，立即触发预警机制，将预警信息实现实时推送给运维人员。运维人员可根据预警信息迅速定位故障源并采取相应措施进行处理，这种方式极大限度地缩短了故障在处理时所消耗的时间，并降低了故障对机组运行本身所带来的影响。这种智能化的振动监测技术不仅提高了风电场的运维效率，还降低了运维成本，满足电力企业发展需求，增强经济效益。

2.系统构成

当前在使用风力发电机组进行振动状态在线监测时，首先要准确的获得风力发电机组的状态信息，并且采用多种不同的有效手段进行信号的传输，快速的获取信号，但是受到了工程项目本身成本和技术等多方面的限制，不能采用众多传感器。为此，需要对监测传感器的布置进行充分的优化，制定风力监测状态方案，能够确保在进行监测的过程中，其监测质量得以提升，可以获得反应状态的最优解，提高监测管理的整体质量。在进行在线振动状态监测系统使用时，系统的构成是尤为重要的一部分，振动监测系统是指风力发电机组预先选定的位置安装振动传感器以及转速传感器。不同的传感器其所采集到的信号不同，通过传感器将信号采集到编织屏蔽电缆中，并接入智能采集单元，可以在获得数据后第一时间进行处理，而处理完的数据利用无线网络发送到事先装有分析软件的服务器中。用户可以通过登录服务器的方式观察运行数据，可以更好地对风力发电机组的使用状态进行实时的监测，并且提高其运营监测的整体效果。

3.测点布置

风机电组在使用过程中想要提高在线振动监测系统的整体使用效果，需要做好测点的布置，而在进行测点布置时需要遵循以下原则：第一，所有的站点均需要反映出该位置震动的真实情况。第二，需要尽可能的靠近轴承的承载区，风机组机械传动部分则需要由多个不同的轴承组成，包括了主轴，齿轮箱，发电机等等，而各个不同部分的轴承则需要明确其位置的安放以及振动方式，加快整个轴承的速度传感，并且提高加速度信号的使用效果。目前需要在主轴叶轮端安放转速传感器以及采集组，明确采集机组的转速信号，根据各个部件的转速不同需要设定相应的采样率，可以实现对各个不同部件进行振动数据的采集。在进行采集时也需要了解到采集周期存在一定的区别，可以将其分为实时数据和波形数据，其中实时数据的存在的主要目的是进一步的反映所有部件在振动时的振动状态，以及时域振动指标。传感器采集到的振动数据能够直接快速地传至采集仪。通过电缆传输则可以由原本的机舱顶部传至机舱底部，利用机组备用光纤能够将其传至主控室现场，并且明确其服务器的使用效果。最后，利用互联网信息技术直接将所获得的数据上传到诊断中心服务器，并对其进行记录。

结语

综上所述，风机振动监测一直以来都是风机状态检测过程中最重要的组成部分，其与风机故障可谓是密切相关，而通过监测风机关键部位的振动情况，可以更好地掌握风机在运行时的整体运行状况，同时也可以判断该部件在运行时是否处于良好运行状况。在进行分析故障诊断时可以通过多种不同的方式，无论是在线振动监测或是以齿轮箱为重点进行监测，其均可以提高监测的整体效果，满足风电场在建设发展时的实际需求。

参考文献：

[1]石港,王伟,雷志鹏,等.风力发电机组状态监测与故障诊断研究综述[J].山西电力,2023,(01）:43-46.

[2]张利慧,李晓波,俎海东,等.风力发电机组滚动轴承故障振动诊断方法综述[J].内蒙古电力技术,2022,40(03）:7-12.

作者简介：马江（1990.05—），男，汉族，四川广安人，成都大学电气工程及其自动化专业，中级工程师，本科学历，研究方向：电气工程及其自动化、机电管理

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