风电机组状态检测技术
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风电机组状态检测技术
发布时间：2022-08-17T07:50:31.558Z 来源：《福光技术》2022年17期 作者： 林裕田
[导读] 风能是一种绿色、可再生能源，在很大程度上可以解决发电产生的环境污染问题，风电机组作为风电场运行的核心装置，由于通常地处沿海区域或恶劣环境、交通不便的偏远郊区，且机舱一般位于离地面上百米的高空，因此，给风电机组日常运行维护造成一定难度。
为尽量避免风电机组故障造成停机，而带来的巨大经济损失，需要应用状态检测技术对风电机组的运行状态进行实时检测，进而确保整个
机组的运行安全。
林裕田
福建省东山澳仔山风电开发有限公司 福建省东山县 363400
摘要：风能是一种绿色、可再生能源，在很大程度上可以解决发电产生的环境污染问题，风电机组作为风电场运行的核心装置，由于通常地处沿海区域或恶劣环境、交通不便的偏远郊区，且机舱一般位于离地面上百米的高空，因此，给风电机组日常运行维护造成一定难
度。为尽量避免风电机组故障造成停机，而带来的巨大经济损失，需要应用状态检测技术对风电机组的运行状态进行实时检测，进而确保
整个机组的运行安全。
关键词：风电机组；状态检测技术
1风电机组
风电机组一般指风力发电机组，风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电
池组等组成。
2风电机组状态检测技术
2.1模态状态检测
风电机组模态检测包括整机模态检测、齿轮箱模态检测和塔架模态检测。运行模态分析作为风电机组结构损伤的检测方法，是通过测量运行模态参数相对于正常值产生的变化来识别机组的损伤。风电机组塔架模态测试所需传感器为低频速度传感器，在塔架的3层平台上分
别布置传感器，对机组塔架的固有频率阻尼情况以及振动形式等进行数据收集与相应的设计数值相比，在测试的过程中，测试结果均处于
正常的范围内，就说明发电机组的塔架没有发生共振现象。
2.2载荷状态检测
风电机组载荷测试系统中，机械载荷量的测试主要包括叶轮根部挥舞和摆振弯矩测试、偏航和俯仰力矩测试、主轴扭矩测试、塔底弯矩和扭矩测试；电气量的测试主要包括风电机组有功功率和无功功率等；气象量的测试主要包括轮毂中心高度处风速、风向、温度和气压
等；其它量包括桨距角、叶轮转速等。依据相关标准和风电机组工作特点，在机组瞬态和稳态条件下，采用电阻应变片作为测试设备的传
感器，连接应变电桥和数据采集装置，可采用有线和无线传输的方式进行测试后的数据分析。一般测试风电机组的叶片根部相互垂直方向
的弯矩、偏航和俯仰力矩、主轴和塔架的扭矩和弯矩等。根据测得的应变计算应力，剔除无效数据，通过雨流计数法得到载荷谱，最后结
果为等效载荷谱，通过软件计算得到机组的实际极限载荷。
2.3油液状态检测
目前所使用的油液检测技术主要有在线检测以及离线检测等两种不同的方式。离线检测，主要是负责检测的工作人员通过采集风电机组上的润滑油以及润滑脂，然后利用光谱分析仪在实验室中进行相应的检测，而在线检测技术主要是通过对齿轮箱中底部的润滑油进行过
滤，然后安装相应的金属颗粒检测设备，通过在线技术进行设备的检测，由于在线油液检测技术需要添加相应的检测设备，因此导致所需
要的经费过高，而由于检测的指标相对较少，目前在线检测技术的应用频率相对较低。在检测的过程中，主要使用的分析方法有以下几
种，首先是理化分析法，理化分析法的主要分析内容为黏度、闪电、水分以及黏度指数等，其评判的主要是是否油品存在误用问题或者油
品出现变质及污染现象等。其次是铁谱分析方法，铁谱分析方法主要是针对已经被磨损的金属颗粒的尺寸形状以及数量等进行相应的检测
和评判，其评判的主要目的是探究风力发电组相关设备的磨损，具体部位以及磨损的程度。再次是光谱分析技术，光谱分析技术的主要分
析内容是对磨损的金属的污染元素浓度进行相应的分析和检测，其主要的目的是保证能够对设备的磨损故障程度以及污染来源等进行分
析。最后是红外分析技术，通过红外线分析技术能够对硝化物、氧化物等化学物质的相对含量进行数据的分析，进而明确其油品的优劣程
度。最后是使用了污染分析的方法，通过这种方法，主要针对固体污染颗粒的数量等进行相应的分析，其主要的分析目的是明确油品的污
染程度以及风力发电组中设备的磨损程度。
2.4振动状态检测 风电机组振动检测技术主要用于检测风电机组传动链的运行状态。当风电机组变载荷运行时，齿轮箱振动能量会随着载荷的增加而增加。当风电机组变转速时，齿轮箱内部各部件转动频率、各齿轮间啮合频率及轴承故障特征频率会随之变化。针对风电机组传动系统结构
特点和变转速工作模式，对主轴承、轮箱内部齿轮和轴承及发电机前后端轴承进行振动数据采集；综合运用频谱分析、包络分析、小波分
析等信号分析方法，寻找振动信号中蕴含的机组传动系统各部件相对应的故障特征频率；结合机组运行工况，依据标准和故障特征频率来
综合评判风电机组传动链上关键部件的健康程度。该方法能够较好地识别机组传动链上齿轮和轴承故障，在实际应用中效果比较理想。
2.5性能状态检测
功率曲线是风电机组的设计依据，也是评估机组发电性能的重要指标。在风电机组设计、认证和使用过程中都涉及功率曲线。风电机组的功率曲线是机组输出功率随10min平均风速变化的关系曲线，通过实际测量的方式得到。风电机组功率曲线测量需要采集较长时间的连
续10min平均风速及平均功率、气压、空气密度、温度等，再换算成标准条件下的环境值，把风速换算成机组轮毂高度处的风速，对修正后
的数据进行分类统计，最后绘制机组功率曲线图。功率曲线测量评估过程如下。(1)按照标准选择主风向不受影响的机组，选择或者新建符
合标准要求的测风塔。(2)在测风塔安装气象采集设备，在机组安装功率及信号采集设备，保证设备精度能够达到标准要求。(3)按照标准筛
选数据，分析功率曲线、风能利用系数曲线、年发电量是否满足要求。(4)按照标准要求出具功率曲线验证报告。
2.6无损状态检测
无损检测普遍采用射线检测、超声检测、磁粉检测、涡流检测和渗透检测等5种常规检测技术。随着无损检测技术的发展，出现了声发射技术、红外检测、激光超声检测和金属磁记忆等新的检测方法。风电机组适用于无损检测的主要部件为叶片和塔筒。叶片主要采用红外
检测、超声检测和声发射检测。其中超声检测在叶片出厂检测中应用最为广泛。塔筒主要采用超声检测和金属磁记忆检测。
2.7防雷状态检测
风电机组叶片、导流罩、塔架、机舱、齿轮箱和发电机等部件需要进行防雷保护和定期检测。叶片是最容易遭受雷击的部件，叶片接闪器是机组综合防雷系统的关键.其拦截闪电并导走雷电流的能力可以说明机组的防雷性能，一般通过高压接闪试验和大电流接闪试验来评
价其防雷效果。塔架防雷一般是通过混凝土埋下引线，将雷电流导人大地来防雷。风电机组雷击部位主要集中在叶尖、轮毂和机舱尾部，
雷击后可能损坏的部件包括叶片、机舱罩、机舱内部件和控制系统。风电机组防雷检测主要包括接地电阻检测、土壤电阻率检测、塔筒和
控制柜接地检测、塔筒和机舱等电位检测、接闪器等电位检测。
3结束语
对风电机组进行状态检测能够掌握机组的健康状态及发电性能，以便及时制定维护维修策略和采取提升发电性能的技改措施、减少机组停机时间、避免重大故障发生、节省维修成本、提高机组发电能力。因此加强对其的研究具有重要的现实意义。
参考文献
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[2]王海明，李红刚，董志宝，师小玲，刘德林.基于PowerPC的风电机组在线振动状态监测系统设计[J].电子设计工程，2017，0(19)：170-173.
