兆瓦級風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷研究

【摘要】：近年來全世界風(fēng)力發(fā)電裝置迅速增加,風(fēng)電機組的事故發(fā)生率也在上升。隨著事故率的上升,風(fēng)電機組可靠性的問題越來越突出。安裝在風(fēng)電機組塔架頂部的齒輪箱使用壽命短,經(jīng)常不到5年就需要更換；發(fā)電機也存在基礎(chǔ)破裂、電路短路、滑環(huán)接觸不良、轉(zhuǎn)子過熱引起火災(zāi)；塔架破裂以致倒塌等。由于大型風(fēng)電機組的傳動鏈部分工作在幾十米高的塔架上方,風(fēng)電機組的維修所造成的發(fā)電量的損失及部件更換的費用極高。因此在兆瓦級風(fēng)電機組上應(yīng)安裝狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備,通過監(jiān)測機組部件的運行狀態(tài),完成機組部件的故障診斷,制定合理的維修決策,實現(xiàn)風(fēng)電機組的安全運行。 本文在建立SUT-1000兆瓦級風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的過程中做了下列工作： 首先塔架的振動特性影響風(fēng)電機組的穩(wěn)定運行,要排除機組共振,就要使塔架的固有頻率避開外界激振頻率。因此,建立了葉片揮舞與塔架前后彎曲振動相耦合的機組振動模型,利用輪轂變形和塔架機艙變形的一致性條件,將葉片輪轂動力學(xué)方程和機艙塔架動力學(xué)方程聯(lián)立,獲得風(fēng)輪轉(zhuǎn)子/塔架系統(tǒng)的動力學(xué)方程,并通過對該方程進(jìn)行解耦分析得到了機組的振動模態(tài)。從理論上給出塔架系統(tǒng)的共振頻率的變化范圍及塔架的幾何尺寸對塔架系統(tǒng)頻率的影響,為風(fēng)電機組的狀態(tài)監(jiān)測及塔架的優(yōu)化設(shè)計工作奠定了基礎(chǔ)。 針對風(fēng)電機組的結(jié)構(gòu)特點和運行機理,確定了機組傳動鏈和塔架系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測方案。采用16個振動沖擊復(fù)合傳感器采集傳動鏈的故障信息,采用2個雙向振動加速度傳感器采集塔架系統(tǒng)的故障信息。利用廣義共振原理及共振解調(diào)技術(shù)進(jìn)行故障信號的提取。在故障診斷中采用主動診斷的方式,即將機械部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)帶入反映故障規(guī)律的數(shù)學(xué)模型中,得到機械部件的特征譜線,通過衡量該特征譜線的幅值來判別故障。 利用有限元對風(fēng)電機組的塔架、主軸、聯(lián)軸器進(jìn)行動態(tài)特性分析,采用6面體單元建立模型,得到各部件模態(tài)、應(yīng)力分布、位移,為狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的故障診斷和報警閾值的設(shè)定提供依據(jù)。 為實現(xiàn)機組穩(wěn)定運行,以軟件平臺計算得到的機組各部件固有頻率和狀態(tài)監(jiān)測得到的塔架系統(tǒng)固有頻率的結(jié)果為依據(jù),在控制器中增加陷波濾波器,旨在濾除與風(fēng)輪、塔架和傳動鏈固有頻率一致的外界激振頻率。根據(jù)風(fēng)電機組零部件的故障程度,綜合判定風(fēng)電機組運行狀態(tài),實現(xiàn)基于風(fēng)電機組故障信息的風(fēng)電機組的運行控制,合理安排維修計劃。 【關(guān)鍵詞】：狀態(tài)監(jiān)測 主動診斷 電子諧振器 共振解調(diào) 故障閾值
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 插圖或附表清單11-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究目的和意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 風(fēng)電機組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷的方法17-20
• 1.2.2 目前存在的問題和研究發(fā)展方向20-21
• 1.3 本課題的來源21
• 1.4 本論文的研究工作21-23
• 第二章 基于共振解調(diào)的兆瓦級風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測方法的研究23-40
• 2.1 廣義共振及共振解調(diào)技術(shù)23-25
• 2.1.1 廣義共振23-24
• 2.1.2 共振解調(diào)技術(shù)24-25
• 2.2 基于電子諧振器的共振解調(diào)技術(shù)25-35
• 2.2.1 復(fù)合傳感器設(shè)計25-31
• 2.2.2 共振信息的解調(diào)分析31-32
• 2.2.3 故障診斷軟件32-35
• 2.3 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計35-40
• 第三章 兆瓦級風(fēng)電機組傳動系統(tǒng)的故障診斷系統(tǒng)研究40-72
• 3.1 風(fēng)電機組的常見故障40-42
• 3.2 主動診斷模式42-45
• 3.3 故障診斷中的相關(guān)判據(jù)45-57
• 3.3.1 多階性判據(jù)45-47
• 3.3.2 邊頻判據(jù)47-51
• 3.3.3 半嚙譜判據(jù)51-57
• 3.4 軸承的故障診斷57-60
• 3.5 齒輪箱的故障診斷60-67
• 3.5.1 齒輪故障特征頻率計算60-61
• 3.5.2 齒輪箱故障診斷實例61-67
• 3.6 傳動軸的故障診斷67-72
• 第四章 塔架狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)研究72-93
• 4.1 風(fēng)電機組的穩(wěn)定性分析72-80
• 4.1.1 機組振動模型的建立72-76
• 4.1.2 機組的穩(wěn)定性分析76-80
• 4.2 塔架狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷80-91
• 4.2.1 塔架狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的建立80-82
• 4.2.2 機組塔架系統(tǒng)故障診斷報警閾值的確定82-84
• 4.2.3 機組塔架系統(tǒng)固有頻率的監(jiān)測84-91
• 4.3 小結(jié)91-93
• 第五章 基于狀態(tài)信息的機組運行控制方法的研究93-103
• 5.1 風(fēng)電機組控制系統(tǒng)的阻振功能設(shè)計93-98
• 5.1.1 變速變距型風(fēng)電機組控制系統(tǒng)93-95
• 5.1.2 機組的諧振點分析及陷波器的設(shè)置95-98
• 5.2 風(fēng)電機組的運行狀態(tài)98-100
• 5.3 基于狀態(tài)信息的機組運行控制100-103
• 第六章 結(jié)論103-105
• 參考文獻(xiàn)105-109
• 附錄A 監(jiān)測設(shè)備技術(shù)參數(shù)109-112
• 附錄B 主軸的靜強度分析112-114
• 附錄C 風(fēng)輪轉(zhuǎn)子/塔架系統(tǒng)的動力學(xué)方程114-119
• 附錄D 1MW機組塔架靜強度分析119-125
• 在學(xué)研究成果125-126
• 致謝126

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