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风力发电机组故障诊断系统研究(1)

北极星电力网技术频道    作者:佚名  2012/8/21 9:46:04   

  所属频道:  风力发电    关键词: 风电机组 齿轮箱 风电机组故障诊断技术

摘要:本文研究了风电机组故障诊断技术,提出了一种分布式层次化的风电机组状态监测故障诊断系统的设计思想,并运用C++语言,开发了基于Windows操作系统的风电机组状态监测故障诊断系统。介绍了系统的总体结构和功能、特点和主要实现方法。希望能通过状态监测故障诊断降低风力机运行维护成本,提高风力机的运行效率和可靠性,为风力机的结构优化和改进提供依据。

1 引言

中国风能资源十分丰富,它是一种干净的可再生能源,风能利用的主要方式是风力发电,风力机是风力发电的主要装置,是风电技术中的核心。经过20多年的发展,风力机的设计、制造己经不是难题,截止到2006年底,全世界的风电装机总量将近7500万千瓦,国内累计风电机组装机容量达到260万kW,目前,如何提高风力机的可靠性以及维持这些己安装机组的正常运行,成为摆在广人科技工作者面前的一项重要课题。

目前国内状态监测故障诊断技术在石油、化工、电力(主要指火电)冶金等行业得到了广泛的应用,并取得了非常好的效果。但该技术在风力发电领域的应用还处于探索阶段。新疆金风科技的国家风力发电工程技术研究中心与新疆大学联合,正在进行风力机组状态监测故障诊断方面的研究。

我国风电场中安装的风电机组多数为进口机组。随着运行时间的积累,发现在风力发电机组的液压、监控、机械传动等几大系统中齿轮箱的故障率是偏高的。

近年来,一批齿轮箱发生故障,有的风电场齿轮箱损坏率高达40~50%,极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎接近100%。这些齿轮箱有些由厂家更换,也有的由国内齿轮箱专业厂进行了修理。虽然齿轮箱发生损坏不仅仅在我国出现,全世界很多地方同样出现过问题,但在我国目前风电机组运行出现的故障中己占了很大比重,并且齿轮箱是更换维修最贵的部件之一(在德国的费用大约是60欧元每千比)。这已引起全世界的风电场和设备制造厂的高度重视,可见齿轮箱的状态监测与故障诊断已迫在眉睫。

本论文就风力机的故障诊断作一些探索性研究。希望能通过状态监测故障诊断降低风力机运行维护成本,提高风力机的运行效率和可靠性,为风力机的结构优化和改进提供依据。

2 风电机组齿轮箱结构及运行特征

过去小容量风电机组齿轮箱多采用平行轴斜齿轮增速结构,后来为避免齿轮箱造价过高、重量体积过大,500kW以上的风电机组齿轮箱多为平行轴与行星轮的混合结构。

1)由于我国有些地区地形地貌、气候特征与欧洲相比有特殊性,可能对标准设计的齿轮箱正常运行有一定影响。我国风电场多数处于山区或丘陵地带,尤其是东南沿海及岛屿,地形复杂造成气流受地形影响发生畸变,由此产生在风轮上除水平来流外还有径向气流分量。我国相当一部分地区气流的阵风因子影响较大,对于风电机组机械传动系统来说,经常出现超过其设计极限条件的情况。作为传递动力的装置一齿轮箱,由于气流的不稳定性,导致齿轮箱长期处于复杂的交变载荷作用之下。

2)在我国北方地区,冬季气温很低,一些风场极端(短时)最低气温达到-40℃以下,而风力机的设计最低运行气温通常在-30℃以上,个别低温型风力机最低可达到-40℃。如果长时间在低温下运行,将损坏风力机中的部件,如齿轮箱。因为当风速较长时间较低或停风时,齿轮油会因气温太低而变得很稠,尤其是采取飞溅润滑部位,无法得到充分的润滑,导致齿轮或轴承短时缺乏润滑而损坏。如果机舱温度也很低,那么管路中润滑油也会发生流动不畅的问题,这样当齿轮箱油不能通过管路到达散热器,齿轮油温会不断上升直至停机。

归结起来,我们可以分析在我国风电场经常发生齿轮箱故障可能主要有以下原因:

来源:电力论文网
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