专利名称：基于振动等效幅值风力发电机组传动链定量故障检测方法
技术领域：
本发明涉及风力发电机组传动链故障检测领域，具体涉及一种基于振动等效幅值风力发电机组传动链定量故障检测方法。
背景技术：
我国风力发电迅猛发展，截止2010年底，新增装机达1600万千瓦，累计装机容量达到4182. 7万千瓦，首次超过美国，位列全球第一。由于特殊的结构及运行方式，风力发电机组不但受随机的空气动力载荷、惯性力、不同运转状态导致的载荷等外部环境对运行状态的叠加；而且其内部是集机械、电子、电气、液压于一体的复杂机电系统。运行环境恶劣、 机舱离地较高、自动化程度高、结构复杂、价格昂贵，风力发电机组，特别是传动链，一旦发生故障或损伤，将造成巨大经济损失，甚至可能引发灾难性事故。现行的结构和机械振动标准所涉及的振动都是由机器本身产生且直接作用于机器零部件，对于外部激励对机器的振动影响没有考虑在内，而风力发电机组受随机的空气动力载荷、非对称气流、惯性力、不同运转状态导致的载荷等外部环境对运行状态的叠加，这使得现行的结构和机械振动评估方法不适用于风力发电机组。风力发电机组传动链主要包括风轮、主轴、增速齿轮箱与发电机，直驱型不包括增速齿轮箱。作为风力发电机组的主要组成部分，其可靠性直接关系到风力发电机组的安全可靠运行。由于缺少一套合适的理论指导风力发电机组故障检测，目前仅靠人工定期维护及事后检修，这使得风力发电机组的维护费用居高不下。对于工作寿命为20年的机组，运行维护成本估计占到风场收入的10% 15%左右；对于海上风场，用于风力发电机运行维护的成本高达风场收入的20% 25%左右。风力发电机组独特的变转速运行特性，复杂的工况，行星齿轮增速箱更是由于级联的出现，故障特征交叉影响、多特征耦合，导致运行状态的确切判定、故障的准确定位有一定难度。时域指标分析方法简单、快捷，是实现在线报警的良好选择；但目前还没有一套合适的理论来指导时域报警阈值的选择问题，很难对风力发电组传动链状态分级，更谈不上预防性维护指导。因此，挖掘、研究合适的评估参量、基于测试分析确定合理的报警阈值，提高风力发电机组可用性与可维护性，减少非计划性停机时间、提高经济效益，预防重大事故发生，具有重要工程应用价值。
发明内容
本发明的目的是提供基于振动等效幅值的风力发电机组传动链定量故障检测技术，用于指导风力发电机组传动链运行状态评估，保证风力发电机的安全运行、减少非计划停机时间，避免恶性事故的发生，提高经济和社会效益。本发明主要针对陆上非直驱型风力发电机组的传动链，具体部件包括主轴、齿轮箱及发电机，提供科学有效的安全评估方法。 根据该方法可以对风力发电机组维护、检修计划的安排调整给出指导性建议。本发明的技术方案是这样实现的针对输出功率不超过IMW陆上非直驱型风力发电机组；测试条件为风力发电机组正常运转情况下，不少于名义输出功率的20%的生产运行模式进行并网测试，该方法包含如下步骤1)使用加速度传感器，对发电机前轴承、发电机后轴承、主轴轴承、行星齿轮增速箱齿圈、行星齿轮增速箱低速轴轴承、行星齿轮增速箱中间轴轴承、行星齿轮增速箱高速轴轴承，这七处水平与垂直振动进行测量；特别地，这七处的振动频率分析阈值分别为发电机前轴承、发电机后轴承的振动频率不超过5000Hz，主轴轴承的振动频率不超过10Hz，行星齿轮增速箱齿圈的振动频率不超过10Hz，行星齿轮增速箱低速轴轴承、行星齿轮增速箱中间轴轴承、行星齿轮增速箱高速轴轴承的振动频率不超过5000Hz ；2)对所采集的水平与垂直振动信号a (t)，单位为g(9. 8m/s2)，按以下方法进行处理
权利要求
1.基于振动等效幅值风力发电机组传动链定量故障检测方法，其特征在于，针对输出功率不超过IMW陆上非直驱型风力发电机组；测试条件为风力发电机组正常运转情况下， 不少于名义输出功率的20%的生产运行模式进行并网测试，该方法包含如下步骤1)使用加速度传感器，对发电机前轴承(1)、发电机后轴承O)、主轴轴承(3)、行星齿轮增速箱齿圈G)、行星齿轮增速箱低速轴轴承(5)、行星齿轮增速箱中间轴轴承(6)、行星齿轮增速箱高速轴轴承(7)，这七处的水平与垂直振动进行测量；这七处的振动频率分析阈值分别为发电机前轴承(1)、发电机后轴承O)的振动频率不超过5000Hz，主轴轴承 (3)的振动频率不超过10Hz，行星齿轮增速箱齿圈(4)的振动频率不超过10Hz，行星齿轮增速箱低速轴轴承(5)、行星齿轮增速箱中间轴轴承(6)、行星齿轮增速箱高速轴轴承(7)的振动频率不超过5000Hz ；2)对所采集的水平与垂直振动信号a(t)，单位为g(9. 8m/s2)，按以下方法进行处理
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤幻发电机前轴承(1)、发电机后轴承O)、主轴轴承(3)、行星齿轮增速箱齿圈G)、行星齿轮增速箱低速轴轴承(5)、行星齿轮增速箱中间轴轴承(6)、行星齿轮增速箱高速轴轴承(7)，这七处振动不合格状态可细分为发电机前轴承(1)、发电机后轴承O)的故障检测指标H1大于1. Ig小于1. 7g且H2大于6时振动状态不合格，应密切关注、预警讽大于1. 7g且H2小于4时振动状态差，报警； H1与H2其它值时状态异常，需定期检测，主轴轴承(3)的故障检测指标H1大于0. 04g小于 0. 06g且H2大于6时振动状态不合格，应密切关注、预警讽大于0. 06g且H2小于4时振动状态差，报警讽与H2其它值时状态异常，需定期检测，行星齿轮增速箱箱齿圈的故障检测指标H1大于0. 04g小于0. 06g且H2大于6时振动状态不合格，应密切关注、预警讽大于0. 06g且H2小于4时振动状态差，报警讽与H2其它值时状态异常，需定期检测，行星齿轮增速箱低速轴轴承(5)、行星齿轮增速箱中间轴轴承(6)、行星齿轮增速箱高速轴轴承 (7)的故障检测指标H1大于0. Sg小于1. 3g且H2大于6时振动状态不合格，应密切关注、预警讽大于1. 3g且H2小于4时振动状态差，报警讽与H2其它值时状态异常，需定期检测。
全文摘要
本发明公开了一种基于振动等效幅值风力发电机组传动链定量故障检测方法，分析评估风力发电机组传动链运行状态，适用于陆上非直驱型风力发电机组。本方法基于风力发电机组特有的变转速运行方式、复杂的承载状况，针对传动链研究并设计了一组评估参量故障检测指标1与故障检测指标2；经过测试分析、计算统计对传动链振动状态进行了分级并确定了相应的阈值。本发明的有益效果是通过使用该定量故障检测方法可以确定故障部位并进行预警或报警，对风力发电机组维护与检修计划的安排调整给出指导性建议，减少非计划停机时间、提高风电场经济效益与社会效益。
文档编号G01M7/02GK102305714SQ20111021242
公开日2012年1月4日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者何正嘉, 刘晓枫, 李继猛, 樊晓华, 程航, 陈雪峰 申请人:北京汉能华科技有限公司, 西安交通大学