风电齿轮箱健康状态远程监测系统

张士雄

摘要：风电齿轮箱是风力发电机组中非常核心的部件，同时也是风电机组中容易发生故障的部件。对风电齿轮箱健康状态实行远程监测，并及时发送维护预警信息，这样对风电齿轮箱部件的二次损坏有防止作用，降低维护成本具有非常重要的意义。风电齿轮箱在进行具体的运行过程中，各種传感器的数据值是以系统的方式，并以此作为基础条件从而构件相对较多的信息融合评价机制，通过相应的评价机制能够对各种健康状态得分情况进行实时的监控，健康状态在得分相对较低的情况下，可以通过GSM网络信号以及手机短信的方式发送远程维护预警信息，为了能够使单一传感器报警阈值的误报现象得到有效的避免，使维护预警信息准确性得到明显的提升。疲劳寿命台架试运行所得到的研究结果表明，该项系统的应用，可以对风电齿轮箱健康状态进行有效的监测，预警准确性高，因而具有非常好的应用前景。

关键词：风电齿轮箱;健康状态评价;远程监测;系统

在低碳能源发展中，发电技术非常快的是风电。随着风电机组使用寿命的不断增长，机组产生的故障越来越多，维护所应用到到的成本也相应的增加的增加，使用风电机组的运行维护是目前需要解决的重要问题之一。风电齿轮箱是风力发电机组中非常重要的核心部件，主要的功能是将风轮在风力作用下，将产生的动力有效的传递给发电机，并采取“增速降扭”，以此来满足发电机动力输入端的转速转矩要求。风场运行的有关数据表明，风电齿轮箱是风电机组中故障率发生最高的部件，同时也是导致停机时间和维修费用相对比较高的故障。因此，对风电齿轮箱健康状态进行实时评估，以及及时发送维护预警信息，能够有效的防止部件的二次损坏，从而能够使维护成本得到有效的降低。

一、风电齿轮箱监测系统的基本概述

风电齿轮箱运行状态在进行具体的监测过程中，一直以来都是国内外研究的重点对象。C.philip提出了基于模型，采取的是非线性系统识别技术，而风电齿轮箱状态监测系统是以此作为基础条件来进行有效的应用。H.W.Qin主要是应用发射技术，然后设计出一种状态监测与故障识别系统，这样系统的应用是从早期的初始缺陷中的能量损失，以及作为判断的依据来对风电齿轮箱的早期故障进行预警[1]。Y.N.Qiu基于SCA-DA系统，然后是构建系统模型，之后以该模型作为基础条件，对风电齿轮箱故障系统进行有效的判别，最后通过多种振动小号中低频信号对风电齿轮箱的健康状态进行实时的监控。盛迎新通过对振动领域进行分析，以及振动领域中的频谱分析和包络谱分析，从而以此为基础开发了风电机组在线振动监测系统，进而能够有效的将风电机组传动部件的故障以及损失进行诊断。郭鹏通过对非线性状态估价方法的应用，从而构建了齿轮箱能够正常故障的温度模型，并对温度进行预测。

通过以上所述，尽管部分齿轮箱运行状态的监测得到了很好的实现，但是传感器信息融合下的健康状态评估、远程预警信息发送等诸多方面依然存在很大的局限性。因此，需要对风电齿轮箱设计运行健康状态远程监控系统，采取有效的针对性措施进行合理的改进，从而能够达到实际需求[2]。

二、风电齿轮箱健康状态评价机制的合理设计

（一）风电齿轮箱传感器系统的基本概述

风电齿轮箱具体上而言是机械传动系统，主要的组成部分是，齿轮、轴、轴承、箱体组成，产生故障的主要原因有，部件之间的相对运动，从而导致有磨损现象的产生，以及部件产生变形的现象，还有就是润滑不良等现象产生，主要是由温度、压力、振动等比较明显的特征表现出来，因此，风电齿轮箱通常情况下都会安装温度传感器、压力传感器、压差传感器等，从而能够在具体的运行状态中对传感系统进行有效的监测。

通常情况下，风电机组控制中心会在风电机组进行具体的运行过程中，对风电齿轮箱上的传感器数值进行实时的收集，同时与正常数值的有效范围进行良好性的比较，在有异常现象出现时必须要进行停机维护[3]。但是在具体情况下，风场负荷会产生一定的变化，从而使风电齿轮箱运行过程中，会有单个传感器的数值会超出额定的范围而使误报的现象产生，进而对风电机组的正常运行产生非常重要的影响。

（二）健康状态下实时评价所应用到的具体方法

针对上述（1）中所出现的各种问题，在对齿轮箱传感器基础不产生额外的增加过程中，通过对齿轮箱运行过程中各种传感器数值的有效利用，然后应用加权评分法对齿轮箱运行健康状态的具体评估情况进行有效的分析，从而使故障所具有的准确性得到明显的提升。

三、系统台架运行试验

由于风电齿轮箱健康状态远程监测系统，在最后的应用过程中，需要与风电齿轮箱实行配套安装的方式[4]。因此，需要在可靠性、安装空间等采取进一步优化措施。为了能够满足风电齿轮箱健康状态监测的实际需求，必须要通过反复的验证，所以需要在风电齿轮箱疲劳寿命试验台架上安装健康状态监测系统的样机。与此同时还需要安装巡检显示器，从而使系统中的数据能够得到显示和准确无误的记载。

结束语：风电齿轮箱健康状态远程系统，能够将多种传感器数据进行一定程度上的集中，以及有效的采集、储存以及对健康状态评分，然后通过手机GSM网络远程发送维护预警信息，从而使野外安装的风电机组中部件的运行监测难题能够得到有效的解决，所应用到的成本非常的低。风电齿轮箱疲劳寿命台架试运行的最终实验研究结果表明，监测系统监测系统能够做到精确度非常高的将风电齿轮箱运行状态与预警信息维护发送，鉴于该项系统的应用具有非常多的优点，所以非常的具有工程应用前景。

参考文献：

[1]孙新田，刘仕民，于力强， 等.风机预测维护系统在东辛营风电场故障诊断中的应用[Z].河北建投新能源有限公司东辛营风能分公司.2013.

[2]浙江大学.一种基于GPRS的风电齿轮箱远程监测诊断方法：CN201510098192.9[P].2015-07-08.

[3]中国长江三峡集团公司， 华北水利水电大学， 中国水利水电科学研究院.基于振动和油液的风电机组在线状态监测与健康评估系统及方法：CN201510433298.X[P].2015-10-14.

[4]中国长江三峡集团公司， 华北水利水电大学， 中国水利水电科学研究院.基于振动和油液的风电机组在线状态监测与健康评估系统：CN201520534542.7[P].2015-11-18.