兆瓦级风电机组传动系统的故障诊断系统研究

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1风电机组的常见故障风电机组的故障多发生在主轴、齿轮箱、联轴器、发电机、变桨距机构及塔架部位协。

1.1t轴故障现象：①主轴断裂；⑦主轴承座连接螺栓断裂。

故障原因：①主轴制造材料缺陷：制造中没有消除应力集中因素j齿轮箱损坏②连接螺栓质量不合格。

1.2齿轮箱故障现象：①主轴与齿轮箱连接处轴向窜动；②齿轮箱高速轴漏油：③高速轴轴承损坏；④高速轴上齿轮损坏；⑤行星架上行星轮轴向窜动，⑥齿轮箱轴向后移；⑦润滑系统高温。

故障原因：①齿轮箱行星架内孔精度低 ②密封结构设计不合理 油位过高③润滑不良；齿轮箱与电机轴不对中，齿轮轴承不匹配；④高速轴轴承损坏后齿轮轴倾斜，致使齿轮损坏：齿轮轴承不匹配；⑤行星轮定位螺钉松动、脱落；⑥机组起停的过渡过程中齿轮箱在其重力分离的作用下后移；⑦冷却系统堵塞(滤油器或风扇被堵)。

1.3联轴器故障现象：①联轴器振动。偏离原连接处；②摩片断裂。

故障原因：①高速轴与发电机轴对中不好；②安全罩刮损；高速轴与发电机轴对中不好。

1.4发电机故障现象：①电机后轴承保持架断裂；②机组在并网前主空开与箱变空开同时跳闸，③发电机前轴承温度高、损坏；④编码器传出的速度信号有误。

故障原因：①齿轮箱-发电机系统轴线没对准，轴的热膨胀不能释放；②发电机接线端子烧焦接线柱脱落；发电机集电环烧坏(可能雷击造成，也可能是在碳刷摩损不均造成)；③轴承缺少润滑油脂；高速轴与发电机轴不对中；④连接编码器与电机轴的连接失效。

1.5变桨距机构故障现象：机构中同步盘与拉杆连接的螺栓剪断。

故障原因：变桨距机构刚度低；同步盘与主轴中心线不同心。

1.6塔架故障现象：①地脚法兰连接螺栓断裂；②外表漆膜脱落故障原因：①承受剪应力过大；预紧力过大，塔架偏摆大。②运输问题t喷漆工艺问题-油漆质量问题。

2主动诊断模式对设备进行状态监测的目的就是要识别设备运行是否正常，如果认为己出现了故障，则要判断属于哪-类故障，故障的原因、性质和程度如何，因此设备诊断过程实际上是对设备运行状态的识别过程。从故障征兆识别故障原因，-般需要从学习和研究故障形成的理论和机理着手，利用领域专家的经验和知识。探求故障原因和征兆之间的关系。然而在实际工作中人们体会到，要利用监测到的某些信息和处理图像来识别故障，并不是-件轻而易举的事 由于设备产生的故障具有多样性、层次性、多因素、相关眭E、延时性以及模糊性等特性，因此它在诊断过程几个环节中是属于最困难的-项工作。为了在这些多因素的复杂关系中提高故障的识别能力，增加诊断的准确率，需要采用-些有效的故障状态识别方法。目前正在应用或研究的诊断方法有以知识和经验为基础的，有按-定的学习、推理方法提出来的，也有按不确定方式来描述的。

主动诊断法”为以理论公式为指导，以等速运行中的轴承的故障信号的周期性和频谱特征”为基矗根据几何学和运动学的理论，建立滚动轴承工作面上的损伤与冲击重复频率之间的数学关系，计算各类故障的冲击重复频率，借助于共振解调技术，对于多个同类故障，可以用归类诊断准则”进行归纳，从而使数学关系式充分地简化l对故障的共振解调信号的傅里叶变换，可以取得多阶性、确定性的，符合数学关系式的频率。正确地利用这种特殊的多阶性的频谱，能确定故障的有无、类型和大小；大量出现的、随机分布的同类故障，偶然均布的多个同类故障，它们的频谱的离散性、多阶陛以及它们的高阶谱与-阶谱的幅值等，相互之间均存在着特定的量值规律；而这些特征或数值规律又可以338 i科技 博览用来作为以理论公式为基础的共振解调频谱分析技术的指南。依靠故障轴承的共振解调频谱和有关的理论规律，可以主动地诊断轴承的故障状态。这就是主动诊断方法 。

在对故障的主动诊断中采用了五项诊断准则：多个同类故障的归类诊断准则、规则抽取准则、信号的定常生准则、各周历经性加权准则和固定方位不定性加权准则。

3故障诊断中的相关翔据3 1多阶性判据多阶性判据的基本原理：共振解调谱是由间隔相等(等于故障冲击的重复频率)的-组频谱构成，这就是共振解调频谱独有的多阶性-共振解调波的频谱是多阶的gvtt谱线。按照共振解调的基本原理”中的多阶性 l生质，按照多个同类故障归类诊断准则”的基本原理 于概率论-如果在同-个轴承或齿轮中有多个同类故障(内环的、外环的、滚动体的、轮齿上的)由于这些故障不可能大小相同，而又间距均匀；或者由于存在工作方位所致的载荷差异和信号传递途径的差异，它们引发的共振解调波形就不可能在频谱上各自独立，而是共同组成-个波形集合，以-个共同的周期重复着。因此，它们必然是分析谱中出现只有-个这类故障时也出现的那种基本谱线。或者说，它们的存在可有-个共同的故障基本频率”描述，从而可以简化诊断。共振解调波形必然存在多阶频谱。如果存在单个故障，其共振解调频谱-定出现多阶频谱。如果存在多个同类故障，则其共振解调频谱将发生高阶减幅。

3.2边频判据在共振解调故障诊断领域，有如下的定义：各周历经陛故障：所有相对传感器安装位置而言呈现周而复始地运动着的零件的故障，称为各周历经性故障 ；方位固定性故障：所有相对传感器安装位置而言为相对固定的零件的故障，称为方位固定性故障”。

边频谱的出现，使得理想的、简洁的共振解调频谱图上频添了大量的谱线。

如果轴承中存在着多类、甚至多个各周历经性故障时，这种复杂性就足以使依据前述诊断公式所进行的主动诊断”无所适从或者频频失误，因为可能在频谱图中，似乎可以找到多种故障的多阶性谱线。

3 3半啮谱判据在监测齿轮传动系统的状态时，当轴系的广义共振频率等于齿轮啮合冲击频率的-半时，该广义共振频率具有最清晰的频谱(即幅值最高)，称这个频谱为半啮谱。

当轴系产生疲劳或裂纹时，轴系的平均刚度会下降，当该轴上齿轮的啮合频率等于轴的当前横向固有频率的两倍时，将会激发轴的当前横向固有频率的振动，即将出现半啮谱” 利用半啮谱”出现的转速随着运行时间向低漂移的特征作为识别轴系疲劳或裂纹、刚度下降的考察点，即半啮谱判据。

4结束语本文阐述了本课题实现的风电机组故障诊断系统是基于五项诊断准则及多项相关判据的主动诊断系统，并在实践中成功地开展了对轴承、齿轮箱及传动轴的诊断工作。由于风电机组载荷情况复杂，要得到更多的故障判据，需要在各种工况下的机组运行数据，这是本课题不完善的地方，需要在今后的研究工作中继续完成。