羅振斌

摘 要：想要保證風(fēng)力發(fā)電機組可靠穩(wěn)定的運行，最大程度降低機組的維護成本，就要提高對風(fēng)力發(fā)電機故障的研究。因此，本文針對風(fēng)電機組發(fā)電機軸承電腐蝕故障進行研究分析，首先簡單了解軸承電腐蝕特征，其次從發(fā)電機軸在線監(jiān)測技術(shù)入手，詳細(xì)分析軸承電腐蝕故障診斷方式，采取振動在線狀態(tài)監(jiān)測頻譜信號分析的方式，最后根據(jù)實際案例診斷具體過程，為軸承電腐蝕故障判斷提供準(zhǔn)確的依據(jù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電機組;發(fā)電機;軸承電腐蝕;故障處理

中圖分類號：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）01-0160-02

0 引言

近幾年里，風(fēng)力發(fā)電機組得到大范圍應(yīng)用，振動信號檢測、數(shù)據(jù)分析、處理分析等技術(shù)水平也在不斷提升，機組的運行情況日益穩(wěn)定。但風(fēng)力發(fā)電機組在實際運行的過程中，依然存在一些無法避免的故障問題，軸承作為運行過程中的核心部件，一旦出現(xiàn)故障，那么機組的穩(wěn)定運行也會受到影響，利用振動在線狀態(tài)監(jiān)測頻譜信號對風(fēng)電機組發(fā)電機軸承電腐蝕故障進行檢測分析，可以制定更加科學(xué)的處理措施。

1 風(fēng)電機組發(fā)電機軸承的電腐蝕特征

風(fēng)電機組在實際運行的過程中，會有強電流流經(jīng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子和定子繞組，此時，如果支撐軸承的絕緣處理存在問題，那么強電流會在轉(zhuǎn)子和定子之間形成回路，電流就會流過軸承，嚴(yán)重的情況下，軸承的內(nèi)外圈都會出現(xiàn)過大電壓。如果軸承存在松動或者過大空隙時，軸承內(nèi)外圈滾道和滾動體之間會形成局部放電，軸承部件會受到電弧作用的影響，出現(xiàn)點蝕。這種風(fēng)電機組發(fā)電機軸承的電腐蝕一般表現(xiàn)為搓衣板狀的波紋痕跡，這種波紋痕跡會導(dǎo)致接觸表面的潤滑狀態(tài)下降，隨著運行條件的惡化，軸承就會失效，這也是風(fēng)電機組發(fā)電機軸承在運行過程中最常見的問題。風(fēng)電機組發(fā)電機軸承的電腐蝕故障并不屬于局部故障，也不會對整體機組產(chǎn)生瞬時強沖擊激勵，而是一種持續(xù)的弱沖擊激勵，在實際應(yīng)用的過程中，這種故障沖擊特征非常容易被忽視，必須要得到重視。要針對電腐蝕故障震動型號特點，對振動信號進行預(yù)處理，增強信號中的故障沖擊成分，應(yīng)用包絡(luò)譜分析法提取出故障特征信息，以此準(zhǔn)確診斷風(fēng)電機組發(fā)電機軸承的電腐蝕故障。[1]

2 風(fēng)電機組發(fā)電機軸承在線監(jiān)測技術(shù)

2.1 在線監(jiān)測技術(shù)

現(xiàn)階段，在線監(jiān)測技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，占據(jù)了絕大部分的市場份額，的通過在關(guān)鍵位置安裝振動傳感器，來監(jiān)測設(shè)備的運行情況，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后獲得軸承運行特征頻率參數(shù)，并且對比分析數(shù)據(jù)之間的差異性，判定軸承的運行狀況。但通過上文分析，也能夠看出在線監(jiān)測故障判定存在較大的難度，在這樣的情況下，采取振動在線監(jiān)測技術(shù)，分析提取振動信號，進一步抽取表征故障特征信息量，以此就能夠?qū)Πl(fā)電機組中的軸承運行狀態(tài)、故障潛在點和發(fā)生點進行識別判斷。風(fēng)電機組發(fā)電機軸承在運行過程中，其故障特性會隨著故障狀態(tài)而不斷發(fā)展，在這樣的情況下，監(jiān)測技術(shù)也要根據(jù)趨勢特征變化進行分析，具體評估軸承的運行狀態(tài)，以期達(dá)到維護更換的根本目的。

2.2 電腐蝕在線監(jiān)測技術(shù)

軸承主要是由滾動體、保持架、內(nèi)外圈等結(jié)構(gòu)件組成，在軸承運轉(zhuǎn)過程中，可能會觸發(fā)各種組成構(gòu)建的頻率響應(yīng)，一旦出現(xiàn)局部缺陷時，就會發(fā)出響應(yīng)的沖擊信號，不同故障發(fā)出的頻率特征會受到結(jié)構(gòu)和材質(zhì)特征的影響，存在一定的區(qū)別。通常情況下，可以監(jiān)測軸承信號，以此判斷軸承運行狀態(tài)，但是更多的是電腐蝕故障，這種故障的信號檢測較為困難，需要增強振動信號故障特征[1]。比如：正常軸承的滾道光滑，產(chǎn)生的振動響應(yīng)也具有寬帶隨機成分，信號的信息熵比較大，但出現(xiàn)故障時，信號的信息熵相對較小，產(chǎn)生的周期沖擊激勵具有一定的確定性，但在傳遞古城中，受到多種干擾因素的影響，響應(yīng)信號的確定性也會隨之降低，信號的信息熵也會隨之增加，這是一種最小熵解卷積方法，在此基礎(chǔ)上，完成最優(yōu)濾波器問題，就可以對故障進行全面的分析診斷。

3 風(fēng)電機組發(fā)電機軸承電腐蝕故障的診斷案例

由上可知，風(fēng)力發(fā)電機在進行軸承電腐蝕故障的過程中，會出現(xiàn)持續(xù)的弱沖擊激勵，在這樣的情況下，需要對振動信號進行全面的分析和判斷，以此判定電腐蝕故障的損傷程度。

3.1 故障診斷案例的基本概況

本文以國華新能源有限公司旗下的某風(fēng)電機組發(fā)電機軸承發(fā)生的電腐蝕故障為例進行分析，選取某臺2MW機組發(fā)電機為主要測試對象，該發(fā)電機軸承為德國FAG廠家生產(chǎn)制造，驅(qū)動端軸承型號為NU1030MC3和6030C3，非驅(qū)動端軸承型號為NU1030MC3。通過對檢測到的驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承振動數(shù)據(jù)進行分析，以判定軸承的運行狀態(tài)，為后續(xù)軸承點故障判定提供依據(jù)。風(fēng)電機組在出現(xiàn)故障中，會發(fā)出振動信號，通過對振動信號的識別，可以更好的判斷故障情況。最為主要的是，根據(jù)振動信號進行診斷式目前最為常見的一種診斷模式，也是使用的頻率最高的一種，主要可以用于風(fēng)力發(fā)電機組中齒輪箱、軸承、葉片等關(guān)鍵部位的檢測和診斷[2]。

3.2 振動監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

通過監(jiān)測該機組發(fā)電機軸承的實時振動情況，因為該風(fēng)場的風(fēng)電機組都配置了CMS系統(tǒng)，所有傳動系統(tǒng)各部件上布置振動傳感器，進行在線狀態(tài)監(jiān)測。根據(jù)軸承故障特征頻率系數(shù)情況來看，在實際運行過程中，發(fā)電機自由端軸承振動逐漸增大，而從近兩個月以來發(fā)電機自由端振動加速度有效值來看，可以看出該NU1030MC3軸承故障狀態(tài)振動有效值最大值達(dá)到了30m/s2，CMS系統(tǒng)持續(xù)發(fā)出預(yù)警。結(jié)合該型號軸承的故障特征頻率系數(shù)數(shù)據(jù)進行進一步分析，與此同時，取出一段振動實測信號進行分析診斷，根據(jù)實測振動波形頻譜對振動信號進行進一步分析，采樣頻率為25.6kHz。該段信號對應(yīng)的發(fā)電機轉(zhuǎn)速約為1171轉(zhuǎn)/分，由此可以判定發(fā)電機會處于低速輕載運行狀態(tài)。不僅如此，從頻譜數(shù)據(jù)中還能夠發(fā)現(xiàn)振動信號波形的隨機成分較強，出現(xiàn)輕微的周期調(diào)幅現(xiàn)象。但故障沖擊特征不夠明顯，故障沖擊特征不明顯，信號頻譜中在400-1000Hz和1400-2000Hz等頻帶有邊帶成分，其中頻率間隔約為95Hz的邊帶成分比較突出[3]。

3.3 振動信號處理分析

想要增強信號中的故障沖及成分，就要在實際應(yīng)用過程中，進行MED解卷積濾波處理，得到時域波形以及頻率情況。根據(jù)MED前后震動型號波形對比情況，可以看出在處理后，信號中周期沖擊成分更加明顯，周期約為0.01s，信號頻譜中除了突出的95Hz邊帶成分之外，幾個共振頻帶也更加突出，為信號窄寬包絡(luò)進行分析。通過上述分析可以看出，原始信號的包絡(luò)譜中沒有任何峰值成分，但經(jīng)過處理后的信號包絡(luò)圖譜中，在61.1Hz和95.05Hz處中都有峰值，表明通過MED進行濾波處理后，信號中的故障沖擊特征得到增強，有效提升了軸承故障的判斷能力。

3.4 診斷結(jié)果分析

本文通過分析，采取最小熵解卷積來增強信號中的故障沖擊成分，然后根據(jù)包絡(luò)譜研究法對故障進行準(zhǔn)確的分析診斷，在此過程中，對電腐蝕故障此類沖擊特征不明顯的分布故障，也可以準(zhǔn)確高效的獲取到故障信息，增強診斷效果，保證故障診斷的及時性和準(zhǔn)確性。從本質(zhì)上解決了這一大難題。根據(jù)診斷結(jié)果，該風(fēng)電場的運維人員及時采取加強軸承振動監(jiān)測的方式，外圈滾刀上則布滿了搓衣板狀的電腐蝕故障痕跡。這種基于峭度的EMD方法在實際應(yīng)用中，分解結(jié)果更接近理想值，對發(fā)電機組軸承電腐蝕振動信號進行分析，可以更加準(zhǔn)確地進行判斷。該項工作有效得到了國家的認(rèn)可，市場也充分利用這個機會進行學(xué)習(xí)，在長期運行過程中會受到多方面因素的影響，各種性能無法來保證。同時也利用這種振動檢測技術(shù)可以實時監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機的工作情況，并且軸承的運行狀態(tài)要給予及時的準(zhǔn)確評定，軸承的故障預(yù)判也有效的提供了依據(jù)，同時這個技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展也在一定程度上進一步提高故障診斷能力和異常狀態(tài)判別能力，從而全面有效的降低機組維護成本，保證機組得到可靠穩(wěn)定的進行。

4 風(fēng)電機組發(fā)電機軸承電腐蝕故障的處理措施

4.1 采用合適的絕緣軸承

通過上述內(nèi)容可知，如果軸承的絕緣性出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致電腐蝕高鉆和功能的出現(xiàn)。雖然風(fēng)電機組在內(nèi)端蓋上使用絕緣涂層，但涂層在長期運行過程中會受到高溫差、灰塵多方面因素的影響，絕緣性能無法保證。隨著使用時間延長，絕緣涂層會出現(xiàn)失效的情況，因此，選擇合適的絕緣軸承，可以在保證良好接地的基礎(chǔ)上，使用帶絕緣軸承，可以有效避免軸電流經(jīng)過軸承后產(chǎn)生電灼傷，讓軸承壽命得到延長，將負(fù)面影響降至最低。

4.2 加強對軸承的檢查巡視

在對軸承進行巡檢過程中，要重點檢查發(fā)電機后端接地碳刷長度，確保軸承的有關(guān)參數(shù)數(shù)據(jù)符合標(biāo)準(zhǔn)，不僅如此，軸承的連接情況也要進行檢查，以此保證軸承的正常運行。除了軸承自身的連接情況之外，其他部分的連接也要進行檢查確保軸承的工作情況良好。比如：在巡檢過程中對碳刷和花環(huán)周身出部分接地連接進行檢查，確保充分接觸，并且使用萬用表測量發(fā)電機對輪中心部位到接地點的接地電阻進行測量，確認(rèn)電阻小于4Ω。傳統(tǒng)的軸承型號無法保證風(fēng)電機組運行穩(wěn)定性，可以利用全新的技術(shù)改造方式，對軸承進行改造，以此提高風(fēng)電機組運行穩(wěn)定性[4]。

4.3 改變軸承的潤滑方式

傳統(tǒng)的軸承潤滑方式已經(jīng)無法滿足當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電機組的運行需求，軸承所需要的潤滑量大幅度提高。要采取“少量多次”的原則，保證油脂潤滑覆蓋率，比如：某風(fēng)電場就要工作人員在巡檢過程中對潤滑檢查項進行全面的監(jiān)督管理，并且全面改變現(xiàn)有軸承潤滑方式，使用新油脂將軸承內(nèi)部原有的增稠劑定頂出，避免內(nèi)部留存大量增稠劑影響潤滑工作的正常進行。

5 結(jié)語

綜上所述，風(fēng)力發(fā)電機組本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運行過程中會受到多種因素的影響，情況多變，檢測信號中包含各種干擾噪聲成分，會將一些微弱的故障信息掩蓋。尤其是風(fēng)力發(fā)電機軸承電腐蝕這種故障，在早期很難被發(fā)現(xiàn)，會對機組的整體運行造成嚴(yán)重的影響，在這樣的情況下，增強故障信息，及時獲取得到有效的故障信息，也可以及時發(fā)現(xiàn)故障位置，可以在第一時間采取有效的運維策略，確保機組穩(wěn)定進行。

參考文獻(xiàn)

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[3] 李文瑞.風(fēng)力發(fā)電機齒輪箱故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].南方農(nóng)機，2019，50（10）：168.

[4] 姜銳，滕偉，劉瀟波，等.風(fēng)電機組發(fā)電機軸承電腐蝕故障的分析診斷[J].中國電力，2019，52（06）：128-133.