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风电机组在线振动监测技术研究

当前，面对风能行业机组运维成本过高的问题，风电场业主和整机厂商都在寻求技术解决方案。该问题的背后包含了机组部件的工作稳定性差，故障频发，需要经常检修甚至更换等因素，也包含了在一个风电场内部，需要检修的机组不能提前预知，经常是机组故障停机之后再去进行故障排查的被动情况。

如果能利用在线监测系统，实时监控机组的运行情况，通过监测数据较早评估机组的工作健康状态，可以提前安排每台机组的检修时间，及时准备备件，合理协调运维计划，从而减少停机时间，****发电量，降低风电机组运维成本。

机械振动噪声

机械振动噪声主要包括轴承噪声，转子不平衡噪声及碳刷与集电环摩擦所引起的噪声。

（一）轴承通过振动噪声

滚动轴承由轴承内圈，滚珠，滚珠保持架和轴承外圈组成。轴承外圈不转动，轴承内圈和转子一起旋转，而滚珠在轴承内圈的滚道和轴承外圈的滚道及保持架中滚动旋转，保持架又被滚动旋转着的滚珠带动旋转。因此，轴承内外圈滚道中的波纹、凹坑、粗糙度，润滑脂质量的优劣和安装误差均是产生轴承噪声的关键因素。

（二）转子不平衡引起的振动噪声

高转速电机的转子必须严格地进行动平衡检验，以减少转子残余不平衡量，转子不平衡噪声的频率等于转子旋转频率。虽然频率不高，一般在400Hz以下，但由于引起电机振动，从而使各部分的噪声*。当转子的动平衡精度达到G2.5级时，机电设备在线检测，转子不平衡所引起的噪声和振动都能显著得到****。

（三）碳刷与集电环摩擦的振动噪声

由于碳刷压在旋转的集电环上，如果碳刷的材质和集电环的使用不能匹配，这时碳刷和集电环之间可能会产生气垫，会产生鸣音。

（四）通风振动噪声

通风噪声主要由于风扇转动（包括发电机转子风扇，冷却器风扇，集电环冷却器风扇），使空气流动，撞击，摩擦而产生。噪声大小决定于风扇的大小，形状。电机转速高低和风阻风路等情况。

空气噪声的基本频率fv:fv＝N*n/60(Hz)

其中，N－风扇叶片数；n－电机转速（rpm)。

风扇直径越大，电力系统设备在线检测的，噪声越大，减小风扇直径10%，机械设备在线检测，可以减少噪声2dB－3dB，但随之冷量也会减少。当叶片边缘与通风室的间隙过小，就会产生笛声。如果叶片形状与风刷的结构不合理，造成涡流，同样也会产生噪声。由于风扇刚度不够，受气流撞击时发生振动，也会增加噪声。此外，转子有凸出部分，也会引起噪声。

1 在线监测*功能

（1） 适用对象：电机、风机、泵等设备的在线监测与故障诊断，并可对低速设备进行监测。

（2） 监测参数：振动加速度、速度、位移和包络、温度；

（3） 数据类型：

a) 振动加速度（等效峰值）、速度（有效值）或位移（等效峰峰值）、包络，同时可采集振动波形，并实时频谱分析；

b) 故障指标监测：针对不同故障（平衡类、对中类、松动类、轴承故障、齿轮故障）的敏感指标进行监测，指标趋势变大后，可明确了解故障原因和部位。故障指标主要包括：振动总值、频带能量、轴承故障特征能量、时域特征值、振动包络（峰峰值）、温度值等。

c) 原始数据采集：定期采集振动原始波形数据，可用于设备故障的精密诊断法分析。

（4）监测间隔自动调整

a) 不同数据不同监测间隔：故障特征值监测间隔、原始波形数据监测间隔*设置；

b) 自动加密监测：根据设备状态（优良中差）系统可设置监测间隔，设备状态变化后，监测间隔自动加密，无需人为参与。

（5） 手动采集

自动监测间隔期间，需要临时增加测点采集波形数据或振值数据，在线检测，则可手动点击采样按钮，增加一组数据和波形，用于设备故障诊断分析。