[發明專利]基于振動監測的風力發電機組故障自動診斷方法

無效

• 申請號: 201010185856.2
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101858778A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 顏文俊;郭艷平;王超;包哲靜;鄭軍;孟濬
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;G01M15/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及一種故障診斷方法，尤其涉及一種基于振動監測、具有自學習能力的風力發電機組故障自動診斷方法。

背景技術

風能是一種清潔的可再生能源，截止2009年底我國新增風電裝機容量達130億瓦。由于風電場一般位于條件惡劣的環境中，工況極不穩定，因此對風電機組的運行狀態進行在線監測，實時了解風電機組關鍵零部件的運行狀態是極其必要的。另外，改定期維護為按需維護可大大減少風電場的維護成本。

目前，已經有一些通用狀態監測系統應用到風力發電領域，但系統的分析和診斷功能較薄弱，通過對測量數據進行趨勢分析，我們僅能看到其在一段時間內的總體水平；如果發現了某些測量點的數值超出報警限值，也僅能做出一個早期故障的判斷。

在CN中，2005年4月13日公開的申請號為02815100.3，名稱為“風力發電設備的預警系統”的已授權發明公布了一種通過安裝在風力發電設備縱槽上的SODAR系統檢測風速，將測量數據傳輸到風力發電設備的控制器，依次適當改變馬達扇葉的迎角以保護整個設備免受環境因素的破壞。此系統沒有涉及對風力發電機組關鍵零部件振動信號的監測，也不能實現故障預警和故障診斷的功能。

在CN中，2009年3月25日公開的申請號為101393049A，名稱為“風力發電機組振動監測及故障診斷的方法”的發明公布了一種對風力發電機組主軸、齒輪箱、聯軸器和發電機等部位監測的系統。此系統通過時、頻域特征值與閾值的比較來生成預警信息，通過頻譜分析來判斷故障類型、原因和部位。故障診斷模塊功能較薄弱。傳統的故障診斷方法(包括頻域分析方法和時域分析方法)對于機械部件的分布性故障有很好的診斷效果。但當發生局部性故障時，測得的機械振動信號會包含非平穩或時變成分。基于平穩信號處理的傳統方法(如頻譜分析)無法全面反映信號的時變特性，因而應用效果不太理想；且系統只能對某幾種特定類型的故障進行診斷，局限了系統故障診斷功能的完善。

發明內容

本發明的目的在于針對現有故障診斷方法的不足，提供一種基于振動監測的風力發電機組故障自動診斷方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于振動監測的風力發電機組故障自動診斷方法，包括如下步驟：

(1)通過布置在監測點的加速度傳感器采集原始振動信號，前置通信子系統完成對傳感器輸出信號的轉換，放大和抗混疊濾波，并將采集到的信號進行存儲并定期上傳：風力發電機組的加速度傳感器布置在風電機組塔架、主軸軸承、齒輪箱前軸承、齒輪箱后軸承、發電機前后軸承的軸向和徑向，傳感器的安裝方式使用螺紋聯接。原始振動信號經過濾波后，經壓縮打包上傳。中央監控服務器也可通過FTP方式直接下載數據到服務器硬盤或存入數據庫。

(2)中央監控服務器接受數據并存儲于數據庫中，在中央監控服務器中建立故障預警系統；中央監控服務器接受振動數據并存儲于數據庫中，當前置通信子系統與服務器的通信中斷時，前置通信子系統可保存數據直至下次恢復。中央監控服務器成功接收數據后，前置通信子系統才刪除已發送數據，避免了數據丟失。通過分析振動數據，計算時域特征值：均方根值、峰值、峭度、峰值因子，根據監測點在同測點、同方向、同工況下正常運行的振動統計值作為閾值，如果任意一個時域特征值超過事先設置的閾值，則轉入故障診斷系統并發出預警信號，同時將此故障發生的時間和內容記錄到數據庫，以方便今后查閱和復檢，另一方面將故障信息顯示到界面以提醒工作人員，根據振動數據的時域特征值，利用圖示方法，繪制劣化趨勢圖，根據劣化趨勢安排設備的檢修計劃。

(3)在數據庫中建立故障特征頻率庫：計算風力發電機被測各零部件頻率特征參數，包括主軸和齒輪箱各軸的轉頻、齒輪嚙合頻率、主軸軸承和發電機各軸承在運動學和動力學上的特征頻率，建立故障特征頻率庫，作為故障診斷的依據。

(4)在中央監控服務器中建立故障診斷系統，所述故障診斷系統從數據庫中獲取數據，通過小波分析、倒頻譜分析、細化譜分析等方法自動診斷故障類型、部位及程度。具體如下：

(A)從數據庫中提取振動數據計算時域特征值，與閾值比較進行初步預警判斷，當時域特征值超過預先設置的閾值時，系統發出報警信號，并從數據庫提取報警前后1分鐘數據，并轉入故障診斷系統。

(B)選取合適的小波基和小波分解級數進行小波變換，然后選擇含有故障信息的特征頻帶進行信號重構。

(C)通過對重構后的信號進行倒頻譜變換，將反映調幅和調頻信息的邊頻帶分離出來。