[發明專利]基于掃頻分析技術的風電機組軸承典型故障自動診斷方法

有效

• 申請號: 202011271218.2
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112393907B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 鄧巍;劉騰飛;郭靖;趙勇;汪臻;韓斌
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司;華能集團技術創新中心有限公司
• 主分類號: G01M13/045
• 分類號: G01M13/045
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.基于掃頻分析技術的風電機組軸承典型故障自動診斷方法，其特征在于：包括如下步驟：

1)根據軸承尺寸信息和診斷經驗，確定“故障頻率點”

確定“故障頻率點”包括以下步驟：

(1)對于軸承元件局部故障，根據軸承幾何尺寸信息即軸承節徑、滾動體直徑、滾動體個數、接觸角和軸承所在軸的轉頻f_n，按照滾動軸承局部故障頻率計算公式，分別計算出內環故障頻率f_i、外環故障頻率f_o、滾動體故障頻率f_b和保持架故障頻率f_t；其中，f_n通過風電機組SCADA系統數據讀取或測量得到；

(2)對于軸承跑圈故障，根據故障機理和診斷經驗，軸承跑圈故障的表現特征是譜圖上出現軸承所在轉軸轉頻f_n及其倍頻成分，倍頻成分最高能達到10倍f_n以上；

(3)根據計算結果，確定“故障頻率點”，如表1所示；

表1“故障頻率點”

2)設置掃頻參數，獲得“掃頻頻譜”

設置掃頻參數的步驟如下：

(1)設置游標數量：根據診斷經驗，“倍頻游標族”中游標數量為3即滿足識別“軸承元件局部損傷”和“軸承跑圈”的需要，故設置“倍頻游標族”中游標數量為3；

(2)設置掃頻范圍：由于軸承內環故障頻率f_i大于f_o、f_b、f_t和f_n，因此以f_i為基準，掃頻頻譜的上限頻率設為2～3倍f_i，下限頻率設為0；相應的，振動信號的原始譜圖上限頻率設為6～9倍f_i，下限頻率設為0；通過設置上限頻率，避免高頻干擾頻率對診斷結果的影響；

(3)完成掃頻參數的設置后，獲得“掃頻頻譜”；

3)自動識別高幅值點，確定“目標頻率點”

確定“目標頻率點”包括以下步驟：

(1)計算機自動識別上述“掃頻頻譜”中幅值最大的數據點，記該點對應的頻率值為f₁；

(2)以頻率值為f₁的點的幅值為上限，以頻率值為f₁的點的幅值的20％為下限，在該范圍內計算機由大到小依次選取幅值最大的5個數據點，這些數據點對應的頻率值依次記為f₂、f₃、f₄、f₅、f₆；其中，幅值“20％”和數據點數“5”是根據診斷經驗設置的，能夠根據實際需要調整；

(3)確定f₁、f₂、f₃、f₄、f₅、f₆為“目標頻率點”；若上下限范圍內的數據點不足5個，則相應減少“目標頻率點”的數量；

4)自動判斷故障

按照“軸承元件局部故障”和“軸承跑圈故障”兩類來進行故障的自動判斷，方法如下：

(1)對于軸承元件局部故障即內環、外環、保持架、滾動體故障：任意1個或多個“目標頻率點”與表1“軸承元件局部故障”欄中任意1個或多個“故障頻率點”相等，則判斷存在對應的軸承元件局部故障；“目標頻率點”與“故障頻率點”的差值在該“故障頻率點”頻率值±3％范圍內，則認為“目標頻率點”與該“故障頻率點”相等；“±3％”是根據診斷經驗設置的，能夠根據實際情況調整；

(2)對于軸承跑圈故障：2個及2個以上“目標頻率點”與表1“軸承跑圈故障”欄中任意“故障頻率點”相等，且至少有1個“目標頻率點”與[4f_n，10f_n]區間范圍內的任意“故障頻率點”相等，則判斷存在軸承跑圈故障，關于“相等”的判定同步驟(1)；

5)診斷結果的輸出

GB/T 35854《風力發電機組及其組件機械振動測量與評估》規定了風電機組各位置處的振動預警值和振動報警值，以評估振動嚴重程度；在此基礎上，診斷結果流程按以下步驟輸出：

(1)當測點振動有效值小于該位置預警值時，計算機不啟動自動診斷流程，系統不報警，機組正常運行；

(2)當測點振動有效值大于該位置預警值、小于報警值時，計算機啟動自動診斷流程，系統自動推送已判斷出的故障類型，提示“故障預警”，并要求維護人員加強對該軸承的監測，提高監測的頻率，在條件允許的情況下登機查看；

(3)當測點振動有效值大于該位置報警值時，計算機啟動自動診斷流程，系統自動推送已判斷出的故障類型，提示“故障報警”，并要求維護人員盡快停機檢查，做好維修和更換軸承準備，防止故障惡化。