风力发电中的电机状态监测与故障定位技术分析

风力发电中的电机状态监测与故障定位技术分析

党国荟

国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司海南风电分公司    青海西宁   810000

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，风力发电项目建设越来越多。电机是电力机车的重要组成部分，给机车提供驱动力的同时，对机车设备进行控制。由于机车电机数量及种类较多，电机故障复杂，原因查找困难，检修难度大。因此，本文首先分析运行环境对电机可靠性的影响，其次探讨风力发电机状态监测和故障诊断技术，最后基于大数据的风力发电机组监测和故障定位进行研究，以供相关工程进行参考。

关键词：风电机组；运行状况监测；故障定位

引言

电机运行中的环境状况和容量参数的选择对电机运转可靠性产生影响，使电机寿命发生变化。通常影响电机运转可靠性的因素可通过监测运行时的温度和电参数波动进行控制。

1运行环境对电机可靠性的影响

电机设计制造时，应用于不同的环境，可采用针对性设计和相应的工艺进行环境适应性防护。如防爆电机、潜水电机和船用电机，均根据使用环境进行相应的设计和工艺处理，使电机适应所运行的环境，保证长时间运行。但运行设备防护失效或运行环境状况突变，电机实际使用运行环境超过设计值，极易造成电机关键部件损坏，甚至整机报废。因此，在电机使用中，应结合运行环境和可能出现的突发状况，选择相应防护型式，避免环境中的油污、粉尘、水滴进入电机内部，损伤绕组绝缘，导致电机烧毁。如船用电机在设计制造时，应对盐雾、霉菌以及湿热环境采取相应的防护措施，必要时通过防护试验进行验证，防止海洋环境造成绕组绝缘损坏或其他零部件失效。

2风力发电机状态监测和故障诊断技术

2.1齿轮箱状态监测和故障诊断技术

齿轮箱是风力发电机组的重要组成部分，它的内部结构和受力情况十分复杂，在长时间的运转中很可能会出现故障。变速箱一旦出现故障，将间接导致风电机组出现故障，严重时将导致电力系统的发电量大幅度下降。为此，必须对变速箱进行状态监测和故障诊断。齿轮箱常见的故障有胶合、齿面疲劳、齿面菠萝等；轴承裂纹，轴承点蚀，齿轮断裂等。作业人员在运用有关技术时，应着重于这类区域的监测。在实际工作中，常用的是振动监测技术和温度监测技术，两者在实际应用中存在一定的差异。前者通过检测变速箱的振动频率，获取具体的操作数据，并通过数据对比分析，了解变速箱的实际工作状况；通过识别、判断齿轮箱内特定零件的工作温度，从而了解变速箱内零件的工作状态。

2.2电机转速出现异常

电机在运行时转速与正常值相比，出现较大的偏差或波动，常见的故障有转速过低、转速不稳定以及出现抖动或停顿现象。电力机车电机低转速主要由电机低扭矩或重负载的内外部因素造成，而高转速主要由接入电机绕组的电压异常造成。当电力机车电机出现低转速故障时，分析其主要原因有：（1）电源电压或电流出现异常。（2）转子转轴受力较小或不平衡，如鼠笼式转子断裂导条，绕线式转子绕组断裂造成的缺相等原因导致电机电磁感应能力变差，引起电机转子受力减小。（3）定子绕组松动或者断裂导致电机转子转速异常。（4）电机启动电路异常，可能原因有变阻器无法实现变阻，起动绕组不工作等。导致启动转矩不足，电机出现低转速的情况。（5）负载过大。当电机拖动负载远超额定值时，电机转矩达不到负载要求，出现转速降低的现象。当电机出现低速运行故障时，常见的处理方法有：（1）用万用表测量电源电压和电流，并核对数值是否正常，出现异常情况时，检查并排除电源的故障。（2）测量定子的电流，若定子电流出现变化，说明转子内部绕组出现故障，使用万用表检查具体故障。（3）及时检查定子绕组的结构及电气工作情况，出现松动或者断裂时，及时更换绕组，出现绝缘层破损或老化时，更换绝缘层保护材料。（4）转子启动电路的工作异常时，更换变阻器或者起动绕组。（5）检查核对操作规章流程及电机说明书，给电机加载额定负荷的负载。当电机出现高转速这种情况时，分析其主要原因为电机接入的电能出现异常，可查看电源的故障。

2.3电机电流异常的原因、危害和处理措施

电流监测反映电机的用电情况。电流异常一般分以下三种情况:一是电流大，电机运行电流超过电机的额定电流值时，首先检查电机的供电情况，如果运行电压正常，说明电机负载发生了异常变化，轴承磨损、缺油、传动机构配合异常均会造成电机负载变大;其次，电机绝缘损伤，导致电机相间短路或者对地短路，造成过流，这种情况下，电流的平衡度会相差很大，故障表现为电流大且不平衡。二是电流小，当电机的传动机构与负载连接发生松脱时，运行电流会明显变小。此时，应检查负载的工作状况是否良好。三是电流偏差过大，引起电流偏差过大通常有三类原因:(1)电源的问题，供电电压不平衡会直接导致三相电流不平衡，此时应对电源进行检修，保证输入电压平衡。(2)电机长期运行后，绕组绝缘老化造成绕组绝缘的参数发生变化，导致电流不平衡，这种情况下应检查绕组的匝间绝缘及对地绝缘情况，查找绝缘薄弱处，通过加强绝缘或重新更换绝缘进行解决。(3)绕组的绝缘损伤时，电机的某一相或两相电流会明显增大，应立即停机，检查绕组的相间绝缘以及对地绝缘故障点，进行补强修复。电机运行过程出现异常情况，运行电流会出现比较明显的变化。因此，当电机运行电流与额定值偏差超出+5%～－30%，或者三相不平衡超出10%时，电机负载运行可能出现异常，需要检查电机的运行状况。

2.4电机安装运行前的检查

（1）检查电机的外观、核对铭牌参数。查看电机外观是否完整、干净，有无明显的变形或损坏，电机安装是否牢固，铭牌是否清晰，并且核对电机的额定值。（2）检查电机电源电路是否正常。判断电源电路有无断路及断路情况，测量电压与电流是否稳定。（3）判断电机绝缘等级。利用绝缘电阻测试仪测试电机的绝缘情况，记录测试结果，对照电机说明书或相关标准，判断测试结果是否符合要求。（4）检查电机接线是否正确。根据说明书检查电机的接线是否正确及规范，各接线颜色及编号是否与要求对应统一，是否符合电气安全标准，用万用表测量电路是否有短路的情况，接线端子压线是否牢固。（5）检查电机电刷装置是否正常。判断电刷的机械结构有无损坏，弹簧行程是否超限。（6）判断电机旋转是否正常。在断电保证安全的情况下，转动电机转子，判断转子有无异响及卡滞的异常情况。

3基于大数据的风力发电机组监测和故障定位

利用算法从大量不完整、嘈杂、模糊、随机的生产资料中，抽取出有价值的规则循环。大数据技术应用于风能领域，涉及利用数据挖掘与分析技术，对某一地区或某一特定风电场的庞大运营数据进行汇总和分析，以便对数据背后的重要统计要素和它们的作用进行更深入的评估。针对风力发电机的故障类型及最大失效概率，建立合适的风力发电机组故障模式，并在此基础上定义故障预测策略。在此基础上，采用最小二乘法和多元回归模型建立了大数据模型，通过回归分析得到了影响变量的主要因子。

结语

由于其运行环境和结构的影响，风电机组比常规发电装置更容易出现故障，并且故障的原因也比较复杂和变化。因此，对风电机组进行实时、全面、系统化的监测，对其进行有效的故障诊断，以保证其经济效益和社会效益。

参考文献

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