風電運營維護中的狀態監測研究

　　摘 要：通過狀態監測與故障診斷技術的有效實施，實現基于可靠性的設計改造與運行維護，從而使風電機組提高運行效率，實現優質安全運行。
　　關鍵詞：可靠性；預知維修；加速度包絡技術；潤滑狀態監測；超低轉速診斷技術

　　0 引言
　　即使是久負盛名的風電軸承制造商，也不能百分之百保證自己的高品質軸承可以在風電場運行20 年而安然無恙。安裝、潤滑、密封、運行環境、運轉狀態等，都將是縮短軸承壽命，甚至造成損傷的致命因素。
　　經過幾年跨越式的發展，風電場業主開始將目光冷靜地聚焦在他們運轉多年的風電機組機的運行效率上。早期設計、制造缺陷的接連暴露，帶來不斷超出預算的維修費用。
　　同時逐漸增多的非計劃停機或事故停機時間，令可用利率大幅降低，直接導致利潤下滑。
　　某齒輪箱維修企業曾表示，即使滿足了VDI 的標準，其維修后的齒輪箱仍被業主拒收，原因是被檢測出存在隱患。毫無疑問，無論是對于風電場業主、制造商還是運維服務商，狀態監測成為提高可靠性和運營效率的必由之路。
　　鐵姆肯公司將狀態監測技術應用在其風電研發中心的測試臺上，并將這一技術融入到服務工程中，通過磨合監測，找到潛在隱患及高發故障的根源，指導有效的設計改進；通過出廠檢驗，避免不合格部件及不良的安裝；通過運行監控，實現從預知維修到可靠性維護的邁進，大幅提升可利用率；通過根源分析，找到故障的高發部位部件，通過改進提高整體可靠性。
　　一份多年前的調查報告稱，對海上風電場實施狀態監測，平均可為每臺機組帶來34 萬元人民幣的收益，并可將可利用率提升到95%。當時的直接收益已是投資的幾倍，如今對于大兆瓦級機組而言，狀態監測的投資回報率將更為可觀。[1]
　　1 風電機組狀態監測的難點
　　狀態監測技術，尤其是振動分析技術，已在國內應用數十年，并在冶金、電力、石化、造紙等多個行業成熟應用。
　　然而對于風電行業，技術的應用卻面臨難題。某風電設備制造商設立專門的質檢監測部門已近10 年時間，但在風電場是否實施整體在線監控項目的抉擇上，仍踟躕不前。因為經過多年的實踐檢驗證實，大多數在其他行業行之有效的監測技術及手段，在風電設備上卻難以實現有效監測。
　　這源于風電設備自身的特性：非剛性支撐、主軸超低轉速、非穩態運行，以及復雜的齒輪結構和電機設計。對于超低轉速滾動軸承早期損傷的預知，一直被業界公認為世界性難題。更何況運轉在隨風擺動的機艙中，工況不斷變化，偏航、變槳及其他干擾頻繁發生。操作者甚至希望在變速變載狀態下，實現對傳動鏈各個部件的智能報警及專家診斷。但如果沒有有效的監測手段，一切就無從談起。
　　2 優化解決方案
　　運用最新的技術及監測系統，通過時刻探查軸承及風電機組的運轉情況，經過幾年的實踐檢驗及一系統的技術革新，專為風電設備研發的新一代集成式OIS 在線監測系統，被證實行之有效。
　　2.1 沖擊脈沖技術
　　傳統的加速度包絡技術在風電機組監測上存在困難，這與其測試原理有關。軸承運轉產生的沖擊信號引發波陣面在結構體內部傳播，激發機構體各部位的共振。加速度包絡技術是通過獲取這一共振信號來實施分析。低轉速的主軸軸承、齒輪箱LSS 軸承產生的沖擊十分微弱，激發結構體的共振也相當微弱。這要求傳感器的靈敏度大幅提升，同時后期的處理單元必須選擇正確的濾波放大器，從紛繁劇烈的低頻振動中抽絲剝繭出微弱的共振信號。受到這種嚴苛條件的限制，使得低于50r/min 的設備，成為常規振動分析的禁區。[2]