风力发电机组振动状态监测导则（NB/T 31004—2011）

1范围 　　本标准规定了风电机组振动状态监测系统类型、传感器安装原则、测量类型和测量值、振动状态监测系统技术条件、振动值评定以及信号处理和分析方法。 　　本标准适用于单机容量大于或等于1.5Mw的水平轴风力发电机组。其他的风电机组可根据自身特点参照使用。 　　2规范性引用文件 　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 　　凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。 　　GB/T 19873.1—2005机器状态监测与诊断振动状态监测 第1部分：总则 　　GB/T 19873.2—2009机器状态监测与诊断振动状态监测 第2部分：振动数据处理、分析与描述 　　IEC 61850-2002 Communication networks and systems insubstations 　　3术语和定义 　　下列术语和定义适用于本标准。 　　3.1 　　故障维护breakdown maintenance 　　风电机组失效后再进行的维修。 　　3.2 　　状态维修condition.based 　　根据风电机组状态确定的维修。 　　3.3 　　状态监测condition monitoring 　　检测和采集反映风电机组状态的信息和数据。 　　3.4 　　诊断diagnostics 　　为确定故障或失效的性质(种类，状况，程度)，而检查症状和症候群。 　　3.5 　　失效failure 　　丧失完成某项规定功能的能力。 　　3.6 　　故障fault 　　当风电机组的一个部件或组件劣化，或出现反常状态，可能导致风电机组失效时，部件所处的状态。 　　3.7 　　报警alarm 　　当遇到选定参数或其逻辑组合异常，要求采取纠正动作时，用于通知人员而设计的运行信号或信息。 　　3.8 　　预警alert 　　当遇到选定参数或其逻辑组合异常，要求更加关注时，用于通知人员而设计的运行信号或警告信息。 　　3.9 　　征兆sign 　　信号的特征参数，表明状态的相关信息。 　　3.10 　　振动信号vibrafion signal 　　对某一系统振动所包含全部频率分量的度量。 　　3.11 　　频域frequency domain 　　以频率为度量物理量。 　　3.12 　　时域time 　　以时间为度量物理量。 　　3.13 　　多通道分析cross-channel analysis 　　使用两个或更多输入通道的分析仪，实现相位、相关性和传递函数计算等功能。 　　3.14 　　基准baseline 　　单个或一组描述符，提供风电机组在各种过程下正常状态的基准。 　　3.15 　　瀑布图waterfall 　　相对时间或转速的三维多频谱显示。 　　4振动状态监测系统 　　4.1振动状态监测系统类型 　　振动状态监测系统分为固定安装系统、半固定安装系统和便携式系统。 　　4.1.1固定安装系统 　　系统传感器、数据采集装置采用固定安装方式。数据采集可连续或周期性采集。固定安装系统通常 用于具有复杂监测任务的风电机组。 　　4.1.2半固定安装系统 　　系统传感器采用固定安装方式，数据采集装置采用非固定安装方式，仅在采集数据时连接。数据采集为周期性采集。 　　4.1.3便携式系统 　　系统传感器和数据采集装置均采用非固定安装方式，数据通过便携式数据采集仪采集。数据采集为周期性采集。 　　4.1.4系统选择原则 　　a)海上风电机组应选择采用固定安装系统； 　　b)陆上2MW以上(含2Mw)风电机组应选择采用固定安装系统； 　　c)陆上2MW以下风电机组可选择半固定安装系统或便携式系统； 　　d)风电机组质保期满进行验收时，应出具风电机组振动状态监测系统提供的振动状态报告。 　　4.2状态监测流程 　　风电机组振动状态监测流程包括振动预测试、振动监测技术选择、振动基准测试、振动常规测试等过程。 　　风电机组振动状态监测数据采集应同时记录转速、风速、功率等参数。 　　振动监测流程图参见附录A。 　　5传感器 　　5.1传感器类型 　　振动状态监测可采用以下三种类型的传感器： 　　a)加速度传感器； 　　b)速度传感器； 　　c)位移传感器。 　　5.2传感器选择 　　5.2.1加速度传感器 　　5.2.1.1高温或强磁场环境振动状态监测应优先选择加速度传感器。 　　5.2.1.2风电机组滚动轴承和齿轮箱的状态监测应选择加速度传感器。 　　5.2.2速度传感器 　　风电机组机舱和塔架的状态监测应选择加速度或速度传感器。 　　5.2.3位移传感器 　　风电机组主轴轴向位移的状态监测应选择位移传感器。 　　5.3传感器位置 　　5.3.1典型风电机组传感器位置 　　风电机组监测系统所需的最少测量点见表l。 　　5.3.2传感器方向和标识 　　5.3.2.1应建立统一的设备和铡量点命名规则。 　　5.3.2.2便携式系统传感器安装时应清楚标识传感器位置，以保证在持续测量期间位置的可重复性。 　　5.4传感器安装 　　安装固定传感器应采用刚性机械紧固方式。传感器安装表面应光滑、平整和清洁。当刚性机械紧固方式不便采用时，可使用黏结剂或磁座安装方式。 　　6振动状态监测系统技术条件 　　6.1正常使用条件 　　a)传感器工作环境温度：-40℃～+125℃。 　　b)检测单元工作环境温度：-40℃～+70℃。 　　c)最高月平均相对湿度：95％(25℃，产品内部既不应凝露，也不应积水)。 　　d)大气压力：80KPa～110kPa。 　　e)交流工作电源： 　　1)额定电压：220×(1±15％)V； 　　2)频率：50Hz±0.5Hz； 　　3)谐波含量：小于5％。 　　f)监测系统应能承受地电位升高引起的电压：不低于2000V。 　　6.2储存、运输极限环境温度 　　装置的储存、运输允许的极限环境温度为-45℃～+85℃。 　　6.3检测单元 　　6.3.1概述 　　检测单元位于风电机组机舱内，实现所监测参数的采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能。 　　6.3.2不确定度 　　传感器测量不确定度应在±1％以内，检测单元不确定度应在±2％以内。 　　6.3.3频率范围 　　传感器的线性频率范围一般应覆盖从0.2倍最低旋转频率到3.5倍所关注的最高信号频率(一般不超过40kHz)。 　　a)加速度传感器频率范围：0.1Hz～30kHz： 　　b)速度传感器频率范围：1Hz～2kHz； 　　c)位移传感器频率范围：0～10kHz。 　　6.3.4绝缘怪麓 　　在正常试验大气条件(环境温度：+15℃～+35℃；相对湿度：30％～60％：大气压力：86kPa-106kPa)下，检测单元的带电部分，如电源、信号和数据输入回路与非带电金属及外壳之间，以及电气无联系的各电路之间，绝缘性能应满足6.3.4.1～6.3.4.3的要求。 　　6.3.4.1绝缘电阻 　　在正常试验大气条件下，不同额定电压等级的各回路绝缘电阻应不小于表2中的规定值。 　　6.3.4.3冲击电压耐受能力 　　在正常试验大气条件下，检测单元的信号回路、电源回路、数据输入回路对外壳及地之间，以及各回路之间，应能承受1.2/50μs的标准雷电冲击电压试验。当额定工作电压大于60V时，开路试验电压为5kV：当额定工作电压不大于60V时，开路试验电压为1kV。 　　6.3.5环境适应性能 　　6.3.5.1耐温度变化性能 　　检测单元应能承受温度变化试验，低温为-10℃，高温为+50℃，暴露时间为2h，温度转换时间为3min，温度循环次数为5次。 　　6.3.5.2耐湿热性能 　　检测单元应能承受规定的恒定湿热试验。试验温度+40℃±2℃、相对湿度(93±3)％，试验时间为48h。 　　6.3.6电磁兼容性能 　　检测单元应满足下列试验项目要求： 　　a)静电放电抗扰度：试验等级/电压为4级，4-8kV(接触放电)或±15kV(空气放电)。 　　b)射频电磁场辐射抗扰度：试验等级/电场强度为3级，10V/m。 　　c)电快速瞬变脉冲群抗扰度：试验等级/电压为4级，±4kV。 　　d)浪涌(冲击)抗扰度：试验等级/电压为4级，4-4kV。 　　e)射频场感应的传导骚扰抗扰度：试验等级/电压为3级，10V。 　　f)工频磁场抗扰度：试验等级/磁场强度为5级，100A/m。 　　g)脉冲磁场抗扰度：试验等级/磁场强度为5级，1000A/m。 　　h)阻尼振荡磁场抗扰度：试验等级/磁场强度为5级，100A/m。 　　i)电压暂降和短时中断抗扰度：电压暂降和短时中断为60％额定电压，持续时间10个周波。 　　6.3.7机械性能 　　检测单元应能承受严酷等级为I级的振动(正弦)响应能力试验、振动耐久能力试验、冲击响应能力试验、冲击耐久能力试验和碰撞试验。在试验期间装置应正常工作。试验后，无紧固件松动及结构损坏，在技术要求限值内功能应正常。 　　6.3.8外壳防护性能 　　主站单元外壳的防护性能应符合IP51级要求，检测单元和通信单元的外壳防护性能应符合IP55级要求。 　　6.4通信单元 　　通信单元位于机舱或塔筒底部，实现监测数据的传输。 　　6.5主站单元 　　主站单元应具备数据通信、监测装置对时、数据浏览、报警、报表、远程通信等功能，主站单元与其他系统通信符合IEC 61850标准。 　　7测量与评估 　　7.1基准测量 　　应以风电机组运行在并网状态时测量的振动数据作为基准。 　　新风电机组和大修后风电机组应在磨合期结束后再采集基准数据。 　　7.2振动值评估方法 　　振动值评估方法参见附录B。 　　评估准则为： 　　a)风电机组振动幅值在正常范围内。 　　1)当幅值没有明显变化时，不采取措施。 　　2)当振动增大，增加率为接近线性，而且预计在下次监测之前，幅值不会超过正常范围上限值时，不采取措施。 　　3)当振动增大，增加率为接近线性，而且预计在下次监测之前，幅值将超过正常范围上限值时，应安排更频繁的监测。 　　4)当增加率为非线性，或者在预先设置的时间段内，历史数据变化率增加达25％时，应采取连续监测或安排更频繁的监测。 　　b)风电机组振动幅值在报警区域内。 　　1)当幅值不变化时，保持相同的监测间隔。 　　2)当幅值呈接近线性增加，在计划维修之前或者在下一次的监测之前，预计幅值超过需采取措旌的幅值时，或者当增加率为非线性时，应通过连续的或更频繁的监测来验证此增加率并重新安排维修计划。增加监测次数的原则为应保证在重新安排维修之前采集三次数据。 　　当振动幅值减小时，应继续执行原有监测间隔。 　　7.3故障特征频率 　　常见故障原因及其对应的特征频率参见附录c。