基于振动法的风电机组传动链状态监测与故障诊断研究

【摘要】：在人类面临能源危机和环境污染双重挑战的今天,风能作为一种可再生的清洁能源具有巨大的环保效益和商业潜力。随着各国对风能利用的重视和风力发电技术的提高,风电在电力市场中的占有比例不断上升,风电机组单机容量也稳步增加,一旦风电机组故障停机,将对电网安全和国民经济造成巨大影响。在已投产的风电机组中,水平轴、三叶片、上风型、双馈式风电机组仍占据主导地位,然而其传动链结构复杂,一直是风电机组故障的多发区。振动信号作为传动链故障特征信息的载体,能够有效反映风电机组传动链绝大多数的故障信息。因此为了保证风电机组的安全可靠运行,本文基于振动分析方法,针对风电机组传动链的状态监测与故障诊断技术展开研究。 论文首先以研究风电机组传动链的柔性运行特征为出发点,对比分析了在电网多种故障条件下,六组传动链质块模型(包括六质块,四质块,三质块Ⅰ,三质块Ⅱ,二质块和一质块模型)的暂态响应,探讨传动链结构和柔性参数设置对机组暂态运行特性的影响。 其次针对风电机组传动链主要易损部件轴承、轴和齿轮箱的典型故障和失效形式进行研究,并计算得到各部件的主要故障特征参数,确定振动测点位置。 接着论文研究了包括时域指标计算、傅里叶变换、细化谱分析、包络谱分析和小波多分辨分析等方法在内的信号处理手段,实现计算机算法。并提出一种基于小波多分辨分析的风电机组传动链振动故障诊断方法,该方法具有故障特征库的自学习能力和多级预警功能。 最后在上述研究的基础上,结合系统实际功能需求,设计并完成了基于嵌入式系统下位机和基于PC上位机架构的在线监测、故障预警与诊断一体化系统。并将该系统实际应用于大型兆瓦级风电机组上,以实测振动信号为例,通过时域、频域和小波分析等方法阐述风电机组传动链故障诊断过程,提出可能存在的故障隐患。 【关键词】：风电机组传动链 振动 状态监测 故障诊断 小波分析
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM315
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 课题背景11-12
• 1.2 风电机组概述12-13
• 1.2.1 风电机组的基本结构12-13
• 1.2.2 风电机组的常见故障类型13
• 1.3 风电机组状态监测与故障诊断概述13-19
• 1.3.1 状态监测与故障诊断系统的基本结构13-14
• 1.3.2 风电机组的状态监测技术14-15
• 1.3.3 振动信号的基本处理方法15-17
• 1.3.4 故障诊断推理系统17-18
• 1.3.5 风电场SCADA系统18-19
• 1.4 国内外研究现状与存在的问题19-22
• 1.4.1 国内研究现状19-21
• 1.4.2 国外研究现状21-22
• 1.4.3 存在的问题22
• 1.5 研究内容与技术路线22-25
• 1.5.1 研究内容22-23
• 1.5.2 技术路线23-25
• 第二章 风电机组的多种传动链柔性模型对比研究25-38
• 2.1 并网双馈风电机组仿真模型搭建25-31
• 2.1.1 六质块传动链模型26-27
• 2.1.2 四质块传动链模型27-28
• 2.1.3 三质块Ⅰ与三质块Ⅱ传动链模型28-29
• 2.1.4 二质块传动链模型29-30
• 2.1.5 一质块传动链模型30
• 2.1.6 风电机组传动链模型柔性特性统计30-31
• 2.2 多种传动链柔性模型对比仿真31-37
• 2.2.1 风力机叶片不平衡气动转矩分布对暂态响应的影响32-33
• 2.2.2 风电机组在电网故障条件下的暂态响应33-35
• 2.2.3 三质块Ⅱ模型中柔性参数对机组暂态响应的影响35-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 风电机组传动链的常见振动故障分析38-48
• 3.1 滚动轴承常见故障分析38-39
• 3.2 轴常见故障分析39-40
• 3.3 齿轮箱常见故障分析40-45
• 3.4 振动监测点选取45-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 振动信号处理与故障诊断方法研究48-61
• 4.1 振动信号处理方法48-57
• 4.1.1 时域分析法48-49
• 4.1.2 频域分析法49-55
• 4.1.3 小波分析法55-57
• 4.2 风电机组传动链故障诊断方法57-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第五章 振动监测与故障诊断系统的设计与实现61-69
• 5.1 系统总体结构61-62
• 5.2 下位机系统设计62-66
• 5.2.1 下位机硬件设计62-64
• 5.2.2 下位机软件设计64-66
• 5.3 上位机软件设计66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第六章 大型风电机组传动链振动监测与故障诊断应用69-78
• 6.1 振动加速度传感器的安装69-70
• 6.2 齿轮箱故障诊断示例70-75
• 6.2.1 故障特征频率70-71
• 6.2.2 故障分析71-75
• 6.3 主轴轴承故障诊断示例75-76
• 6.4 本章小结76-78
• 第七章 总结与展望78-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间发表文章84

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