1风力发电机的结构及其故障特征
风力发电的基本原理是利用风轮系统的叶片将风的动能转换成机械能，再通过传动系统将机械能传输到发电机，然后由发电机组发电产生电能，最终通过并网将电能输出，完成从风能到电能整个过程的转换。在此过程当中，除了风力发电机组中的风轮系统和传动系统(风力机)、发电系统,还需要其他系统直接或间接地参与整个过程，这些系统构成了如图1所示的风力发电机组。风力发电机主要由风轮系统、主轴系统、齿轮箱系统、电气系统、偏航系统、制动与控制系统、液压系统、塔架和发电机等构成。
图１风力发电机的基本结构示意图
风力发电机组一般架设在50~80m以上的高空,机组的受力情况复杂。风力机的运行工况受风速的影响较大。风力的时强时弱会导致叶片频繁地承受冲击载荷的作用，通过传动系统将冲击载荷传递至风机的各个系统，导致机组的各个部件也同时受到交变冲击载荷的影响，从而使风力发电机组出现故障。风力发电机组常见的运行故障可分为机械故障和电气故障。机械故障主要包括齿轮箱、叶片以及发电机组的运行故障;电气故障则主要为并网系统中的短路、断路、绝缘损坏、过电压以及过电流等故障。
2双馈式风力发电机故障诊断技术研究
2.1常见齿轮箱结构
齿轮箱在风力发电机中作用显著，主要是将转子轴的旋转加速后带动发电机发电，能量通过风轮叶片由风轮主轴传递至齿轮箱，再通过柔性联轴器传递至发电机。齿轮箱结构大致可分为一级行星两级平行轴（双馈）、两级行星一级平行轴（双馈）、带主轴齿轮箱（双馈）以及紧凑型齿轮箱（半直驱）四种。通常情况下，双馈机型一般采用行星轮系+平行轴传动的高速齿轮箱，目前一级行星两级平行轴和两级行星一级平行轴应用最为广泛。区别在于一级行星两级平行轴多应用于2MW及2MW以下的风电机组，可靠性更高，但体积也相应更大；而两级行星一级平行轴主要用于2.5MW以上的风电机组，具有承载力强、变速效率高、体积小的优点。
2.2叶片的状态监测及故障诊断
风力发电机主要利用叶片来吸收风能，它也是风力发电机的关键部件之--。叶片常常会受到湿气的腐蚀，强风或者雷电等因素的破坏，易产生疲劳裂纹等现象，导致叶片出现故障。风力发电机的叶片体型较大，一且发生故障，可能会造成严重的危害，必须经常进行检测。
目前，对于叶片的故障检测，主要利用材料在不同受力情况下的应力变化判断其故障状态。CHOSHAL等基于振动检测方法,通过设置压电陶瓷传感器获取振动信号，提出了多种用于叶片故障诊断的方法，如借助多普勒激光扫描测振仪,将叶片健康时的测量数据作为参考，利用动态变形分析方法诊断叶片故障，虽然诊断结果比较准确，但在实际环境中难以大量应用;也可安装压电陶瓷传感器和激振器,借助传感器信号之间的响应差,比较判断叶片是否存在异常，此方法较为简单,但受传感器安装位置影响，有其局限性。
2.3双馈式风力发电机组的振动特点
风力发电机变桨变速的实现与双馈发电机的应用密不可分，相比于定桨定速风机，变桨变速风机由于引入了双馈发电机转子的控制优化和变桨机构，使得其能够在风速超过额定风速时，一方面叶片变桨减少风能的吸收，另一方面转速增加，加大吸收激增的风能，从而避免了传动链在高风速下承受过大的扭矩和载荷。而定桨定速风机则会因为无法改变风轮转速，在风速激增的时候，传动链只能承受高风速带来的巨大载荷，常常会因为风速变化频率过高引起主轴、齿轮箱等主要承载部件的疲劳损伤。因此，双馈式风机常常会在不同风速下，变速运行以减少载荷，以保证传动链的平稳、安全的运行。从切入风速至额定风速，双馈式风机转速是变化的，通过齿轮箱增速后，高速的转速范围通常在900-1750rpm。这就使得发电机系统可能会在这样一个跨度较大的工作转速区域内发生共振，出现振动超差的问题。
除了固有频率可能引起的振动外，发电机因为其设计和工艺的复杂程度较高，发电机的转子常常会因为一个质量偏心引起的转动不平衡量,使发电机在运行时产生振动，这类振动通常称为机械振动。而另一种因为制造工艺产生的振动称为电磁振动，主要是由气隙不均匀产生的单边磁拉力引起的高频振动。发电机正常工作时,会将激振力和激振频率传输给机舱架,而机舱架多为焊接结构，激振会大大影响其疲劳强度及寿命。从隔振和降噪的角度考虑，最常用的方法就是在发电机的地脚与机舱架连接处安装减振器。
2.4测试参数选择及测点布置
利用该系统对双馈式风力发电机组 5 个不同风机进行振动监测。采用 5 个测试点进行测试。叶轮与齿轮箱之间的轴承分布2 个测试点 1 和 2；齿轮箱输出端布置一个测试点 3；发电机的驱动端布置测试点 4；发电机非驱动端布置测试点 5。系统采用速度传感器测量垂直方向与和水平方向的振动值。
结束语
通过对双馈式风力发电机进行分析，运用频谱、时域波形、包络解调等分析工具，实现在线对设备的故障、损伤等进行快速诊断和分析，有助于及时掌握设备性能的状况、工作状态和磨损情况等关键性技术问题，发现和处理故障，促进设备有效运行和工作，具有较高的工程实用价值。
参考文献
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