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摘要：随着新能源技术体系的全面发展，风力发电体系在机组齿轮箱的监测上也逐步有了新的发展。随着时代的进步，风力发电机装机容量与建设规模日益扩大且操作要求不断提升，一旦维护不合理，就会引起设备频繁出现故障。基于此，本文对风力发电机状态监测与故障诊断技术进行了分析，仅供参考。
关键词：风力发电机；状态监测；故障诊断；技术分析
风能作为可再生能源，利用风能进行发电不但能够降低对资源的消耗，缓解我国资源紧张问题，而且可大大减少对环境造成的污染，为推动我国能源消费结构也作出了巨大的贡献。风力发电机是进行风能发电的核心设备，主要是将动能转化为机械能，然后再将机械能转换为电能。这一系列的过程需要通过发电机组内部所有元部件的共同配合完成，但是由于风电场一般都位于比较偏远的地区，发电机在运行过程中受环境影响较大，一旦发生故障，将会造成严重的经济损失。所以需要加强对风力发电机的故障预防工作，通过对发电机进行状态监测可以实时掌握发电机的运行状态，并且通过对状态监测获取的数据进行分析，能够为故障诊断提供有力的参考依据，既能够有效避免故障的发生，又能够缩短故障维修的时间，提高维修效率。
一、概述
1.风力发电机组
其主要指借助风机转换风能与电能，利用电磁感应原理经过调压操作将转换后的电能输送到电网与用户中心。经过多年发展，我国风力发电机组建设日益完善，逐步改进传统的恒速恒频发电机组，应用新技术与设备对风力发电进行创新完善。变速恒频技术是一种新技术，其能够动态化调整风机叶轮转速，结合风速变化调整并引入变流技术，以此确保风力发电保持恒定的输出频率。应用变速恒频技术可以保障风力发电质量，所以现阶段此项技术广泛应用于我国风力发电并网系统。
2.发电机组故障特点
风力发电场一般设置在偏远地区与高山，受自然环境恶劣、风速变化大且外部荷载不稳定等因素影响，使得风力发电机组内部部件极易出现故障。一般机组故障包含齿轮箱、发电机及变频器等几部分。比如风力发电机组发电机部分故障，其主要表现为发电机轴承过热、运行振动太大及自身温度高等。长期研究发现，这些故障主要是由轴承被损、定子绕组绝缘损坏及转子平衡等问题引起的。因此，针对不同故障问题与部件，要采用有效的方法监测其运行状态并进行故障诊断。
二、风力发电机诊测时会出现的问题
1.电气故障发出信号的控制
首先对一些参量的信号开展测验，发出的信号有发电机定子的线圈温度、定子的电压、定子与转子的电流、发电机输出功率以及转子转速等，然后对其进行处理，最后进行识别。要想找到电气不运作的原因，可以使用定子电流检测方式、一小部分放电的监测方式、振动检测法等。转子或定子线圈短路故障根据研究发现是发电机转子、定子线圈绝缘损坏引起的，包括匝间短路、相间短路、层间短路等问题，所以，短路故障监测和诊断是研究的重点。为了监测发电机的状态，可以对电压、电流和转子扭矩进行检测。要想对发电机状态实施更全面的监测，还可以对大气温度和大气压力等进行测量。
2.通过发电机振动、温度和转速等诊断
机械故障发电机输出的电流、电压和功率如果不一样，那就和发电机的机械故障有密切的关系。高频振动一般都是由轴承故障引起的。高频故障的转速很高，达到一千多，要想获得轴承故障特征信号，可以通过振动传感器来取得轴承振动信号，然后对这一信号进行处理，以此解决机械故障中的轴承故障。对轴承故障的诊断可以使用峰值能量法、包络解调法、小波分析法以及基于快速傅立叶变换的故障诊断法。振动频率较低是因为轴系不对准、转子质量不平衡、机座松动等，要想获得这些信息，需要对振动的信号进行滤波、放大处理，然后进行傅立叶交换。
在运行过程中也会出现发电机转子偏心故障和发电机定子和转子之间气隙不均衡的现象，这两个故障是由磨损和温度升高等原因造成的。
三、状态监测和故障诊断技术在风力发电机中的应用
1.叶片状态监测和故障诊断
叶片在风力发电机中主要是吸收风能，长期处于露天环境下，对叶片造成的损伤较大。叶片长度一般在30~40m，所以在运行过程中出现的颤振会导致叶片出现疲劳裂纹，如果在近海地区还会受到海水湿气的腐蚀，阵风和雷击也是影响叶片运行安全的重要因素。为了保证叶片运行的安全性，对叶片的材料、质量和体积都有严格的要求。一旦叶片发生故障，不仅会造成叶片本身的损坏，还会威胁到整机运行的安全性。对叶片的状态监测和故障诊断主要是通过应力应变测量来实现，但是受到叶片材料以及运行环境的影响，对应力应变传感器有一定的要求。光纤光栅传感器因为具有较好的抗电磁干扰、抗腐蚀、尺寸小、寿命长等优点，比较适用于叶片的应力应变检测，在预测叶片使用寿命中具有重要作用。为了弥补光纤光栅传感器的不足，还可将声发射检测和红外成像检测结合运用。利用声发射检测能够检测出叶片因与空气冲击导致的内部应力集中断裂以及变形时释放的应力波，以此来判断叶片健康状况。红外成像检测技术可对叶片表面裂纹、剥落等呈现的热辐射能量分布状态来识别叶片的健康状态。
2.风力发电机状态监测系统
收集发电机振动的信息，对其进行解析，就可以明确机组所有部件的运作状况，这就是传统风力发电机在线情况监控系统的具体实施方法。外国很多企业的风力发电机状态监控系统都是如此，例如，IMX-W和Turningpoint的在线监控系统，分别是瑞典SKF公司和新西兰况德实仪器公司研制的，国内CDMA-6100状态监测与故障诊断系统和VibDAQ网络化离线监控平台，就是西北工业大学和北京的威锐达监控系统有限公司制造研发的。如果只采集和分析振动数据，那么对风力发电机会造成诊断不准确的现象。目前，我国已研制出一种能够对发电机状态实现综合监测和故障诊断的系统，就是WT-1型风力发电机状态监测与故障诊断系统，发电机的电气信息和风力发电机组运输链各个部件的振动信号都可以通过这一系统获得和监控，然后把负序电流法、电流谐波成分分析法等常用的电气信号处理方法集中到该系统中。
3.做好设备检修
风力发电机组运行中，设备安全质量对发电质量有着决定性地影响，如果其中任何部件或设备出现问题，都会对发电机组正常运行造成困扰。所以风力发电机组运行中，必须定期检修并维护各项设备与部件，保障各零部件与设备质量，同时确保准确设置各部件与设备参数。如果检测发现问题，则要深入分析问题及潜在安全隐患，有效规避机组故障。此外，此类户外风力发电机组，恶劣天气环境下还要做好检测维护，极端天气到来前要全面检查风力发电机组，确保风力发电机组在恶劣天气下保持良好运行状态，实现正常运行。工作人员还要加强自身专业素养并提高技术水平，更好地进行风力发电机组设备检修。
结语
风力发电机组齿轮箱监测与故障诊断技术具有十分重要的意义，在进行排查的过程中，需要从全方位、多层次的进行排查。因此，实时、全面及系统化的监测风力发电机组，采取有效的故障诊断方法解决机组运行故障，并且做好各项防范措施，减少发电机发生故障的几率，提高风力发电的效率和质量。
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