风力发电机组振动故障原因分析及处理.pdfVIP

【摘要】风电机组振动超限类故障是一个非常常见的故障，因为涉及电气、传

动、控制、结构、环境很多因素，使得该类故障分析及处理有一定难度。本文通过一个

真实案例，详细阐明机舱加速度超限故障分析过程，为该类故障提供解决方案。

【关键字】振动控制桨距加阻

1.引言

风力发电机组振动超限类故障较为常见，不仅因为风电机组结构，细长的叶

片及塔筒，沉重的机舱容易产生振动。还有多环节的传动链及偏航系统；复杂的

控制策略，开关过程、控制过程，加之一系列动态载荷，如：阵风、湍流、波浪

（海上风机）、地震、叶轮转动等；都有容易激发机组的强烈振动；另外测量回

路中测量本体，线路虚接及干扰问题造成的测量信息错误引发故障也占了该类故

障触发相当大的比重。以上提及的部分都使得该故障频次较高。相反目前风电机

组普遍仅安装了机舱水平方向（X前后、Y左右、Z上下）加速度传感器，又无机

组主要部件固有频率仿真结果，一旦发生实际振动，很难找到振动部位，在无经

验可循的情况下便大大增加了处理难度。

振动故障的处理及分析过程需要有一定的专业知识，涉及方面包括电气、传

动、控制、结构、环境很多因素。本文主要通过描述一个真实振动案例分析和解

决的过程，寻求一个该故障的普遍解决办法，为解决风力发电机组振动故障提供

参考和借鉴。

2.测量回路引发故障

2.1检测回路基本原理

为防止机组振动引发严重后果，一般风电机组会配备加速度传感器计量机舱

振动情况，有些机组厂商还会增加摆锤作为后备保护串入安全链中，通过调节摆

锤的重心高度，达到相应的加速度限值要求。

加速度传感器主要通过对内部质量块所受惯性力的测量，利用牛顿第二定律

获得加速度值，根据传感器敏感元件的不同，常见的加速度传感器包括电容式、

电感式、应变式、压阻式、压电式等。大部分整机厂商应用的是一种电容式加速

度传感器，输出信号是加速度正比电压。也有整机厂商应用的是PCH，使用CAN

通讯进行传输信号，可以测量X、Y、Z三个方向加速度值。

图1：加速度传感器

以某机型为例，这种传感器（见图1）可以测量X和Y两个方向上的振动加

速度，测量范围为-0.5g～+0.5g（g重力加速度），相对应输出的信号范围为0～

10V。将信号以电压形式传给KL3404。该传感器属于测量仪器，可通过内部滑动

变阻器旋钮校准最大及最小值。信号传递给KL3404后，还需要主控进行带通滤

波，滤波后经过计算得到有效值。如：图2，利用两个时间系数取得的低通滤波

值做差，再取其平方和的平方根，其主要目的是补偿衰减，平衡误差。一般来讲

整机采用的加速度传感器对于低频段测量精度较高，抗混频功能较差。

图2机舱加速度滤波过程逻辑框图

2.2检测回路故障处理

无论使用哪种加速度传感器，都会不同程度的受到其测量本体可靠性、传输

线路可靠性、接收信号模块故障及干扰问题的影响从而引发故障。因测量本体、

接收信号模块以及线路虚接问题，经细致检查或替换备件的方法可以找到故障点。

另在新投入风电场可能出现设计算法过于敏感，特殊天气导致机组误报振动加速

度故障。

信号干扰问题，风力发电机组使用的振动模块，更加注重低频段测量精度，

模块本身就具备滤波及抗混频功能。为防止机组误报，主控程序中还会再次对有

效值进行滤波，所以一般情况下不会发生信号干扰引发故障。如果排除真实振动

引发故障及测量本体及线路问题，可针对干扰问题，对信号通道屏蔽层进行接地

（必须保证接地点可靠）；远离强电场或增加屏蔽管；找到干扰源。

3.实际振动引发故障

机组实际振动触发限值并不多见，即便发电机及齿轮箱轴承、主轴轴承发生异常，

一般不会引发机舱加速度超过限值。除非严重失效，但也因此故障点已十分明显，本文

不做讨论。实际振动故障特点：（1）发生在相对高风速段或启停过程；（2）能够感受

到机组运行声音异常及高能振动；（3）从加速度数据（毫秒级）看幅值存在渐变过程，

不存在跳变。

导致实际振动的原因有：

（1）塔筒基础或结构刚性未达到设计要求，导致固有频率下降，与叶轮转频

过于接近引发共振；

（3）机械传动链的某一异常振动频率与系统固有频率重合；