基于区间划分的风电齿轮箱在线故障预警方法-论文.pdf

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1、第30卷第8期电力科学与工程Vol_3O．No．82014年8月ElectricPowerScienceandEngineeringAug．，2014基于区间划分的风电齿轮箱在线故障预警方法顾煜炯，苏璐玮，钟阳，徐婷(华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京102206)摘要：针对大型风电机组运行工况复杂多变，依靠恒定的润滑油温度值作为齿轮箱故障预警值容易不报的问题．提出了基于运行区间划分的风电机组齿轮箱在线故障预警方法。该方法通过划分不同的运行区间，对不同运行区间根据高斯模型分别设定阈值。将实时数据代入相应运行区间

2、判定是否异常，再利用移动窗口计算异常率作为触发齿轮箱故障预警的指标。该方法用于某1．5MW风电机组齿轮箱故障的分析，结果表明，该方法能够准确地反映故障的发展趋势，可实现齿轮箱故障的早期预警，避免故障向更严重的方向发展，降低风电机组运行和维修成本。关键词：风电机组；齿轮箱；故障预警；运行区间划分；高斯模型中图分类号：TM614文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1672—0792．2014．08．001家理工学院(KTH)对瑞典、芬兰、德国的21510引言台风电机组故障情况的统计结果表明，齿轮箱故障也是

3、造成机组长时间停机的主要因素。可见，风力发电技术由于其低污染、绿色环保及可实现齿轮箱的故障预警不仅可以极大地减少风电持续发展的特点成为当今世界新能源发展浪潮中机组故障次数，而且能够降低故障停机时间，进的主流能源。随着风电机组向大单机容量的方向而降低维护的成本。发展，风电机组设备的结构和功能日益复杂，加目前，风电机组齿轮箱的故障预警通过安装之风电机组的运行环境恶劣，导致机组的故障率的温度传感器监测到齿轮箱润滑油温度值的超限较高，使得风电机组的维修成本居高不下。风电报警来实现。预警值固定，不能很好地适应风电机组状态监测和

4、故障预警技术通过对机组重要部机组运行工况的复杂性和多变性。如外界风速较件的状态监测，进行故障的早期探测，及早的发低时，风电机组转速较低，即使齿轮箱故障发生，现故障，合理安排运行和维修工作，减轻甚至避齿轮箱润滑油温度也不会到达设定的预警值来触免设备的损坏，达到降低维修成本的作用。发预警，使得故障严重程度不断加深，进而造成齿轮箱作为风电机组的重要部件之一，起着更大的损失。提高转速和传递转矩的作用。由于风速波动较大，为此，本文提出一种基于运行区间辨识和高随机性较强，加之风电机组的运行环境恶劣，风斯分布模型的风电机组故障预警

5、方法。充分考虑电齿轮箱的故障频发。根据西班牙纳瓦拉能源水了风电机组运行环境的复杂性来划定运行区间，电集团(EHN)公司的统计，其2700台风电机根据区间润滑油温度的高斯分布特性，来划定各组在2001～2003年发生的故障中，齿轮箱的故障运行区间齿轮箱润滑油温度的预警限，克服了单分别占到了48％，53％和60％。而根据瑞典皇一恒定预警值不能适应风电机组运行工况多变的收稿日期：2014—05—12。基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075145)；华能科学技术项目(HNKJ—H27)；神华集团科技创新项目(GTKJ

6、一12—02)。作者简介：顾煜炯(1968一)，男，教授，博士生导师，研究方向为电站大型旋转机械振动监测与故障诊断，E-mail：suluwei@ncepu．edu．ca。2电力科学与工程不足。。异常停机及奇异值数据点，这些数据不是机组正常运行时的数据，会对结果的可靠性产生影响，1风电机组齿轮箱在线故障预警方法框架在建立风电机组齿轮箱正常运行条件下的样本数据时，要对上述数据进行剔除。本文提出的风电机组齿轮箱在线故障预警方机组不工作的数据点的判断方法是当风速大法框架如图1所示，分为离线和在线两部分。于切入风速时，输出功

7、率仍为0或负值的点。风一⋯⋯⋯一⋯⋯⋯一：电机组在切入风速以上、切出风速以下功率从正润滑油温处{恕理史数据IliiIl润”滑油温实时数据常值减小到0或负值的点即为风电机组的异常停机点，删除这些点以及前3个停机过程的点(风运行区间划分运行区间辨识电机组历史数据库中数据为10min数据的平均值，删除3个点约为30min的数据)。同理，在运行区间润滑油温度分布和异常点判定切入风速以上，风电机组输出功率由0或负值渐增加到正值的过程即为风电机组切人风速以上的较上下预警线的划定滑动窗口计算异常率启动，删除这些点以及后3个启动过程

8、的点。数超出据中的奇异点指数据点中的异常数据，可能是由异常率报警值设定于传感器故障、通信异常等原因产生，应该加以清除。参考IEC标准中的Bin方法，把风速范图1风电机组齿轮箱在线故障预警框架图围按照0．5m／s间隔分成若干区间(Bin)，每个(1)离线部分：首先对往年的运行数据进行Bin的中心值为0．5m／s的整数倍，计算每个区间收集整理，去除