CN105569931B

CN105569931B - 一种风力发电机传动链故障诊断方法

Info

Publication number: CN105569931B
Application number: CN201511030388.0A
Authority: CN
Inventors: 翁艳; 张志胜; 常志坤
Original assignee: Sany Heavy Energy Equipment Co Ltd
Current assignee: Sany Renewable Energy Co Ltd
Priority date: 2015-12-31
Filing date: 2015-12-31
Publication date: 2018-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-31
Also published as: CN105569931A

Abstract

本发明提供了一种风力发电机传动链故障诊断方法，第一转速传感器检测的主轴转速与第二转速传感器检测的高速轴转速之间的计算传动比为A1，第一转速传感器检测的主轴转速与第三转速传感器检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B1，第二转速传感器检测的高速轴转速与第三转速传感器检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为C1；判断计算传动比A1、B1、C1与实际传动比A0、B0、C0是否一致，得出风力发电机传动链故障点。本发明将多个转速传感器布置在风力发电机传动链各个部位，采用传动比判断法，能够快速定位故障发生的位置，提高了整个风机控制系统的健壮性，减小了故障停机时间，提高了系统发电量。

Description

一种风力发电机传动链故障诊断方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，特别涉及一种风力发电机传动链故障诊断方法。

背景技术

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，在国内已投产的风力发电机组中，水平轴、三叶片、双馈式风力发电机组占据主导地位。

风力发电机(简称风机)是通过风轮将机械能通过传动链传递给发电机。传动链包括风轮、主轴、齿轮箱、高速轴、发电机，风轮通过主轴通过齿轮箱，齿轮箱通过高速轴驱动发电机。齿轮箱是一种增速机，增速机用来将主轴转速从20～50转/分增加到1000～1500转/分，后者转速是驱动大多数发电机所需要的转速。

由于大型风力发电机组一般地处宽阔边缘地区，恶劣的自然环境加上复杂的机组设备使得风电机组很容易遭受破坏，影响生产。风力发电机组的故障停机，将对电网安全和国民经济造成更大的影响，因此提高风力发电的可靠性、高线性冗余性变得刻不容缓。然而，目前风电场维护一般采用定时维修和故障维修方式，此种维修方式很难全面、及时的发现潜在的故障，往往造成矿工持久，损失重大。

由于双馈风力发电机传动链结构复杂，一直是风力发电机组故障的多发区。由于风轮叶片传输的过程中有波动，因此造成传动链及其转速传感器处于振动环境之中，此环境容易造成安装的转速传感器松动，从而导致转速不准。同时，风机传动链转速的可靠测量，确保风机的运行安全。一旦风机转速测量出现异常，或者当传动链某部件发生故障时,控制系统无法按照控制策略进入停机状态，可能导致严重的飞车事故。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种风力发电机传动链故障诊断方法，以解决风力发电机传动链故障诊断的问题。

一方面，本发明提供了一种风力发电机传动链故障诊断方法，主轴转速与高速轴转速之间的实际传动比为A0，主轴转速与发电机输出轴转速之间的实际传动比为B0，高速轴转速与发电机输出轴转速之间的实际传动比为C0；

第一转速传感器检测的主轴转速与第二转速传感器检测的高速轴转速之间的计算传动比为A1，第一转速传感器检测的主轴转速与第三转速传感器检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B1，第二转速传感器检测的高速轴转速与第三转速传感器检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为C1；判断计算传动比A1、B1、C1与实际传动比A0、B0、C0是否一致，得出风力发电机传动链故障点。

进一步地，第四转速传感器检测的主轴冗余转速与第一转速传感器检测的主轴转速的实际传动比为D0；第四转速传感器检测的主轴冗余转速与第一转速传感器检测的主轴转速的计算传动比为D1，第四转速传感器检测的主轴冗余转速与第二转速传感器检测的高速轴转速之间的计算传动比为A2，第四转速传感器检测的主轴冗余转速与第三转速传感器检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B2；判断计算传动比D1、A2、B2与实际传动比D0、A0、B0是否一致，或者判断计算传动比D1、A2、B2与实际传动比D0、A1、B1是否一致，得出风力发电机传动链故障点。

进一步地，若A1≠A0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器或第二转速传感器存在故障，若A1＝A0，可得出主轴和齿轮箱和第一转速传感器和第二转速传感器无故障；若C1≠C0，可得出高速轴或者发电机或者第二转速传感器或者第三转速传感器存在故障，若C1＝C0，可得出高速轴和发电机和第二转速传感器和第三转速传感器无故障；若C1＝C0、B1≠B0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器存在故障，若A1＝A0、B1≠B0，可得出高速轴或者发电机或者第三转速传感器存在故障。

进一步地，若A1≠A0、B1＝B0、C1≠C0，可得出第二转速传感器存在故障；若A1≠A0、B1＝B0，可得出第二转速传感器存在故障。

进一步地，若A1≠A0、A2＝A0，可得出第一转速传感器存在故障；或者若B1≠B0、B2＝B0，可得出第一转速传感器存在故障。

进一步地，若A2≠A0、A1＝A0，可得出第四转速传感器存在故障；或者若B2≠B0、B1＝B0，可得出第四转速传感器存在故障。

进一步地，若C1＝C0、B1≠B0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障，或者若C1＝C0、A1≠A0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障。

进一步地，当判断得出第一转速传感器或者第二转速传感器或者第三转速传感器出现故障时，发出报警信号；当判断得出主轴或者齿轮箱或者高速轴或者发电机出现故障时，控制风力发电机停止工作。

进一步地，风力发电机传动链包括风轮、主轴、齿轮箱、高速轴、发电机、第一转速传感器、第二转速传感器、第三转速传感器；风轮通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过高速轴与发电机连接；第一转速传感器检测的主轴转速，第二转速传感器检测的高速轴转速，第三转速传感器检测的发电机输出轴转速。

本发明提出的风力发电机传动链故障诊断方法，将多个转速传感器布置在风力发电机传动链各个部位，采用传动比判断法，能够快速定位故障发生的位置，提高了整个风机控制系统的健壮性，减小了故障停机时间，提高了系统发电量。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明风力发电机传动链示意图；

图2为本发明风力发电机传动链故障诊断方法示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并接合实施例来详细说明本发明。

下面接合图1和图2，对本发明的优选作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的风力发电机传动链包括风轮、主轴、齿轮箱、高速轴、发电机、第一转速传感器1、第二转速传感器2、第三转速传感器3、第四转速传感器4；风轮通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过高速轴与发电机连接；第一转速传感器1检测的主轴转速，第二转速传感器2检测的高速轴转速，第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速。第四转速传感器4其实为主轴冗余转速传感器，第四转速传感器4检测主轴冗余转速。主轴冗余转速是多余的重复主轴转速，在正常情况下，主轴冗余转速等于主轴转速。第四转速传感器4主要目的是判断第一转速传感器1的好坏，如果第一转速传感器1损坏，可以用第四转速传感器4代替，保证风力发电机正常运行，防止风力发电机停止。如图1所示，第二转速传感器2可以安装在“2’”位置。另外，也可以在风力发电机传动链其它位置布置转速传感器来诊断故障点。

本实施例的第一转速传感器1采用激光转速传感器，第二转速传感器2采用转速编码器(即为接近开关)，第三转速传感器3采用接近开关、第四转速传感器4采用增量式编码器。当然第一转速传感器1、第二转速传感器2、第三转速传感器3、第四转速传感器4也可以采用其它类型的转速传感器。

针于风力发电机(简称风机)传动链的主轴和高速轴超速保护，风力发电机控制策略设计了两级安全链保护：一级安全链(硬件控制)和二级安全链(软件控制)。一旦发现转速超过最高限定值，风机系统必须进入停机状态。

当发生转速传感器固定螺栓松动,造成某一转速传感器机械结合点打滑，或转速传感器损坏时，可能导致测量转速值低于实际值，此时控制系统获取的转速信号将低于实际转速，但可通过正常转速传感器获取转速信号，只需要进入报警，而无需停机。

当风力发电机传动链某部件损坏或联轴器打滑时,测量的转速值也会低于实际值，但此时必须进行停机，等待维护人员处理。

为了保证发电量，控制系统即不能因为某一转速传感器发生故障，而使得风机频繁停机。也不能当风力发电机传动链发生故障时，带病运行对系统造成进一步的损害。因此，必须对风力发电机传动链转速故障进行准确定位，保证风机的运行安全。

如图2所示，本发明基于上述创新思路，提出一种风力发电机传动链故障诊断方法：具体控制策略如下：

1、风力发电机传动链各部件均为刚性连接，因此根据风力发电机传动链传动比可以得出各个转速传感器位置之间的实际传动比，风力发电机传动链结构固定后，该实际传动比是个固定值。也就是风力发电机传动链各部件完好，无故障的情况下，各转速传感器检测的转速比值。

假如：风力发电机传动链各部件完好，无故障的情况下，第一转速传感器1检测的主轴转速与第二转速传感器2检测的高速轴转速之间的实际传动比为A0，第一转速传感器1检测的主轴转速与第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速之间的实际传动比为B0，第二转速传感器2检测的高速轴转速与第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速之间的实际传动比为C0。

风力发电机在运行过程中，第一转速传感器1检测的主轴转速与第二转速传感器2检测的高速轴转速之间的计算传动比为A1，第一转速传感器1检测的主轴转速与第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B1，第二转速传感器2检测的高速轴转速与第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为C1。

在风力发电机传动链各部件无故障情况下，A0＝A1、B0＝B1、C0＝C1。在风力发电机传动链一零件出现故障，实际传动比A1、B1、C1与对应的计算传动比A0、B0、C0会不一致，如果某一个实际传动比与对应的计算传动比不一致，其它实际传动比与对应的计算传动比一致，即可得出不一致处存在故障点。如果是发生转速传感器故障，无需不停机，只需发出故障报警信息，通知维修人员检修。当故障定位为传动链中机械部件故障时，必须停机保护，并通知维修人员检修。

例如：若A1≠A0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器1或第二转速传感器2存在故障，若A1＝A0，可得出主轴和齿轮箱和第一转速传感器1和第二转速传感器2无故障；若C1≠C0，可得出高速轴或者发电机或者第二转速传感器2或者第三转速传感器3存在故障，若C1＝C0，可得出高速轴和发电机和第二转速传感器2和第三转速传感器3无故障；若C1＝C0、B1≠B0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器1存在故障，若A1＝A0、B1≠B0，可得出高速轴或者发电机或者第三转速传感器3存在故障。

例如：若A1≠A0、B1＝B0、C1≠C0，可得出第二转速传感器2存在故障；若A1≠A0、B1＝B0，可得出第二转速传感器2存在故障。

为了判断第一转速传感器1的好坏，保证风力发电机正常运行，防止风力发电机停止。增设了第四转速传感器4。

假如：风力发电机传动链各部件完好，无故障的情况下，第四转速传感器4检测的主轴转速与第一转速传感器1检测的主轴冗余转速的实际传动比为D0；如果第四转速传感器4与第一转速传感器1安装位置一致，实际传动比D0＝1。

风力发电机在运行过程中，第四转速传感器4检测的主轴冗余转速与第一转速传感器1检测的主轴转速的计算传动比为D1，第四转速传感器4检测的主轴冗余转速与第二转速传感器2检测的高速轴转速之间的计算传动比为A2，第四转速传感器4检测的主轴冗余转速与第三转速传感器3检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B2。

在风力发电机传动链各部件无故障情况下：

A0＝A1＝A2、B0＝B1＝B2、C0＝C1、D0＝D1＝1。

例如：若A1≠A0、A2＝A0，可得出第一转速传感器1存在故障；或者若B1≠B0、B2＝B0，可得出第一转速传感器1存在故障。

若A2≠A0、A1＝A0，可得出第四转速传感器4存在故障；或者若B2≠B0、B1＝B0，可得出第四转速传感器4存在故障。

若C1＝C0、B1≠B0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障，或者若C1＝C0、A1≠A0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障。

控制系统当判断得出第一转速传感器1或者第二转速传感器2或者第三转速传感器3或者第四转速传感器4出现故障时，发出报警信号；当判断得出主轴或者齿轮箱或者高速轴或者发电机出现故障时，控制风力发电机停止工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于，主轴转速与高速轴转速之间的实际传动比为A0，主轴转速与发电机输出轴转速之间的实际传动比为B0，高速轴转速与发电机输出轴转速之间的实际传动比为C0；第一转速传感器(1)检测的主轴转速与第二转速传感器(2)检测的高速轴转速之间的计算传动比为A1，第一转速传感器(1)检测的主轴转速与第三转速传感器(3)检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B1，第二转速传感器(2)检测的高速轴转速与第三转速传感器(3)检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为C1；判断计算传动比A1、B1、C1与实际传动比A0、B0、C0是否一致，得出风力发电机传动链故障点；第四转速传感器(4)检测的主轴冗余转速与第一转速传感器(1)检测的主轴转速的实际传动比为D0；第四转速传感器(4)检测的主轴冗余转速与第一转速传感器(1)检测的主轴转速的计算传动比为D1，第四转速传感器(4)检测的主轴冗余转速与第二转速传感器(2)检测的高速轴转速之间的计算传动比为A2，第四转速传感器(4)检测的主轴冗余转速与第三转速传感器(3)检测的发电机输出轴转速之间的计算传动比为B2；判断计算传动比D1、A2、B2与实际传动比D0、A0、B0是否一致，或者判断计算传动比D1、A2、B2与实际传动比D0、A1、B1是否一致，得出风力发电机传动链故障点。

2.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于，若A1≠A0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器(1)或第二转速传感器(2)存在故障，若A1＝A0，可得出主轴和齿轮箱和第一转速传感器(1)和第二转速传感器(2)无故障；若C1≠C0，可得出高速轴或者发电机或者第二转速传感器(2)或者第三转速传感器(3)存在故障，若C1＝C0，可得出高速轴和发电机和第二转速传感器(2)和第三转速传感器(3)无故障；若C1＝C0、B1≠B0，可得出主轴或齿轮箱或第一转速传感器(1)存在故障，若A1＝A0、B1≠B0，可得出高速轴或者发电机或者第三转速传感器(3)存在故障。

3.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于，若A1≠A0、B1＝B0、C1≠C0，可得出第二转速传感器(2)存在故障；若A1≠A0、B1＝B0，可得出第二转速传感器(2)存在故障。

4.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于：若A1≠A0、A2＝A0，可得出第一转速传感器(1)存在故障；或者若B1≠B0、B2＝B0，可得出第一转速传感器(1)存在故障。

5.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于：若A2≠A0、A1＝A0，可得出第四转速传感器(4)存在故障；或者若B2≠B0、B1＝B0，可得出第四转速传感器(4)存在故障。

6.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于：若C1＝C0、B1≠B0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障，或者若C1＝C0、A1≠A0、D1＝D0，可得出主轴或齿轮箱存在故障。

7.根据权利要求1所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于：当判断得出第一转速传感器(1)或者第二转速传感器(2)或者第三转速传感器(3)出现故障时，发出报警信号；当判断得出主轴或者齿轮箱或者高速轴或者发电机出现故障时，控制风力发电机停止工作。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的风力发电机传动链故障诊断方法，其特征在于：风力发电机传动链包括风轮、主轴、齿轮箱、高速轴、发电机、第一转速传感器(1)、第二转速传感器(2)、第三转速传感器(3)；风轮通过主轴与齿轮箱连接，齿轮箱通过高速轴与发电机连接；第一转速传感器(1)检测的主轴转速，第二转速传感器(2)检测的高速轴转速，第三转速传感器(3)检测的发电机输出轴转速。