CN113294298B - 风电机组偏航传动系统的故障监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法，涉及风电机组技术领域。方法包括确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R；控制偏航制动系统液压制动偏航轴承；逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第一方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d；逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第二方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d，并记录各个偏航驱动电机的转动圈数R_n，其中，n表示偏航驱动电机的编号；对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障。该方法能够快速地确定偏航传动系统是否发生故障，并准确地定位故障位置。

Description

风电机组偏航传动系统的故障监测方法

技术领域

本发明涉及风电机组技术领域，具体而言，涉及一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法。

背景技术

近年来，风电机组的装机容量呈现出爆发式增长，风电机组安装环境复杂，偏航系统作为风电机组重要的对风执行机构，如果偏航系统发生故障，将直接影响风电机组的运行效率，降低发电收益。风电机组的偏航系统出现故障大多表现为偏航驱动电机损坏、偏航齿轮箱卡滞、太阳轮破坏、偏航减速机输出齿、偏航轴承齿圈损坏等。

针对偏航系统执行出现异常后，运维人员通常逐一检查定位偏航传动系统异常位置，最后进行部件维修和更换，这样将产生大量的发电量损失和部件更换费用，耗时耗力。现有的在线预警算法大多采用遗传神经网络、小波分析、支持向量机等方法进行建模分析，但上述方法计算复杂、可靠性低、较难在PLC中实施、在数据处理准确性和时效性方面都亟待提高。同时，现有技术需要一定的附加设备支持，设备成本也较高。

发明内容

本发明的目的包括提供一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其能够快速地确定偏航传动系统是否发生故障，并准确地定位故障位置。

本发明的实施例可以这样实现：

本发明提供一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法，方法包括：

确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R；

控制偏航制动系统液压制动偏航轴承；

逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第一方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d；

逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第二方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d，并记录各个偏航驱动电机的转动圈数R_n，其中，n表示偏航驱动电机的编号；

对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障。

在可选的实施方式中，确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R的步骤包括：

计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机内部齿隙需要转动的总圈数R₁；

计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机输出齿轮与偏航轴承齿隙需要转动的圈数R₂；

计算圈数R，其中，R＝R₁+R₂。

在可选的实施方式中，计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机内部齿隙需要转动的总圈数R₁的步骤包括：

测量偏航减速机内部各级齿轮副的齿隙j；

确定偏航减速机输入轴至各级齿轮副的传动比r；

根据齿隙j和传动比r，计算出总圈数R₁。

在可选的实施方式中，计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机输出齿轮与偏航轴承齿隙需要转动的圈数R₂的步骤包括：

计算偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙j_b；

确定偏航减速机输入轴至输出轴的传动比r；

根据齿隙j_b和传动比r，计算出圈数R₂。

在可选的实施方式中，计算偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙j_b的步骤包括：

沿偏航轴承齿圈周向均布测量k次偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙，分别为j_b1、j_b2、····、j_bk；

计算出j_b，其中，j_b＝(j_b1+j_b2+····+j_bk)/k。

在可选的实施方式中，对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障的步骤包括：

当R-∈≤R_n≤R+∈时，判定偏航传动系统未发生故障；

当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，判定偏航传动系统发生故障；

其中，∈为考虑偏航传动系统安装制造精度和齿面磨损后给定的允许偏航驱动电机转动圈数偏差值。

在可选的实施方式中，当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，判定偏航传动系统发生故障的步骤包括：

当Φ≤R_n＜R-∈时，判定偏航传动系统的偏航减速机发生卡滞现象；

当R_n＜Φ时，检查偏航驱动电机接通状态下是否存在电流，再确定偏航传动系统发生故障的位置；

当R_n＞R+∈时，检查偏航传动系统的各个连接处，再确定偏航传动系统发生故障的位置；

其中，Φ为考虑偏航驱动电机启动后最小余量而确定偏航驱动电机卡滞转动圈数阈值。

在可选的实施方式中，当R_n＜Φ时，检查偏航驱动电机接通状态下是否存在电流，再确定偏航传动系统发生故障的位置的步骤包括：

检查偏航驱动电机接通状态下是否存在电流；

若存在电流，则检查偏航驱动电机尾部制动器是否异常或偏航驱动电机的输出轴是否卡滞；

若不存在电流，则判定偏航驱动电机存在故障。

在可选的实施方式中，当R_n＞R+∈时，检查偏航传动系统的各个连接处，再确定偏航传动系统发生故障的位置的步骤包括：

检查偏航驱动电机与偏航减速机连接处的螺栓是否连接紧固；

检查偏航减速机与机舱连接处的螺栓是否连接紧固；

检查偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿圈啮合是否异常；

检查偏航驱动电机的输出轴与偏航减速机的输入轴配合是否异常；

检查偏航减速机内部齿轮啮合是否异常；

定位偏航传动系统发生故障的位置。

在可选的实施方式中，控制偏航制动系统液压制动偏航轴承的步骤之前，方法包括：

风电机组在满足测试条件后自动进行偏航传动系统的故障检测，其中，测试条件包括风电机组处于停机状态、桨叶处于收桨位置、偏航系统处于停止偏航状态以及偏航驱动电机的电磁制动器为放松指令。

本发明实施例提供的风电机组偏航传动系统的故障监测方法的有益效果包括：

通过逐一控制偏航驱动电机先按照第一方向旋转，直至停转，再按照第二方向旋转，直至停转，并记录各个偏航驱动电机的转动圈数R_n，对比转动圈数R_n与风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R，如果转动圈数R_n相对于圈数R在允许的范围内，则可以判定偏航传动系统未发生故障，相反，则可以判定偏航传动系统发生故障，并可以准确地定位故障位置，整个监测方法简单、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的风电机组偏航传动系统的故障监测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供了一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法(以下简称：“方法”)，其中，偏航传动系统包括偏航驱动电机、偏航减速机、偏航轴承等偏航执行机构，偏航驱动电机为变频电机，以便于测量出偏航驱动电机的转动圈数，该方法包括以下步骤：

S1：确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R。

其中，圈数R可以通过数值计算或实测的方法确定。

圈数R通过数值计算确定过程为：

1)测量偏航减速机内部各级齿轮副的齿隙j，确定偏航减速机输入轴至各级齿轮副的传动比r。

2)计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机内部齿隙需要转动的总圈数R₁。

其中，偏航减速机内部一般由三至四级行星齿轮副组成，在消除偏航减速机内部齿隙时，应分别测量每一级行星级齿轮副齿隙，并计算输入轴至该级行星齿轮副的传动比，计算得到消除该级行星齿轮副齿隙，输入轴需要转动的圈数。最后将消除各级齿隙转动的总圈数和即为R₁，因此，依据行星齿轮副级数不同，j为j₁、j₂、j₃、···、j_i，传动比r为r₁、r₂、r₃、···、r_i，下标i表示偏航减速机的级数。

3)计算偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机输出齿轮与偏航轴承齿隙需要转动的圈数R₂。

其中，首先，计算偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙j_b。沿偏航轴承齿圈周向均布测量k次偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙，分别为j_b1、j_b2、····、j_bk，则计算出j_b，其中，j_b＝(j_b1+j_b2+····+j_bk)/k。其次，确定偏航减速机输入轴至输出轴的传动比r。最后，根据齿隙j_b和传动比r，计算出圈数R₂。

其中，偏航减速机的输出端与偏航轴承啮合部分，消除该处齿隙，偏航驱动电机需要经过整个偏航减速机减速后来执行，此处仅有一对齿轮副。

4)计算圈数R，其中，R＝R₁+R₂。

圈数R通过实测的方法的确定过程为：

1)选取一台未投入使用且偏航传动系统、偏航制动系统正常运转的风电机组，将偏航制动系统液压制动偏航轴承，同时偏航驱动电机尾部的制动器处于松弛状态，逐一使偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第一方向进行旋转，直至所有偏航驱动电机停转；

其中，偏航制动系统包括液压站、制动卡钳、刹车盘等偏航制动机构。

2)逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第二方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d。

3)记录各偏航驱动电机停转后实际转动圈数R’₁、R’₂、R’₃、···、R’_n，并计算平均转动圈数R＝R’_avg＝(R’₁+R’₂+R’₃+···+R’_n)/n，即偏航驱动电机为消除齿隙需要转动的圈数，其中，n表示偏航驱动电机的编号，R’_n表示第n个偏航驱动电机的转动圈数。

S2：风电机组在满足测试条件后自动进行偏航传动系统的故障检测。

其中，测试条件包括：

1)风电机组处于停机状态、桨叶处于收桨位置、偏航系统处于停止偏航状态以及偏航驱动电机的电磁制动器为放松指令。

2)机位点处于小风状态。

S3：逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第一方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d。

S4：逐一控制偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第二方向旋转，直至所有偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d，并记录各个偏航驱动电机的转动圈数R_n。

其中，n表示偏航驱动电机的编号。

其中，S1、S3和S4中的指定转矩T_q应选择较低转矩，以使偏航驱动电机旋转，且指定转矩T_q应略高于驱动偏航减速机消除偏航传动系统齿隙所需的转矩，并无法驱动高压制动后的偏航轴承旋转。

S4中的指定时长t_d应选择超过正常情况下消除偏航传动系统齿隙需要的时长。

S5：对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障。

具体的，逐一将偏航驱动电机的转动圈数R₁、R₂、R₃、···、R_n与R进行比较。

当R-∈≤R_n≤R+∈时，∈为考虑偏航传动系统安装制造精度和齿面磨损后给定的允许偏航驱动电机转动圈数偏差值，说明偏航驱动电机的转动圈数在正常设计范围内，则判定偏航传动系统未发生故障。

当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，则判定偏航传动系统发生故障。

当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，再进一步分为以下情况：

当Φ≤R_n＜R-∈时，说明偏航驱动电机的转动圈数低于正常设计范围内，则判定偏航传动系统的偏航减速机发生卡滞现象，进一步地，可以用数值计算的方法计算出偏航驱动电机消除偏航减速机各级齿轮副的齿隙需要的转动圈数，定位卡滞情况出现的位置。

当R_n＜Φ时，Φ为考虑偏航驱动电机启动后最小余量而确定偏航驱动电机卡滞转动圈数阈值，检查偏航驱动电机接通状态下是否存在电流，再确定偏航传动系统发生故障的位置；具体的检查过程为：检查偏航驱动电机接通状态下是否存在电流；若存在电流，则检查偏航驱动电机尾部制动器是否异常或偏航驱动电机的输出轴是否卡滞；若不存在电流，则判定偏航驱动电机存在故障。

当R_n＞R+∈时，检查偏航传动系统的各个连接处，再确定偏航传动系统发生故障的位置。具体的检查顺序为：检查偏航驱动电机与偏航减速机连接处的螺栓是否连接紧固；检查偏航减速机与机舱连接处的螺栓是否连接紧固；检查偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿圈啮合是否异常；检查偏航驱动电机的输出轴与偏航减速机的输入轴配合是否异常；检查偏航减速机内部齿轮啮合是否异常；从而，定位偏航传动系统发生故障的位置。

S6：根据确定结果，发出提示信息。

具体的，提示信息包括正常和故障，当R-∈≤R_n≤R+∈时，则提示正常，当R_n属于其它范围时，则提示故障，故障的具体类型可以参照S5中的分类。

本实施例提供的风电机组偏航传动系统的故障监测方法的有益效果包括：

1.通过逐一控制偏航驱动电机先按照第一方向旋转，直至停转，再按照第二方向旋转，直至停转，并记录各个偏航驱动电机的转动圈数R_n，对比转动圈数R_n与风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R，如果转动圈数R_n相对于圈数R在允许的范围内，则可以判定偏航传动系统未发生故障，相反，则可以判定偏航传动系统发生故障，并可以准确地定位故障位置，整个监测方法简单、可靠；

2.该方法通过自动检测各个偏航驱动电机为消除齿隙所转动的圈数，间接测量偏航传动系统的齿隙变化，在线监测偏航驱动电机、偏航减速机及偏航轴承在风电机组服役过程中出现的异常，实现快速辅助定位故障位置，在一定程度上减少了因偏航传动系统故障引起的停机时长，大大提高了现场运维人员的工作效率。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述方法包括：

确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R；

控制偏航制动系统液压制动偏航轴承；

逐一控制所述偏航驱动电机以指定转矩T_q按照第一方向旋转，直至所有所述偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d；

逐一控制所述偏航驱动电机以所述指定转矩T_q按照第二方向旋转，直至所有所述偏航驱动电机停转或达到指定时长t_d，并记录各个所述偏航驱动电机的转动圈数R_n，其中，n表示所述偏航驱动电机的编号；

对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障。

2.根据权利要求1所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述确定风电机组的偏航驱动电机消除偏航传动系统的齿隙需要转动的圈数R的步骤包括：

计算所述偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机内部齿隙需要转动的总圈数R₁；

计算所述偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机输出齿轮与偏航轴承齿隙需要转动的圈数R₂；

计算圈数R，其中，R＝R₁+R₂。

3.根据权利要求2所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述计算所述偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机内部齿隙需要转动的总圈数R₁的步骤包括：

测量偏航减速机内部各级齿轮副的齿隙j；

计算偏航减速机输入轴至各级齿轮副的传动比r；

根据所述齿隙j和所述传动比r，计算出总圈数R₁。

4.根据权利要求2所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述计算所述偏航驱动电机的输出轴消除偏航减速机输出齿轮与偏航轴承齿隙需要转动的圈数R₂的步骤包括：

计算偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙j_b；

确定偏航减速机输入轴至输出轴的传动比r；

根据所述齿隙j_b和所述传动比r，计算出圈数R₂。

5.根据权利要求4所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述计算偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙j_b的步骤包括：

沿偏航轴承齿圈周向均布测量k次偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿轮副的齿隙，分别为j_b1、j_b2、····、j_bk；

计算出j_b，其中，j_b＝(j_b1+j_b2+····+j_bk)/k。

6.根据权利要求1所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述对比R_n与R，确定偏航传动系统是否发生故障的步骤包括：

当R-∈≤R_n≤R+∈时，判定所述偏航传动系统未发生故障；

当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，判定所述偏航传动系统发生故障；

其中，∈为考虑所述偏航传动系统安装制造精度和齿面磨损后给定的允许偏航驱动电机转动圈数偏差值。

7.根据权利要求6所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述当R_n＜R-∈或R_n＞R+∈时，判定所述偏航传动系统发生故障的步骤包括：

当Φ≤R_n＜R-∈时，判定所述偏航传动系统的偏航减速机发生卡滞现象；

当R_n＜Φ时，检查所述偏航驱动电机接通状态下是否存在电流，再确定所述偏航传动系统发生故障的位置；

当R_n＞R+∈时，检查所述偏航传动系统的各个连接处，再确定所述偏航传动系统发生故障的位置；

其中，Φ为考虑偏航驱动电机启动后最小余量而确定偏航驱动电机卡滞转动圈数阈值。

8.根据权利要求7所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述当R_n＜Φ时，检查所述偏航驱动电机接通状态下是否存在电流，再确定所述偏航传动系统发生故障的位置的步骤包括：

检查所述偏航驱动电机接通状态下是否存在电流；

若存在电流，则检查所述偏航驱动电机尾部制动器是否异常或所述偏航驱动电机的输出轴是否卡滞；

若不存在电流，则判定所述偏航驱动电机存在故障。

9.根据权利要求7所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述当R_n＞R+∈时，检查所述偏航传动系统的各个连接处，再确定所述偏航传动系统发生故障的位置的步骤包括：

检查所述偏航驱动电机与偏航减速机连接处的螺栓是否连接紧固；

检查所述偏航减速机与机舱连接处的螺栓是否连接紧固；

检查所述偏航减速机的输出齿轮与偏航轴承齿圈啮合是否异常；

检查所述偏航驱动电机的输出轴与所述偏航减速机的输入轴配合是否异常；

检查所述偏航减速机内部齿轮啮合是否异常；

定位所述偏航传动系统发生故障的位置。

10.根据权利要求1所述的风电机组偏航传动系统的故障监测方法，其特征在于，所述控制偏航制动系统液压制动偏航轴承的步骤之前，所述方法包括：

风电机组在满足测试条件后自动进行所述偏航传动系统的故障检测，其中，所述测试条件包括风电机组处于停机状态、桨叶处于收桨位置、偏航系统处于停止偏航状态以及偏航驱动电机的电磁制动器为放松指令。

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