-
關(guān)鍵詞：
風(fēng)電
在線運(yùn)維監(jiān)測
- 摘要：本文介紹了北京艾博唯科技風(fēng)電在線運(yùn)維監(jiān)測系統(tǒng)成功應(yīng)用的具體案例，針對系統(tǒng)現(xiàn)狀、解決方案、系統(tǒng)配置及現(xiàn)場運(yùn)行情況做了詳細(xì)闡述。
1.風(fēng)電在線運(yùn)維監(jiān)測系統(tǒng)
1.1. 系統(tǒng)現(xiàn)狀
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，而風(fēng)機(jī)齒輪及齒輪箱極容易受到損害和出現(xiàn)故障，直接給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
預(yù)知性維護(hù)是一種最新的維護(hù)模式，是以狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際狀況定制備件，制定維修計劃，相對于其它維護(hù)模式可以有效節(jié)約維護(hù)成本，減少停機(jī)時間。尤其適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)關(guān)鍵部件，而安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)預(yù)知維護(hù)的基礎(chǔ)。
風(fēng)電震動和齒輪箱金屬顆粒監(jiān)測系統(tǒng)，針對風(fēng)力發(fā)電設(shè)備本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，考慮到惡劣環(huán)境和各種干擾，對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組關(guān)鍵部位進(jìn)行多傳感器振動監(jiān)測，提取風(fēng)機(jī)齒輪箱等關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行的典型特征，監(jiān)測齒輪箱磨損的不同直徑的金屬顆粒大小和重量，并結(jié)合云平臺專家模型算法，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷，故障分析，發(fā)現(xiàn)隱患，找出根源，為正確措施，提供依據(jù)。在線監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷、預(yù)判，能有效解決風(fēng)場機(jī)械工程師短缺等問題。有助于風(fēng)電場從初級管理模式逐步過渡到少人值守，甚至無人值守的數(shù)字化風(fēng)電場，是風(fēng)場管理模式的發(fā)展趨勢。
齒輪箱磨損探測系統(tǒng)示意圖
傳感器安裝在潤滑系統(tǒng)的過濾器前面，當(dāng)金屬顆粒大于最小尺寸時，傳感器會產(chǎn)生一個電脈沖，并傳送給接收模塊，通過以太網(wǎng)絡(luò)上傳給中心系統(tǒng)。中心系統(tǒng)采集到信號，做累計操作，并和健康設(shè)定限值做比較。這個簡單的設(shè)定值對比可以評判設(shè)備的健康狀況，設(shè)備是否有損壞，程度如何，設(shè)備還可以運(yùn)轉(zhuǎn)多長時間等等，不需要專家分析。
1.2.在線振動和齒輪箱金屬顆粒監(jiān)測
由于風(fēng)電機(jī)組往往地處偏遠(yuǎn)，環(huán)境惡劣，塔架太高，設(shè)備維護(hù)人員難以實(shí)施離線監(jiān)測。對風(fēng)電機(jī)組實(shí)施的線監(jiān)測系統(tǒng)，通過安裝更低成本線監(jiān)測設(shè)備，有效數(shù)據(jù)上傳、共享和分析，預(yù)判大部件故障信息，進(jìn)而指導(dǎo)計劃性維護(hù)與維修，避免因設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞而引起強(qiáng)迫停機(jī)的嚴(yán)重后果，極大地提高設(shè)備管理工作效率。
1.2.1.降低運(yùn)維成本
通過安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以有效監(jiān)測出傳動鏈的早期故障，并進(jìn)行及時維護(hù)，避免發(fā)展成為更為嚴(yán)重的故障，延長部件的使用壽命，降低風(fēng)機(jī)維修成本。可以有效避免因故障停機(jī)導(dǎo)致的非計劃維修，減少計劃維護(hù)時間，提高風(fēng)機(jī)可用率和發(fā)電量。
1.2.2.提高風(fēng)機(jī)可用率
基于先進(jìn)的預(yù)知維護(hù)技術(shù)，快速響應(yīng)和排除風(fēng)機(jī)故障，減少因故障和檢修等因素導(dǎo)致的停機(jī)時間，提高風(fēng)機(jī)可用率，減少發(fā)電量損失。通過安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)可以有效避免因故障停機(jī)導(dǎo)致的非計劃維修，減少計劃維護(hù)時間，提高風(fēng)機(jī)可用率。
1.2.3.提高工作效率
以風(fēng)電廠的核心業(yè)務(wù)流程為驅(qū)動，顯著提升工作效率和管理能力，優(yōu)化機(jī)組備件管理及維修計劃，減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，更加保障了工作人員的安全性。亦可分析部件失效原因，為風(fēng)電機(jī)組設(shè)計和制造的改進(jìn)提供依據(jù)。
1.3.故障原因簡析
我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)目前處在高速發(fā)展階段，其對優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、促進(jìn)節(jié)能減排的作用日益凸顯。但因?yàn)轱L(fēng)電機(jī)組大多安裝在風(fēng)能豐富的地區(qū)，而這些地區(qū)氣候條件惡劣，同時機(jī)組承受無規(guī)律、變速變載荷的風(fēng)力作用，導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)部各部件在運(yùn)行過程中極容易出現(xiàn)故障，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在處理發(fā)電機(jī)、葉片等傳動鏈部件故障時，由于所需備件需要很長的準(zhǔn)備時間，同時現(xiàn)場維修需要租賃吊車等專用設(shè)備，所以造成的停機(jī)時間遠(yuǎn)大于其它故障。機(jī)組傳動鏈故障需要支付高昂的維修費(fèi)，長時間的停機(jī)降低了機(jī)組的有效利用率。因此，對機(jī)械部件的維護(hù)是風(fēng)電機(jī)組維護(hù)的重點(diǎn)。
1.3.1.軸承故障
滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最常用部件之一，一般都是在勻速狀態(tài)下運(yùn)行的。由制造缺陷、安裝不當(dāng)、磨損等，造成的部件故障損傷，常具有隱蔽性、突發(fā)性，甚至造成抱軸卡死故障，致使機(jī)組振動加大，軸承壽命降低，造成其它相關(guān)正常部件壽命終止（如正常運(yùn)行機(jī)械密封由于軸承更換而被迫報廢）。用故障特征頻率（屬于高頻振動）來識別滾動軸承的故障是目前簡單有效的方法。
1.3.2.聯(lián)軸器不對中
兩個相連接的機(jī)器軸線不平行或不重合，一個或多個軸承安裝傾斜或偏心，即為不對中。造成不對中的原因可以是裝配不當(dāng)、調(diào)整不夠、基礎(chǔ)損壞、熱脹或聯(lián)軸節(jié)鎖死等。聯(lián)軸器不對中，會造成機(jī)組振動加大，軸承和機(jī)械密封損傷，甚至聯(lián)軸器螺栓斷裂。
1.3.3.齒輪故障
齒輪是最常見的傳動部件，在機(jī)械傳動、增速、減速等方面得到廣泛應(yīng)用。由于齒輪結(jié)構(gòu)和制造工藝、安裝等因素的影響，或機(jī)組長時間停機(jī)等，都可能導(dǎo)致齒面損傷。統(tǒng)計表明，在齒輪箱的全部零件中，齒輪自身的失效比例占60%。
1.3.4.基礎(chǔ)松動
設(shè)備固定地腳螺栓斷裂或松動，基礎(chǔ)找平斜鐵脫落、找正墊片脫落，甚至支撐結(jié)構(gòu)裂紋，比如鋼制制成框架焊口開裂造成基礎(chǔ)支撐剛性下降，導(dǎo)致機(jī)組振動急劇加大，改變系統(tǒng)固有頻率可能引發(fā)系統(tǒng)共振，造成機(jī)組結(jié)構(gòu)性損傷。
1.4.解決方案
1.4.1.傳感器測點(diǎn)布置
依據(jù)當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的現(xiàn)場工作狀況，較容易產(chǎn)生故障的部位常常是齒輪箱齒輪和發(fā)電機(jī)以及它們前后軸承，并考慮到現(xiàn)場情況及測試的方便性，因此，在監(jiān)測中我們常常選擇齒輪箱、發(fā)電機(jī)的前后軸承作為測量重點(diǎn)：
(1)由于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備機(jī)組系統(tǒng)的復(fù)雜性和工作條件比較惡劣性，如此布置的目的就是為了方便測試。
(2)由于軸承承載著機(jī)器的負(fù)荷，諸多常見的機(jī)械問題（如不對中、不平衡、油膜振蕩、松動等）均會把振動信號傳給軸承。因此通過監(jiān)測軸承的振動，就會及時發(fā)現(xiàn)常見機(jī)械故障和軸承缺陷，為設(shè)備及時必要地維修贏得了足夠時間。
某風(fēng)電公司750KW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，在主軸承、齒輪箱輸入、輸出軸承座及行星部位、發(fā)電機(jī)兩側(cè)軸承座處加裝振動加速度傳感器；增加傾角傳感器，用于監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機(jī)水平角度測量；實(shí)時測量風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)前后軸承座表面的聲發(fā)射數(shù)據(jù)，確定發(fā)電機(jī)前后軸承的健康狀況。
1.4.2.某風(fēng)電在線運(yùn)維監(jiān)測平臺系統(tǒng)
系統(tǒng)中，每個風(fēng)機(jī)配備一臺震動監(jiān)控箱，內(nèi)部安裝艾博唯科技的VMD300風(fēng)電監(jiān)測設(shè)備，VMD300可以外接傳感器，包括振動(通過AD采集)，傾角(通過485總線)，噪聲(通過AD采集)等。在風(fēng)場系統(tǒng)通過研華管理型光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)和企業(yè)云平臺的連接。在云平臺通過研華的WebAccess實(shí)現(xiàn)多個風(fēng)場的風(fēng)機(jī)的運(yùn)維管理。
系統(tǒng)架構(gòu)圖
2.5.金屬顆粒傳感器
2.6.系統(tǒng)展示
2.6.1.硬件特點(diǎn)
在線振動監(jiān)測儀高度集成化：
集多通道振動數(shù)據(jù)采集、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊接口、通道可配、RS232/485接口、傳感器接入和供電、現(xiàn)場LED狀態(tài)指示于一體。
高防護(hù)等級
光電隔離支持2500V隔離；進(jìn)行特別處理，可適應(yīng)強(qiáng)振動及鹽霧環(huán)境；產(chǎn)品符合規(guī)范：
GB/T 17214.1-1998工業(yè)過程測量和控制裝置環(huán)境試驗(yàn)
GB/T17214.1 工業(yè)過程測量和控制裝置工作條件
GB 6587.4-1986電子測量儀器振動試驗(yàn)
GB/T 17626.2靜電放電抗擾度試驗(yàn)
GB/T 17626.3 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)
GB/T 17626.4電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)
GB/T 17626.5-1998浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)
GB/T 17626.5 浪涌（沖擊）抗擾度試驗(yàn)
GB 6587.4 電子測量儀器振動試驗(yàn)
GB 12325 電能質(zhì)量供電電壓允許偏差
GB/T 17626.4-1998電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)
?
安裝方便：
?
模塊化設(shè)計，方便系統(tǒng)擴(kuò)展；結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝。
設(shè)備展示
為某風(fēng)電公司定制設(shè)備和IP65防水箱及傳感器接線
2.6.2.軟件特點(diǎn)
分布式Web云平臺
豐富的軸承數(shù)據(jù)庫
健康預(yù)警功能
統(tǒng)計報表管理
波形音頻還原
軟件展示
3.現(xiàn)場運(yùn)行情況
截至到2015年12月，VDM300系統(tǒng)裝機(jī)1500多臺，覆蓋近百個風(fēng)場，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，獲得最終用戶好評。
現(xiàn)場安裝照片如下：
4.OEM&ODM定制服務(wù)
