某發(fā)電機(jī)故障診斷案例
1 概述 某風(fēng)電場若干機(jī)組中的一組在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)振動幅度較大,，運(yùn)行一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)冷卻器螺栓發(fā)生多次斷裂，更換發(fā)電機(jī)軸承后問題也沒有明顯改善,。
本次測試通過對該風(fēng)機(jī)傳動鏈及發(fā)電機(jī)的測試,，評估和分析該風(fēng)機(jī)故障原因。
2 振動測試及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
VDI 3834風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈的振動測試規(guī)范,，國內(nèi)各大風(fēng)機(jī)廠家采用比較多,，因此,，該測試也參考VDI 3834振動規(guī)范進(jìn)行測試、評價(jià),。
VDI 3834中,，對振動加速度測點(diǎn)及數(shù)據(jù)采集時(shí)間、分析頻率都做了相關(guān)的要求,。
（1）數(shù)據(jù)采集時(shí)間長度：對主軸及齒輪箱輸入端等低頻振動加速度信號,，采樣時(shí)間為不少于10 min；齒輪箱輸出端及電機(jī)輸入端等中高頻振動加速度信號,，采樣時(shí)間不少于1min,。
（2）測點(diǎn)分析頻率：對主軸及齒輪箱輸入端等低頻振動加速度信號，分析頻率為0.1Hz10Hz,；齒輪箱輸出端，分析頻率為10Hz2000Hz,；發(fā)電機(jī)輸入端,，振動分析頻率為：10Hz~5000Hz。
（3）傳感器布置位置：主要布置在各個(gè)關(guān)心轉(zhuǎn)動部件的軸承支座上,。
（4）各個(gè)測點(diǎn)的振動加速度限值,，如下圖所示；同時(shí)對各個(gè)限值的定義分別作了相關(guān)的解釋,，如下圖所示,。
圖1 VDI 3834 振動加速度頻率范圍及限值區(qū)域Ⅰ：評估參數(shù)位于此區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其組件，被視為適合在其振動載荷下連續(xù)運(yùn)行,。
區(qū)域Ⅱ：振動位于此區(qū)域的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其組件,，通常被視為不適合持久地連續(xù)運(yùn)行。建議檢查哪一處激勵對此負(fù)責(zé),，考慮到其設(shè)計(jì)和運(yùn)行條件,，檢查測得的值是否允許無限制的連續(xù)運(yùn)行。
區(qū)域Ⅲ：位于此區(qū)域的振動一般被視為危險(xiǎn),，它會對風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其組件產(chǎn)生損壞,。
用作驗(yàn)收值的劃歸區(qū)域界限的數(shù)值沒有被規(guī)定，這必須要取得風(fēng)機(jī)及其組件制造商和操作人員的一致同意,。區(qū)域值給出了排除重大誤差和不現(xiàn)實(shí)要求的指示,。在某些情況下，不同的機(jī)組有專門的屬性,，需要不同的區(qū)域限值,，更高或更低。通常,，制造商必須對此說明理由,，尤其是要確認(rèn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其組件在更高的振動值運(yùn)行時(shí)沒有危險(xiǎn),。
3 現(xiàn)場試驗(yàn)設(shè)備
（1）本次試驗(yàn)主要采用東方所開發(fā)的DASP智能信號采集處理分析系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見下圖,，該系統(tǒng)內(nèi)置16GB存儲空間,，可實(shí)現(xiàn)離線觸發(fā)采集數(shù)據(jù)及無線遠(yuǎn)程控制等自動化數(shù)據(jù)采集功能，實(shí)現(xiàn)了無人值守測試,，是一款專門為風(fēng)場振動測試提供便捷功能而設(shè)計(jì)的采集儀,，能較好滿足VDI 3834測試規(guī)范對風(fēng)機(jī)的振動測試要求。
測試儀器系統(tǒng)框圖如下：
圖2 DASP 振動測試系統(tǒng)連接示意圖4 振動測點(diǎn)布置方案
4.1 整機(jī)測試測點(diǎn)
為了分析排查故障原因,，首先對整個(gè)振動鏈各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的軸向,、水平方向或垂直方向布置了振動加速度傳感器，進(jìn)行整機(jī)評估測試,，各個(gè)測點(diǎn)進(jìn)行并行同步數(shù)據(jù)采集,。
圖3 部分測點(diǎn)
4.2 專項(xiàng)測試測點(diǎn)
由于現(xiàn)場人員反饋，發(fā)電機(jī)冷卻器螺栓多次斷裂,，該處的振動應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注,。因此，在發(fā)電機(jī),、冷卻器和后底架的軸向,、水平向和垂直向上分別布置測點(diǎn)，對比三者的振動情況,。
圖4 部分測點(diǎn)5 測試分析
5.1 整機(jī)測試分析
按照VDI3834標(biāo)準(zhǔn)對各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理后,，對各通道數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析。下圖為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速為1750rpm工況下的整機(jī)振動有效值,，結(jié)果表明整機(jī)各點(diǎn)振動值均不超限,。
圖5 整機(jī)測點(diǎn)有效值統(tǒng)計(jì)
通過頻域分析結(jié)果可知沒有明顯的齒輪、軸承故障跡象,。
圖6 整機(jī)測點(diǎn)頻域分析
但在分析時(shí)發(fā)現(xiàn),，發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端Y向在1675rpm時(shí)振動有放大跡象。
圖7 發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端時(shí)域分析
從測試數(shù)據(jù)中選取不同轉(zhuǎn)速下的測試數(shù)據(jù),，統(tǒng)計(jì)發(fā)電機(jī)上各測點(diǎn)轉(zhuǎn)頻的能量值,，如下圖：
圖8 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻能量值統(tǒng)計(jì)
圖9 不同轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻能量對比
通過統(tǒng)計(jì)對比分析可以發(fā)現(xiàn)，在不同轉(zhuǎn)速下,，發(fā)電機(jī)垂直方向?qū)D(zhuǎn)速較為敏感,，1100rpm之后隨著轉(zhuǎn)速提高，垂直方向振動越小,。
5.2 專項(xiàng)測試分析
(1)停機(jī)過程測試
風(fēng)機(jī)停機(jī)過程中,，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間為1480-0rpm。從時(shí)域分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)在11s處（1435rpm）發(fā)電機(jī)非驅(qū)動端Y向出現(xiàn)短暫振動放大現(xiàn)象,。而發(fā)電機(jī)驅(qū)動端Z向在轉(zhuǎn)速為1150rpm時(shí)出現(xiàn)振動放大現(xiàn)象,，類似穿過共振區(qū)的現(xiàn)象,。由于風(fēng)況原因，只有一組風(fēng)機(jī)停機(jī)過程的測試數(shù)據(jù),。
圖10 停機(jī)過程時(shí)域分析
（2）啟機(jī)過程測試
風(fēng)機(jī)啟機(jī)過程中,，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速區(qū)間為0-1100rpm。由于風(fēng)況原因,，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速無法繼續(xù)提升,。
圖11 啟機(jī)過程時(shí)域分析
（3）停機(jī)工況測試
風(fēng)機(jī)停機(jī)工況下，測得塔筒一階彎曲固有頻率,。
圖12 塔筒固有頻率
（4）發(fā)電機(jī)測試
由于現(xiàn)場人員反饋,，發(fā)電機(jī)冷卻器螺栓多次斷裂，該處的振動應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注,。因此,，分別在發(fā)電機(jī)、冷卻器和后底架的三個(gè)方向上布置測點(diǎn),，對比三者的振動情況,。由于風(fēng)況原因，只有轉(zhuǎn)速為1100rpm的測試數(shù)據(jù),。
由時(shí)域分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)減振支持減振性能良好,。發(fā)電機(jī)水平方向剛度較低,，因此振動相對較大。
圖13 時(shí)域分析對比
由時(shí)域分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),，發(fā)電機(jī)0-2.5kHz的振動頻率傳到了上方的散熱器,。而后底架上幾乎沒有高頻成分。
圖14 頻域分析對比
圖15 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻能量對比
將頻域橫軸放大,，分析該工況下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻在各測點(diǎn)的能量對比可以發(fā)現(xiàn),，散熱器在X方向上振動放大，X方向垂直于螺栓軸線方向,，因此長時(shí)間振動會導(dǎo)致螺栓受剪切力后斷裂,。
圖16 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)頻能量對比
6 結(jié)論與建議
（1） 按照VDI3834標(biāo)準(zhǔn)評估整機(jī)振動不超限；
（2） 在不同轉(zhuǎn)速下,，發(fā)電機(jī)垂直方向?qū)D(zhuǎn)速較為敏感,，1100rpm之后隨著轉(zhuǎn)速提高，垂直方向振動越??；
（3） 發(fā)電機(jī)驅(qū)動端垂直向在轉(zhuǎn)速為1150rpm時(shí)出現(xiàn)振動放大現(xiàn)象，類似穿過共振區(qū)的現(xiàn)象,，疑似轉(zhuǎn)頻與發(fā)電機(jī)某階固有頻率接近,。
建議：
（1） 發(fā)電機(jī)做模態(tài)測試,，確定發(fā)電機(jī)模態(tài)參數(shù)，以確定發(fā)電機(jī)驅(qū)動端振動量大是否是由于共振原因?qū)е拢?/p>
（2） 進(jìn)行大風(fēng)風(fēng)況數(shù)據(jù)采集,，完善高轉(zhuǎn)速區(qū)間分析,，以判斷高轉(zhuǎn)速工況下是否存在振動量超標(biāo)現(xiàn)象；
（3） 對發(fā)電機(jī)驅(qū)動端振動情況進(jìn)行在線監(jiān)測,，持續(xù)關(guān)注該風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的振動趨勢,，避免事故發(fā)生；
（4） 通過優(yōu)化發(fā)電機(jī)減振支持參數(shù)和優(yōu)化后底架結(jié)構(gòu)的方式提高發(fā)電機(jī)支撐剛度,，以減小發(fā)電機(jī)振動幅度,。