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风电油液监测与诊治方案

风电油液监测与诊治方案

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  • 方案介绍
    一.概述
     
           齿轮传动是机械设备中最为常用的传动方式之一。风电齿轮箱运行状态的正常与否直接关系到整台机组的工作状况。据有关资料统计,齿轮箱发生故障有40%的原因是由于设计、制造、装配及原材料等因素引起的;另有43%的原因是由于用户维护不及时和操作不当引起的;还有17%的原因是由于相邻设备(如电机、联轴器等)的故障或缺陷引起的。由此可见,为了确保风电齿轮箱安全、正常地运行,提高齿轮传动的可靠性,一方面需要改进设计、提高加工制造精度以及改善装配质量,另一方面则必须提高运行管理和维护水平,对齿轮传动装置进行状态监测和故障诊断。振动在线监测能在不拆卸设备的情况下判断设备是否存在故障并大致确定故障部位。
     
           润滑油是机械设备的“血液”,它在机械设备中起着密封、润滑、减磨、冷却、清洗、减振和防腐等重要作用,80%的隐患来自于润滑,磨损故障是大型设备失效的主要原因。建设设备机组润滑油在线监测与故障诊断系统,可以及时掌握设备运行状态异常或故障的早期征兆,及时分析故障原因,采取相应的措施,将故障消灭在萌芽状态,避免和减少重大事故的发生。
     
           在用润滑油中蕴藏着丰富的来自机器的运动副表面的摩擦学状态的信息。对其性能及所携带的磨损基理产物的分析,可有效地评价机械的磨损状态。油液在线监测就如同给机组设备实时的“抽血”化验,用最科学、最直观的数据帮助工作人员及早地发现某些故障信号,从而及时维护,避免故障发生,延长使用寿命。 与此同时,如果配合油液在线精滤装置,则能够实现发现油品劣化和磨损加剧时对齿轮箱润滑油进行过滤,实现‘监测与诊治’的目的。
     
           现在大部分风电场对风机基础的测量停留在以风机基础预留基准点为基础的测量上,而我国大部分风场都建在风沙较大的地方或沿海潮湿和盐碱较重的地方,这些地方的风机基础预留基准点很容易磨损,进而影响测量的准确性,更有早期的风场甚至没有安装基准点,而后期立的基准点仅能反映后期沉降,并不能全面反映风机自安装以来的累计沉降量。并且现在的测量方法需要专业人员进行这对风电场也是一笔不小的开销。此外,目前各个风电公司规模在不断扩大,风机数量也与日俱增,繁琐的传统测量方法和只有专业人员可以使用掌握的测量装置也无形中大大增加了各个风电场在此项工作上的工作量。
     
           地基沉降、塔筒倾斜晃动监测系统旨在建立一套安全、高效的监测数据库系统,利用传感器检测,信号处理,计算机技术,数据通讯技术和风机的有关技术,对风机运行过程进行实时监控及沉降故障报警,以预防出现不均匀沉降,及时反馈信息,避免因沉降原因造成风机主体结构的破坏或产生影响风机正常运行而造成的巨大经济损失,从而保证风机的正常使用寿命和安全性,并为以后的勘察设计施工提供可靠的资料及相应的沉降参数,沉降观测的必要性和重要性愈加明显。
     
           风力发电机组在寒冷气候条件下运行时,风机叶片容易发生叶片结冰的现象。叶片作为风力发电机组最为关键的气动部件,在它表面形成的不规则外形及不同厚度分布的冰层将直接影响机组的性能和载荷安全。更为关键的是这种冰层还在随着时间及外界条件的变化而不断变化,很难准确预测。
     
           风场的塔筒一般由3至4段短锥型筒通过法兰螺栓连接而成,螺栓连接处所处环境恶劣,受力复杂,易出现松动及裂纹缺陷,这些缺陷一般不易被发现,在缺陷发展一定程度时,造成重大安全事故,严重威胁人生安全。螺栓连接的可靠性直接影响到整个风机机组的可靠性。螺栓缺陷的定量分析结果至关重要,应尽可能早的发现裂纹缺陷,以便及时更换,把隐患扼杀在摇篮中。
     
           因为风电设备大型化发展的需要,叶片尺寸不断加大。由于工作环境复杂恶劣,且长期承受交变负荷作用,叶片容易出现脱层、裂纹、磨损等机械损伤,这些损伤不同程度地影响到叶片的力学特性。风电场大多位于偏远地区,叶片位于高空,体积大、难以及时发现早期故障表现出的运动异常。早期损伤如未被及时发现,有可能在恶劣工况下发展为机械故障,造成恶性事故和经济损失。故对于叶片裂纹和动平衡的监测也势在必行。

     
    二.解决方法
     
           针对以上问题,本方案拟对风机进行基于振动、油液和磨损、塔筒倾斜角度和地基沉降的综合监测。方案拓扑如下图1:

           振动在线监测中,振动传感器安装在机组传动链的主轴承、齿轮箱以及发电机表面,采用螺纹方式或者磁力座配合金属粘结胶的方式安装。
     
           油液在线监测中,油液监测模块安装风机齿轮箱出油口,油液监测器内含磨损监测、水分监测、粘度监测、品质监测以及油温监测功能。
     
           在线精滤装置,安装在齿轮箱润滑循环的旁路,实现油液在线监测不合格时实时启动精滤装置,对亚健康进行‘诊治’。
     
           塔筒晃动和地基沉降的在线监测,只需要在塔筒顶端和地基部位处安装双轴倾角传感器即可。
     
           监测数据采集器可以采集以上四个监测装置的数据,且最多可连接16路的振动传感器信号,该采集器安装在风机塔顶配电柜内,采集后转换为TCP/IP方式传输至风电场主控室。
     
           在主控室通过交换机方式将信号送给数据服务器,监控终端连接数据服务器由于信息化监控软件的运行。