風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用(材料之一)

1、風(fēng)電機(jī)組安裝機(jī)械設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性- 關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用思考摘 要:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備本文通過幾個(gè)實(shí)例說明了對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組實(shí)施狀態(tài)監(jiān) 測(cè)的必要性以及實(shí)際工作中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。關(guān)鍵詞:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組;狀態(tài)監(jiān)測(cè);故障診斷;振動(dòng)一、對(duì)機(jī)組實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是風(fēng)電場(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備。長(zhǎng)期以來,風(fēng)力發(fā)電機(jī)一直采用計(jì)劃維修與事后維修方式。 計(jì)劃維修即運(yùn)行 2 500h和 5000h 后的例行維護(hù),如檢查螺栓力矩,加注潤滑脂等。該維修體制無法 全面、 及時(shí)地了解設(shè)備運(yùn)行狀況。 事后維修則因事前準(zhǔn)備不足, 往往造成維修工作曠日持久, 損失重 大(吊裝檢修,軸承或齒輪箱維

2、護(hù)費(fèi)用很高 。1.目前風(fēng)電機(jī)組機(jī)械設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)狀由于風(fēng)電前期投資高,所以在設(shè)備建設(shè)階段大都沒有考慮設(shè)備狀態(tài)檢測(cè),只是滿足基本的控制 和保護(hù)需要, 對(duì)于風(fēng)電旋轉(zhuǎn)機(jī)械的高成本和高維護(hù)成本的特點(diǎn), 一般在國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組中由此而帶來 的問題:a 首先對(duì)設(shè)備的輕微故障無法監(jiān)視,只能等到故障擴(kuò)大直到影響設(shè)備性能;b 當(dāng)人工尋檢發(fā)現(xiàn)問題或設(shè)備發(fā)生保護(hù)、報(bào)警時(shí),大都已經(jīng)為時(shí)過晚;c 由于沒有在線檢測(cè)手段,不能正確分析和判斷故障類型和性質(zhì),造成多數(shù)盲目檢修,增加檢 修費(fèi)用和設(shè)備更換費(fèi)用;d 定期設(shè)備檢修和不合理的定期更換設(shè)備備件帶來不必要的維修費(fèi)用和浪費(fèi)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì),引入“狀態(tài)檢測(cè)管理”概念將節(jié)約檢修和維護(hù)費(fèi)用,

3、延長(zhǎng)設(shè)備可用時(shí)間,增加 發(fā)電量,總體減少維護(hù)費(fèi)用 35-45%。風(fēng)電機(jī)組設(shè)備龐大吊裝維護(hù)成本很高,備品、備件庫存大, 節(jié)約費(fèi)用與合理的檢修計(jì)劃直接影響系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。2.旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)管理方式現(xiàn)代設(shè)備管理的核心是狀態(tài)檢測(cè)管理。利用先進(jìn)的檢測(cè)儀器和統(tǒng)計(jì)分析軟件,正確分析、診斷 和預(yù)測(cè)故障周期,大大延長(zhǎng)了定期檢修的周期,提高了故障檢修的成功率和準(zhǔn)確率,進(jìn)而減少了備 品備件和庫存數(shù)量,大幅度減少了機(jī)組的維修和維護(hù)費(fèi)用。根據(jù)統(tǒng)計(jì):降低的成本: 維 護(hù)成本減少 50-80% 機(jī) 器故障減少 50-60% 備 品備件庫存減少 20-30% 停 機(jī)時(shí)間減少 50-80% 超 時(shí)加班費(fèi)減少 20-50%

4、 機(jī) 器壽命增加 20-40%增加投資回報(bào): 發(fā) 電效率增加 20-30% 利 潤增加 25-60%例如某齒環(huán)中的一個(gè)齒有嚴(yán)重點(diǎn)蝕問題,可以通過 CMS 軟件直接定位和定性,不用解體和更 換,采用局部修復(fù)即可。如果是人工尋測(cè),首先無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類問題,就是通過專業(yè)儀器發(fā)現(xiàn)了 也無法知道故障的具體大小和位置,因?yàn)闆]有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),要么小題大做,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,要么等到故障 擴(kuò)大只有更換整個(gè)齒環(huán)。根據(jù)目前旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)運(yùn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果和 CMS 系統(tǒng)使用后的最佳檢修情況對(duì)比如下: 二、狀態(tài)監(jiān)測(cè)在風(fēng)電上的應(yīng)用目前, 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的就地控制器都有運(yùn)行數(shù)據(jù)采集、 故障報(bào)警和通信功能。 配合風(fēng)電場(chǎng)中 央監(jiān)控系統(tǒng), 可

5、以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)機(jī)群的集中監(jiān)控, 甚至異地監(jiān)控。 但中央監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息量十分有 限,一般只能采集功率、轉(zhuǎn)速、電流、風(fēng)速等參數(shù),不能采集振動(dòng)量,故障預(yù)警功能欠缺。比如,當(dāng) 中央監(jiān)控系統(tǒng)報(bào) “ 傳動(dòng)比錯(cuò)誤 ” 時(shí),可能齒輪箱或發(fā)電機(jī)已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞或卡死了。以下兩個(gè)實(shí)例可以看出對(duì)機(jī)組實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測(cè)的必要性:(1一次某機(jī)組聲音異常,懷疑其傳動(dòng)齒 輪箱有故障。 用便攜式測(cè)振儀采集振動(dòng)數(shù)據(jù), 經(jīng)與其他機(jī)組比較后認(rèn)為, 該機(jī)齒輪箱中間級(jí)和高速級(jí) 存在異常, 開箱檢查證實(shí)了該判斷。 由于發(fā)現(xiàn)及時(shí), 故障沒有進(jìn)一步發(fā)展。 類似這種聲音異常是機(jī)械 故障的重要特征,只要留心就可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。但 2500h 和 5 000h

6、的例行維護(hù)都是在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行, 無法反映機(jī)組運(yùn)行時(shí)的狀況,況且時(shí)間間隔太長(zhǎng),即便有問題也不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。 (2某臺(tái)進(jìn)口風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組,現(xiàn)場(chǎng)人員反映振動(dòng)較大。用便攜式測(cè)振儀采集振動(dòng)數(shù)據(jù),并與另一臺(tái)同型機(jī)組比較后認(rèn)為, 該機(jī)齒輪箱、 發(fā)電機(jī)可能存在機(jī)械故障。 由于該齒輪箱、 發(fā)電機(jī)沒有備件, 在檢修期間該機(jī)組不得不 停運(yùn),影響了發(fā)電旦量。由于振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)量大,有些早期機(jī)組的監(jiān)控通信系統(tǒng)采用電流環(huán),不能實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量的傳輸。 近年來出現(xiàn)了使用光纖通訊總線的風(fēng)機(jī), 通信速率較高, 但風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組數(shù)量多時(shí), 數(shù)據(jù)傳輸仍較困難。 要實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的分布式采集和網(wǎng)絡(luò)化傳輸, 應(yīng)加裝一套獨(dú)立的分布式監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng),

7、如德國申克公 司(B&K的 WTAS4010系列風(fēng)電機(jī)組在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 1所示。 。振動(dòng)數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)到現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器,有條件的還可以通過 CDMA (遠(yuǎn)程傳輸?shù)焦究偛康闹行?服務(wù)器。數(shù)據(jù)是經(jīng)過高保真壓縮的,可大大節(jié)約線路帶寬。該中心服務(wù)器具有 Web 發(fā)布功能。授權(quán) 用戶只要登陸網(wǎng)站,就可以隨時(shí)查看機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有機(jī)組總貌圖、 棒圖、 波形頻譜圖、 歷史趨勢(shì)圖等多種診斷圖譜, 還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專家會(huì) 診。 更有特色的是, 系統(tǒng)還自帶一個(gè) “ 特征頻率計(jì)算器 ” , 可以通過用戶輸入的齒輪或軸承參數(shù)計(jì)算出 特征頻率,為分析診斷提供依據(jù)。該系統(tǒng)避免了人工定期采集數(shù)據(jù)

8、工作量大、采集的數(shù)據(jù)因時(shí)間跨度大而可比性差的局限性。系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)便, 可以不停機(jī)、 不斷電進(jìn)行安裝。 該系統(tǒng)完全獨(dú)立于已有的中央監(jiān)控系統(tǒng)及就地電 控系統(tǒng),不會(huì)對(duì)日常監(jiān)控產(chǎn)生影響。 三、狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)根據(jù)風(fēng)電機(jī)組特點(diǎn),新建機(jī)組 1-2年后進(jìn)入小修, 3年后進(jìn)入計(jì)劃檢修周期,如果在此之前我 們建立狀態(tài)檢測(cè)體系,積累數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的同時(shí)又能即時(shí)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在和隨時(shí)發(fā)生的故障, 在延 長(zhǎng)計(jì)劃檢修的同時(shí)作到主動(dòng)檢修和計(jì)劃檢修相結(jié)合,減少盲目檢修和不必要的定期更換軸承齒輪 等,最終達(dá)到減少維護(hù)維修成本,提供運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目的。德國 B&K公司是風(fēng)電行業(yè)內(nèi)最早開展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的企業(yè),積累了豐富的

9、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。為了積極 推進(jìn)設(shè)備故障診斷工作在中國風(fēng)電行業(yè)的市場(chǎng)應(yīng)用, 公司將眾多應(yīng)用軟件和操作界面進(jìn)行漢化, 并在 國內(nèi)建立了技術(shù)服務(wù)中心和技術(shù)力量雄厚的工程服務(wù)隊(duì)伍。國外機(jī)組 95%以上在新建時(shí)已經(jīng)裝上 CMS 系統(tǒng),鑒于國情(國外運(yùn)行人員是根據(jù)儀表和數(shù)據(jù) 管理設(shè)備的,中國人一般綜合素質(zhì)高,采用頭腦分析加儀表的管理方式有所不同,建議推薦使用 性能可靠和行業(yè)內(nèi)成熟的(例如:德國 B&K公司;美國 GE 本特利公司 CMS 系統(tǒng),使管理和維 護(hù)上一個(gè)新臺(tái)階, 達(dá)到從科技出效益的目的,以便盡早使我們的風(fēng)電事業(yè)從單純的計(jì)劃檢修進(jìn)化到 狀態(tài)檢修的高級(jí)管理階段。此外,也有一些極為深刻的教訓(xùn)。1.有急功近利的表現(xiàn)。以為購進(jìn)設(shè)備監(jiān)測(cè)儀器后立即可以開始設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)狀態(tài)維修; 認(rèn)為會(huì)看譜圖就可以容易地診斷出機(jī)組故障,忽視了機(jī)組本身的復(fù)雜性以及數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)積累的長(zhǎng)期 性。2.企業(yè)中缺乏專