DB14T 2474—2022風力發(fā)電機組關鍵零部件在線振動監(jiān)測指南

1、ICS 27.18014CCS F 11山西省地方標準DB 14/T 24742022風力發(fā)電機組關鍵零部件在線振動監(jiān)測指南2022 - 06 - 14 發(fā)布2022 - 09 - 15 實施山西省市場監(jiān)督管理局發(fā) 布DB 14/T 24742022DB 14/T 24742022目次 HYPERLINK l _bookmark0 前言II HYPERLINK l _bookmark1 范圍1 HYPERLINK l _bookmark2 規(guī)范性引用文件1 HYPERLINK l _bookmark3 術語和定義1 HYPERLINK l _bookmark4 設備2 HYPERLINK l

2、_bookmark5 在線振動監(jiān)測系統(tǒng)2 HYPERLINK l _bookmark6 傳感器選擇3 HYPERLINK l _bookmark7 關鍵零部件監(jiān)測3 HYPERLINK l _bookmark8 關鍵零部件監(jiān)測位置3 HYPERLINK l _bookmark9 齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測4 HYPERLINK l _bookmark10 主軸軸承狀態(tài)監(jiān)測5 HYPERLINK l _bookmark11 發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測5 HYPERLINK l _bookmark12 葉片狀態(tài)監(jiān)測（選配）6 HYPERLINK l _bookmark13 塔架狀態(tài)監(jiān)測6 HYPERLINK l _boo

3、kmark14 在線振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集6 HYPERLINK l _bookmark15 采集器要求6 HYPERLINK l _bookmark16 振動測量設備7 HYPERLINK l _bookmark17 數(shù)據(jù)采集7 HYPERLINK l _bookmark18 數(shù)據(jù)采樣頻率7 HYPERLINK l _bookmark19 數(shù)據(jù)采集參數(shù)7 HYPERLINK l _bookmark20 診斷結(jié)果反饋7 HYPERLINK l _bookmark21 齒輪箱診斷結(jié)果反饋7 HYPERLINK l _bookmark22 主軸軸承診斷結(jié)果反饋8 HYPERLINK l _bookmar

4、k23 發(fā)電機診斷結(jié)果反饋8 HYPERLINK l _bookmark24 葉片診斷結(jié)果反饋8 HYPERLINK l _bookmark25 塔架診斷結(jié)果反饋8 HYPERLINK l _bookmark26 監(jiān)測預警8 HYPERLINK l _bookmark27 警告限值8 HYPERLINK l _bookmark28 故障預警8I前言本文件由山西省工業(yè)和信息化廳提出、組織實施和監(jiān)督檢查。山西省市場監(jiān)督管理局對標準的組織實施情況進行監(jiān)督檢查。 本文件由山西省裝備制造業(yè)標準化技術委員會(SXS/TC07)歸口。本文件起草單位：太原重工新能源裝備有限公司、太原重工股份有限公司、山西國控

5、集團信息工程 技術有限公司、山西汾西重工有限責任公司。本文件主要起草人：賈文強、姜宏偉、范飛、席瑞萍、張靚、白恩澤、黃虎、高俊云、李德志、薛 曉云、李利民、鄧博宇、丁衛(wèi)剛、王浩、董建剛。本文件按照GB/T 1.12020標準化工作導則 第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。II風力發(fā)電機組關鍵零部件在線振動監(jiān)測指南范圍本文件提供了應用在線振動監(jiān)測技術對風力發(fā)電機組的關鍵零部件（齒輪箱、主軸軸承、發(fā)電機、 葉片、塔架）進行的運行狀態(tài)監(jiān)測方法及診斷結(jié)果反饋等方面的指導。本文件適用于風力發(fā)電場雙饋和半直驅(qū)式、單機額定功率在1.5MW及以上并網(wǎng)型水平軸風力發(fā)電機組關鍵零部件的狀態(tài)監(jiān)測與故障診

6、斷。規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件， 僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 7665 傳感器通用術語NB/T 31004 風力發(fā)電機組振動狀態(tài)監(jiān)測導則3 術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1在線振動監(jiān)測 online vibration monitoring在線檢測和采集反映風力發(fā)電機組振動狀態(tài)的信息和數(shù)據(jù)。3.2診斷 diagnosis為確定故障或失效的性質(zhì)（種類，狀況，程度），而檢查癥狀和癥候群。3.3傳感器 sensor能感受規(guī)定的被測量并按照

7、一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件 組成。來源：GB/T 7665-2005，3.1.13.4數(shù)據(jù)分析 data analysis用適當?shù)慕y(tǒng)計分析方法對采集數(shù)據(jù)進行分析，以求最大化地開發(fā)數(shù)據(jù)的功能，及對有用數(shù)據(jù)詳細研 究和概括總結(jié)的過程。3.5頻域 frequency domain1圖 1 在線振動監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成系統(tǒng)要求系統(tǒng)應滿足以下要求：適應低速且頻繁變化的風輪轉(zhuǎn)速和載荷；適應高寒（至-40）、高溫（至+50）、高海拔（海拔高度 2000m-5000m）、高潮濕、強雷暴、凝凍、強紫外線、抗電磁干擾等惡劣環(huán)境；監(jiān)測系統(tǒng)的安裝類型：固定式；半固定式；便捷式。測點選擇原則

8、：能夠反映真實振動情況的部位；盡可能靠近軸承的承載區(qū)。系統(tǒng)可監(jiān)測風力發(fā)電機組運行過程中的振動幅值、振動相位、發(fā)電機轉(zhuǎn)速（或風輪轉(zhuǎn)速）、 風速、功率等；系統(tǒng)可連續(xù)或周期性進行數(shù)據(jù)采集。振動監(jiān)測流程2以頻率為度量物理量。3.6時域 time domain以時間為度量物理量。4 設 備在線振動監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、現(xiàn)場服務器、監(jiān)測及分析軟件等組成，見圖1。各類傳感器的基本參數(shù)見表1。傳感器的要求如下：具有統(tǒng)一規(guī)則的標識，精度高、可靠性好，能在惡劣環(huán)境中應用，且易于安裝和維修；高溫或強磁場環(huán)境振動狀態(tài)監(jiān)測應選擇加速度傳感器；風力發(fā)電機組滾動軸承和齒輪箱的狀態(tài)監(jiān)測應選擇加速度傳感器；推薦

9、采用 ICP/IEPE 加速度傳感器；采用多個傳感器，應兼顧高低頻段振動。表 1 各類傳感器的基本參數(shù)表5 關鍵零部件監(jiān)測5.1 關鍵零部件監(jiān)測位置風力發(fā)電機組各個傳感器安裝于齒輪箱、軸承座、發(fā)電機、葉片、塔架上，監(jiān)測位置見圖3。3圖 2 振動監(jiān)測流程4.2 傳感器選擇振動監(jiān)測流程包含：采集振動數(shù)據(jù)、時域處理、頻域處理、速度及包絡頻譜分析等流程，見圖2。傳感器類型頻率范圍靈敏度測量范圍通頻加速度振動傳感器10Hz10kHz100mV/g080g低頻加速度振動傳感器0.1Hz1kHz500mV/g010g標引序號說明：1葉片；2軸承座（1）徑向；3軸承座（1）軸向（選配）；4軸承座（2）徑向；7

10、齒輪箱輸入端軸向（選配）；9內(nèi)齒圈水平徑向；8內(nèi)齒圈垂直徑向；10齒輪箱輸出端徑向；11齒輪箱輸出端軸向（選配）；12發(fā)電機驅(qū)動端徑向；13發(fā)電機驅(qū)動端軸向（選配）；14發(fā)電機非驅(qū)動端徑向；15發(fā)電機非驅(qū)動端軸向（選配）；16塔架。圖 3 監(jiān)測位置齒輪箱狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容齒輪箱振動、齒輪磨損、點蝕、負荷過重、齒輪偏心、齒斷裂、軸承損傷等。監(jiān)測位置在齒輪箱輸入端軸向、齒輪箱輸入端徑向、齒輪箱內(nèi)齒圈水平徑向、齒輪箱內(nèi)齒圈垂直徑向、齒輪 箱輸出軸軸向、齒輪箱輸出軸徑向位置安裝振動傳感器。傳感器安裝位置見表2。表 2 傳感器安裝位置表45軸承座（2）軸向（選配）；6齒輪箱輸入端徑向；序號測點位置安裝位置

11、方向位置傳感器要求1齒輪箱輸入端輸入軸軸承端蓋軸向（選配）低頻加速度振動傳感器2齒輪箱輸入端輸入軸軸承端蓋徑向低頻加速度振動傳感器3齒輪箱內(nèi)齒圈內(nèi)齒圈外殼中心水平徑向通頻加速度振動傳感器主軸軸承狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容軸承振動（剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損）等。監(jiān)測位置將低頻加速度振動傳感器安裝于軸承座上，傳感器安裝位置見表3。表 3 傳感器安裝位置表發(fā)電機狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容發(fā)電機振動（電機對中轉(zhuǎn)子偏心、碰磨以及發(fā)電機軸承的剝落、壓痕、銹蝕、裂紋、磨損以及其它 軸承故障）等。監(jiān)測位置發(fā)電機驅(qū)動端軸向、發(fā)電機驅(qū)動端徑向、發(fā)電機非驅(qū)動端軸向、發(fā)電機非驅(qū)動端徑向，具體安裝位 置依發(fā)電機的結(jié)構(gòu)情況而定，但應盡量

12、靠近發(fā)電機的軸承部位。傳感器安裝位置見表4。表 4 傳感器安裝位置表序號測點位置安裝位置方向位置傳感器要求4齒輪箱內(nèi)齒圈內(nèi)齒圈外殼中心垂直徑向通頻加速度振動傳感器5齒輪箱輸出軸輸出軸軸承端蓋軸向（選配）通頻加速度振動傳感器6齒輪箱輸出軸輸出軸軸承端蓋徑向通頻加速度振動傳感器序號測點位置方向位置傳感器要求1軸承座（1）軸向（選配）低頻加速度振動傳感器2軸承座（1）徑向低頻加速度振動傳感器3軸承座（2）（如有）軸向（選配）低頻加速度振動傳感器4軸承座（2）（如有）徑向低頻加速度振動傳感器序號測點位置方向位置傳感器要求1發(fā)電機驅(qū)動端軸向（選配）通頻加速度振動傳感器2發(fā)電機驅(qū)動端徑向通頻加速度振動傳感

13、器3發(fā)電機非驅(qū)動端軸向（選配）通頻加速度振動傳感器4發(fā)電機非驅(qū)動端徑向通頻加速度振動傳感器5葉片狀態(tài)監(jiān)測（選配）監(jiān)測內(nèi)容葉片斷裂、開裂、雷擊損傷、裂紋、葉片振動、風輪整體振動。在葉片內(nèi)部位置距離葉尖1/3葉片長度處。5.5.3 傳感器類型超低頻雙軸加速度振動傳感器、溫度傳感器。傳感器安裝位置見表5。表 5 傳感器安裝位置表塔架狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)測內(nèi)容塔架頂部X軸、Y軸兩個方向傾斜量（測量范圍10以上，測量精度0.01），X軸、Y軸兩個方向晃動位移（沿傳動鏈軸向方向為X軸）。監(jiān)測位置塔架頂部、塔架底部。傳感器類型低頻加速度振動、雙軸傾角傳感器。傳感器安裝位置見表6。表 6 傳感器安裝位置表監(jiān)測位置序號測

14、點位置方向位置傳感器要求1葉片內(nèi)部距離葉尖 1/3 處超低頻雙軸加速度振動傳感器2葉片內(nèi)部距離葉尖 1/3 處溫度傳感器序號測點位置方向位置傳感器要求1塔架頂部內(nèi)壁低頻加速度振動傳感器2塔架頂部（選配）內(nèi)壁雙軸傾角傳感器3塔架底部中心位置雙軸傾角傳感器6 在線振動監(jiān)測數(shù)據(jù)采集6.1 采集器要求數(shù)據(jù)采集器應滿足以下要求：裝置采用分布式智能設計，每臺均為高性能的獨立組織單元；6各通道能獨立采樣，采樣不相互影響且可同步采樣；應具有采集通道拓展能力，支持接入風力發(fā)電機組的風速、風向、轉(zhuǎn)速、功率、扭矩等過程 量；應具備振動采集功能；連接存儲設備，存儲至少一個月數(shù)據(jù)量；防護等級為 IP54；工作環(huán)境溫度滿

15、足標準 NB/T 31004 技術條件要求；應具有無線傳輸數(shù)據(jù)功能或提供無線傳輸 I/O 接口（選配）。6.2 振動測量設備振動測量設備分為在線式和離線式兩種。在線式測量設備固定安裝于風力發(fā)電機組上，能持續(xù)監(jiān)測 風力發(fā)電機組的振動狀態(tài)，并自動記錄、傳輸測量數(shù)據(jù)與評估參數(shù)，也稱為振動狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采樣頻率數(shù)據(jù)采集器按照一定的時間間隔對信號進行采樣，設定采樣頻率，通常選取為最大分析頻率的2.56倍： = 2.56 (1)式中： 采樣頻率；最大分析頻率。7.2 數(shù)據(jù)采集參數(shù)采樣頻率fs越高，采樣越密集，所得數(shù)據(jù)量越大，所得的數(shù)字信號越逼近原信號。本文件中通過提前將標準值、警告限值輸入

16、數(shù)據(jù)庫，設定區(qū)域界線，可對振動監(jiān)測結(jié)果采用不同顏色直觀顯示、輸出機組的全部運行狀況信息。監(jiān)測結(jié)果內(nèi)容包括機組配置、關鍵部件運行狀態(tài)故障等級、時域分析及頻譜、 包絡圖等信息，依據(jù)運行狀態(tài)給出維護優(yōu)先等級。數(shù)據(jù)采集相關參數(shù)如下：采樣頻率：2560Hz、5120Hz、12800Hz、25600Hz；采樣間隔：100ms、1ms；采樣長度：1024、2048、4096、8192；采樣時間：0.32s、3.2s、6.4s、12.8s；頻率分辨率：0.1Hz、1Hz；譜線數(shù)：400、800、1600、3200；最大分析頻率:1000Hz、2000Hz、5000Hz、10000Hz。8 診斷結(jié)果反饋8.1

17、齒輪箱診斷結(jié)果反饋7根據(jù)監(jiān)測結(jié)果頻譜圖，反映齒輪箱的振動特性，判斷齒輪運行狀態(tài)。齒輪磨損嚴重時，齒輪嚙合頻率周圍會出現(xiàn)邊頻帶、齒輪固有頻率振動，邊頻帶幅值大小直觀反映磨損嚴重程度，邊頻帶組數(shù)越多， 磨損越嚴重。若同一嚙合頻率周圍出現(xiàn)多個邊頻帶，則參與嚙合的多個齒輪有異常。主軸軸承診斷結(jié)果反饋利用加速度傳感器可以得到軸承沖擊力大小變化特征，經(jīng)分析軟件處理成頻譜信號后，得到軸承的振動特征，顯示主軸軸承的運行狀態(tài)。原始沖擊振動信號較高，顯示主軸軸承的磨損、損傷、不平衡、 對中不良等狀況。發(fā)電機診斷結(jié)果反饋結(jié)合振動監(jiān)測數(shù)據(jù)及運行轉(zhuǎn)速，通過數(shù)據(jù)分析軟件顯示的時域、頻域和趨勢，準確定位故障部位、 故障類型及故障的嚴重程度。葉片診斷結(jié)果反饋針對葉片在揮舞、擺動方向的振動，以及環(huán)境溫度、氣動噪聲、風輪振動的不間斷測量及數(shù)據(jù)分析， 實現(xiàn)對葉片健康狀態(tài)評估。判斷葉片是否存在斷裂、開裂、內(nèi)部和表面損傷、風輪氣動和質(zhì)量不平衡等。塔架診斷結(jié)果反饋動、塔架晃動與垂直度、基礎不均勻沉降、塔架傾斜與變形等因素，風力發(fā)電機組傾斜程度會增大，周期性載荷引起整機晃動也會增大，甚至