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風力發電機組振動狀態監測導則
日期:2014-09-17 發布人: 】【打印 關閉

風力發電機組振動狀態監測導則

風力發電機組振動狀態監測導則
  (國家能源局發布)


引言 III
1
 范圍 1
2
 規范性引用文件 1
3
 術語和定義 1
4
 振動狀態監測系統 3
4.1
 振動狀態監測系統類型 3
4.1.1
 固定安裝系統 3
4.1.2
 半固定安裝系統 3
4.1.3
 便攜式系統 3
4.1.4
 系統選擇原則 3
4.2
 狀態監測流程 3
5
 傳感器 3
5.1
 傳感器類型 3
5.2
 傳感器選擇 4
5.2.1
 加速度傳感器 4
5.2.2
 速度傳感器 4
5.2.3
 位移傳感器 4
5.3
 傳感器位置 4
5.3.1
 典型風電機組傳感器位置 4
5.3.2
 傳感器方向和標識 4
5.4
 傳感器安裝 4
6
 振動狀態監測系統技術條件 4
6.1
 正常使用條件 4
6.2
 貯存、運輸極限環境溫度 5
6.3
 檢測單元 5
6.3.1
 概述 5
6.3.2
 不確定度 5
6.3.3
 頻率范圍 5
6.3.4
 絕緣性能 5
6.3.5
 環境適應性能 6
6.3.6
 電磁兼容性能 6
6.3.7
 機械性能 6
6.3.8
 6.3.8 外殼防護性能 6
6.4
 通訊單元 6
6.5
 主站單元 7
7
 測量與評估 7
7.1
 基準測量 7
7.2
 振動值評估方法 7
7.2.1
 評估準則 7
7.3
 故障特征頻率 7
附錄A(資料性附錄) 振動監測流程圖 8
附錄B(資料性附錄) 振動值評估方法 9
附錄C(資料性附錄) 常見故障原因及其對應的特征頻率 11


引言
風力發電機組(以下簡稱“風電機組”)振動狀態監測是根據所監測風電機組類型,選擇不同的監測部位,監測風電機組振動狀態的改變,評估風電機組的狀態,早期發現并跟蹤設備故障的一種方法。
編寫本標準的目的是為風電機組振動狀態監測設備生產單位、安裝單位、使用單位、認證機構及相關技術人員提供相應的規范和指導。
 
風力發電機組振動狀態監測導則
1 范圍
本標準規定了風電機組振動狀態監測系統類型、傳感器安裝原則、測量類型和測量值、振動狀態監測系統技術條件、振動值評定以及信號處理和分析方法。
本標準適用于單機容量大于或等于1.5MW的水平軸風力發電機組。其它的風電機組可根據自身特點參照使用。
2 規范性引用文件
下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,僅所注日期的版本適用于本文件。凡是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 19873.1-2005 機器狀態監測與診斷 振動狀態監測 第1部分:總則
GB/T 19873.2-2009 機器狀態監測與診斷 振動狀態監測 第2部分:振動數據處理、分析與描述
3 術語和定義
3.1 
故障維護 breakdown maintenance
風電機組失效后再進行的維修。
3.2 
狀態維修 condition-based maintenance
根據風電機組狀態確定的維修。
3.3 
狀態監測 condition monitoring
檢測和采集反映風電機組狀態的信息和數據。
3.4 
診斷 diagnostics
為確定故障或失效的性質(種類,狀況,程度),而檢查癥狀和癥候群。
3.5 
失效 failure
喪失完成某項規定功能的能力。
3.6 
故障 fault
當風電機組的一個部件或組件劣化,或出現反常狀態,可能導致風電機組失效。此時部件所處的狀態。
3.7 
報警 alarm
當遇到選定參數或其邏輯組合異常,要求采取糾正動作時,用于通知人員而設計的運行信號或信息。
3.8 
預警 alert
當遇到選定參數或其邏輯組合異常,要求更加關注時,用于通知人員而設計的運行信號或警告信息。
3.9 
征兆 sign
信號的特征參數,表明狀態的相關信息。
3.10 
振動信號 vibration signal
對某一系統振動所包含全部頻率分量的度量。
3.11 
頻域 frequency domain
以頻率為度量物理量。
3.12 
時域 time domain
以時間為度量物理量。
3.13 
多通道分析 cross-channel analysis
使用兩個或更多輸入通道的分析儀,實現計算相位,相關和傳遞函數等功能。
3.14 
基準 baseline
單個或一組描述符,提供風電機組在各種過程下正常狀態的基準。
3.15 
瀑布圖 waterfall
相對時間或轉速的三維多頻譜顯示。
4 振動狀態監測系統
4.1 振動狀態監測系統類型
振動狀態監測系統分為固定安裝系統、半固定安裝系統和便攜式系統。
4.1.1 固定安裝系統
系統傳感器、數據采集裝置采用固定安裝方式。數據采集可連續或周期性采集。固定安裝系統通常用于具有復雜監測任務的風電機組。
4.1.2 半固定安裝系統
系統傳感器采用固定安裝方式,數據采集裝置采用非固定安裝方式,僅在采集數據時連接。數據采集為周期性采集。
4.1.3 便攜式系統
系統傳感器和數據采集裝置均采用非固定安裝方式,數據通過便攜式數據采集儀采集。數據采集為周期性采集。
4.1.4 系統選擇原則
a) 海上風電機組應選擇采用固定安裝系統;
b) 陸上2MW以上(含2MW)風電機組應選擇采用固定安裝系統;
c) 陸上2MW以下風電機組可選擇半固定安裝系統或便攜式系統;
d) 風電機組質保期滿進行驗收時,應出具風電機組振動狀態監測系統提供的振動狀態報告。
4.2 狀態監測流程
風電機組振動狀態監測流程包括振動預測試、振動監測技術選擇、振動基準測試、振動常規測試等過程。
風電機組振動狀態監測數據采集應同時記錄轉速、風速、功率等參數。
振動監測流程圖見附錄A。
5 傳感器
5.1 傳感器類型
振動狀態監測可采用以下三種類型的傳感器:
a) 加速度傳感器;
b) 速度傳感器;
c) 位移傳感器。
5.2 傳感器選擇
5.2.1 加速度傳感器
高溫或強磁場環境振動狀態監測應優先選擇加速度傳感器。
風電機組滾動軸承和齒輪箱的狀態監測應選擇加速度傳感器。
5.2.2 速度傳感器
風電機組機艙和塔架的狀態監測應選擇加速度或速度傳感器。
5.2.3 位移傳感器
風電機組主軸軸向位移的狀態監測應選擇位移傳感器。
5.3 傳感器位置
5.3.1 典型風電機組傳感器位置
風電機組監測系統所需的最少測量點見表1。
1 風電機組監測系統所需測量點

5.3.2 傳感器方向和標識

應建立統一的設備和測量點命名規則。

便攜式系統傳感器安裝時應清楚標識傳感器位置,以保證在持續測量期間位置的可重復性。

5.4 傳感器安裝

安裝固定傳感器應采用剛性機械緊固方式。傳感器安裝表面應光滑、平整和清潔。

當剛性機械緊固方式不便采用時,可使用粘結劑或磁座安裝方式。

6 振動狀態監測系統技術條件

6.1 正常使用條件

a) 傳感器工作環境溫度:-40℃~+125℃

b) 檢測單元工作環境溫度:-40℃~+70℃

c) 最高月平均相對濕度:95%(25℃)(產品內部既不應凝露、也不應積水)

d) 大氣壓力:80kPa~110kPa

e) 交流工作電源 :

1) 額定電壓:220V±15%;

2) 頻率:50Hz±0.5Hz;

3) 諧波含量:<5%。

f) 監測系統應能承受地電位升高引起的不低于2000V的電壓。

6.2 貯存、運輸極限環境溫度

裝置的貯存、運輸允許的環境溫度為-45℃~+85℃。

6.3 檢測單元

6.3.1 概述

檢測單元位于風電機組機艙內,實現所監測參數的采集、信號調理、模數轉換和數據的預處理功能。

6.3.2 不確定度

傳感器測量不確定度應在±1%以內,檢測單元不確定度應在±2%以內。

6.3.3 頻率范圍

傳感器的線性頻率范圍一般應覆蓋從0.2倍最低旋轉頻率到3.5倍所關注的最高信號頻率(一般不超過40kHz)。

加速度傳感器頻率范圍:0.1Hz~30kHz;

速度傳感器頻率范圍:1Hz~2kHz

位移傳感器頻率范圍:直流~10kHz。

6.3.4 絕緣性能

在正常試驗大氣條件(環境溫度:+15℃~+35℃;相對濕度:30%~60%;大氣壓力:86kPa~106kPa)下,檢測單元的帶電部分如電源、信號和數據輸入回路和非帶電金屬及外殼之間,以及電氣無聯系的各電路之間,絕緣性能應滿足節6.3.4.1~6.3.4.3要求。

6.3.4.1 絕緣電阻

正常試驗大氣條件下,不同額定電壓等級的各回路絕緣電阻應不小于表2中的規定值。

表2 各回路試驗絕緣電阻要求

6.3.4.2 工頻電壓耐受能力

在正常試驗大氣條件下,試驗電壓值見表3。

表3 各回路試驗電壓要求

6.3.4.3 沖擊電壓耐受能力

在正常試驗大氣條件下,檢測單元的信號回路、電源回路、數據輸入回路對外殼及地之間以及各回路之間,應能承受1.2/50μs的標準雷電沖擊電壓試驗。當額定工作電壓大于60V時,開路試驗電壓為5kV;當額定工作電壓不大于60V時,開路試驗電壓為1kV。

6.3.5 環境適應性能

6.3.5.1 耐溫度變化性能

檢測單元應能承受溫度變化試驗,低溫為-10℃,高溫為+50℃,暴露時間為2h,溫度轉換時間為3min,溫度循環次數為5次。

6.3.5.2 耐濕熱性能

檢測單元應能承受規定的恒定濕熱試驗。試驗溫度+40℃±2℃、相對濕度(93±3)%,試驗時間為48h。

6.3.6 電磁兼容性能

檢測單元應滿足下列試驗項目要求:

a) 靜電放電抗擾度:試驗等級/電壓為4級,±8kV(接觸放電)或±15kV(空氣放電)。

b) 射頻電磁場輻射抗擾度:試驗等級/電場強度為3級,10V/m。

c) 電快速瞬變脈沖群抗擾度:試驗等級/電壓為4級,±4kV

d) 浪涌(沖擊)抗擾度:試驗等級/電壓為4級,±4kV

e) 射頻場感應的傳導騷擾抗擾度:試驗等級/電壓為3級,10V

f) 工頻磁場抗擾度:試驗等級/磁場強度為5級,100A/m

g) 脈沖磁場抗擾度:試驗等級/磁場強度為5級,1000A/m

h) 阻尼振蕩磁場抗擾度:試驗等級/磁場強度為5級,100A/m

i) 電壓暫降和短時中斷抗擾度:電壓暫降和短時中斷為60%額定電壓,持續時間10個周波。

6.3.7 機械性能

檢測單元應能承受嚴酷等級為Ⅰ級的振動(正弦)響應能力試驗、振動耐久能力試驗、沖擊響應能力試驗、沖擊耐久能力試驗和碰撞試驗。在試驗期間裝置應正常工作。試驗后,無緊固件松動及結構損壞,在技術要求限值內功能應正常。

6.3.8 6.3.8 外殼防護性能

主站單元外殼的防護性能應符合IP51級要求,檢測單元和通訊單元的外殼防護性能應符合IP55級要求。

6.4 通訊單元

通訊單元位于機艙或塔筒底部,實現監測數據的傳輸。

6.5 主站單元

主站單元應具備數據通訊、監測裝置對時、數據瀏覽、報警、報表、遠程通訊等功能, 主站單元與其它系統通訊符合IEC61850標準。

7 測量與評估

7.1 基準測量

應以風電機組運行在并網狀態時測量的振動數據作為基準。

新風電機組和大修后風電機組應在磨合期結束后再采集基準數據。

7.2 振動值評估方法

振動值評估方法見附錄B。

7.2.1 評估準則

a) 風電機組振動幅值在正常范圍內

1) 當幅值沒有明顯變化時,不采取措施。

2) 當振動增大,增加率為接近線性,而且預計在下次監測之前,幅值不會超過正常范圍上限值時,不采取措施。

3) 當振動增大,增加率為接近線性,而且預計在下次監測前,幅值將超過正常范圍上限值時,應安排更頻繁的監測。

4) 當增加率為非線性,或者在預先設置的時間段內,歷史數據變化率增加達25%時,應采取連續監測或安排更頻繁的監測。

b) 風電機組振動幅值在報警區域內

1) 當幅值不變化時,保持相同的監測間隔。

2) 當幅值呈接近線性增加,在計劃維修之前或者在下一次的監測之前,預計幅值超過需采取措施的幅值時,或者當增加率為非線性時,應通過連續的或更頻繁的監測來驗證此增加率并重新安排維修計劃。增加監測的次數應保證在重新安排維修之前采集三次數據。當振動幅值減小時,應繼續執行原有監測間隔。

7.3 故障特征頻率

常見故障原因及其對應的特征頻率見附錄C。

附 錄 A

(資料性附錄)

振動監測流程圖

圖A.1 振動監測流程圖

附錄B

(資料性附錄)

振動值評估方法

確定風電機組振動幅值的評定準則,需考慮以下2個因素,即:

a) 振動幅值

b) 振動變化率

當新風電機組調試時,振動幅值應根據預先確定的允許值評定。

當風電機組投入使用后,應根據幅值以及幅值變化率評定。

基于速度的驗收準則采取圖B.1所示的通用形式,圖B.1中指明了上限頻率 和下限頻率 ,并表明低于某給定頻率 和高于某給定頻率 ,允許的振動速度是振動頻率的函數。振動頻率在 和 之間采用恒定速度準則。對于評定準則和具體風電機組類型的 , , 和 ,根據風電機組制造廠商提供資料和運行經驗確定。

圖B.1 振動區域

A、B、C和D區域的振動速度邊界值可根據長期運行的經驗確定。一般原則為:

a) 新交付使用風電機組的振動通常在區域A內。

b) 振動處在區域B內的風電機組通?蔁o限制地長期運行。

c) 振動處在區域C內的風電機組一般不適宜作長時間連續運行。通常,風電機組可在此狀態下運行有限時間直至有合適的機會進行維修。

d) 振動處在區域D內,其振動烈度足以導致風電機組損壞。

風電機組振動報警值應相對于基準值確定。

報警值設置宜高于基準值,高出的值等于區域B上限值的25%。

沒有建立基準值時,初始報警值應根據經驗確認。當基準值建立后,應調整報警值設置。

報警值不應超過B區域上限值的1.25倍。

當基準值變化后,報警值設置應相應修改。

停機值應在區域C或D內,不應超過區域C上限值的1.25倍。

附錄C

(資料性附錄)

常見故障原因及其對應的特征頻率

表C.1 常見故障原因及其對應的特征頻率

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