第一節概述

風力發電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機并使其得到相應的轉速。通常風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電所要求的轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。根據機組的總體布置要求，有時將與風輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯軸節連接的結構。為了增加機組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合葉尖制動（定漿距風輪）或變漿距制動裝置共同對機組傳動系統進行聯合制動。

由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，受無規律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，加之所處自然環境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂的狹小空間內，一旦出現故障，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構件材料的要求，除了常規狀態下機械性能外，還應該具有低溫狀態下抗冷脆性等特性；應保證齒輪箱平穩工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件，等等。對冬夏溫差巨大的地區，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設置監控點，對運轉和潤滑狀態進行遙控。

不同形式的風力發電機組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結構也因此而異。在風電界水平軸風力發電機組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動最為常見。

如前所述，風力發電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現，皆可能導致風電機組發生故障，而狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，整個傳動系的動力匹配和扭轉振動的因素總是集中反映在某個薄弱環節上，大量的實踐證明，這個環節常常是機組中的齒輪箱。因此，加強對齒輪箱的研究，重視對其進行維護保養的工作顯得尤為重要。第二節設計要求設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結構簡化并且重量最輕。通常應采用CAD優化設計，排定最佳傳動方案，選用合理的設計參數，選擇穩定可靠的構件和具有良好力學特性以及在環境極端溫差下仍然保持穩定的材料，等等。

一、設計載荷

第一節概述

風力發電機組中的齒輪箱是一個重要的機械部件，其主要功用是將風輪在風力作用下所產生的動力傳遞給發電機并使其得到相應的轉速。通常風輪的轉速很低，遠達不到發電機發電所要求的轉速，必須通過齒輪箱齒輪副的增速作用來實現，故也將齒輪箱稱之為增速箱。根據機組的總體布置要求，有時將與風輪輪轂直接相連的傳動軸（俗稱大軸）與齒輪箱合為一體，也有將大軸與齒輪箱分別布置，其間利用漲緊套裝置或聯軸節連接的結構。為了增加機組的制動能力，常常在齒輪箱的輸入端或輸出端設置剎車裝置，配合葉尖制動（定漿距風輪）或變漿距制動裝置共同對機組傳動系統進行聯合制動。

由于機組安裝在高山、荒野、海灘、海島等風口處，受無規律的變向變負荷的風力作用以及強陣風的沖擊，常年經受酷暑嚴寒和極端溫差的影響，加之所處自然環境交通不便，齒輪箱安裝在塔頂的狹小空間內，一旦出現故障，修復非常困難，故對其可靠性和使用壽命都提出了比一般機械高得多的要求。例如對構件材料的要求，除了常規狀態下機械性能外，還應該具有低溫狀態下抗冷脆性等特性；應保證齒輪箱平穩工作，防止振動和沖擊；保證充分的潤滑條件，等等。對冬夏溫差巨大的地區，要配置合適的加熱和冷卻裝置。還要設置監控點，對運轉和潤滑狀態進行遙控。

不同形式的風力發電機組有不一樣的要求，齒輪箱的布置形式以及結構也因此而異。在風電界水平軸風力發電機組用固定平行軸齒輪傳動和行星齒輪傳動最為常見。

如前所述，風力發電受自然條件的影響，一些特殊氣象狀況的出現，皆可能導致風電機組發生故障，而狹小的機艙不可能像在地面那樣具有牢固的機座基礎，整個傳動系的動力匹配和扭轉振動的因素總是集中反映在某個薄弱環節上，大量的實踐證明，這個環節常常是機組中的齒輪箱。因此，加強對齒輪箱的研究，重視對其進行維護保養的工作顯得尤為重要。第二節設計要求設計必須保證在滿足可靠性和預期壽命的前提下，使結構簡化并且重量最輕。通常應采用CAD優化設計，排定最佳傳動方案，選用合理的設計參數，選擇穩定可靠的構件和具有良好力學特性以及在環境極端溫差下仍然保持穩定的材料，等等。

一、設計載荷

本文作者：胡明旭王維華工作單位：哈電集團現代制造服務產業有限責任公司

1風電設備型式的演化

齒輪箱存在的主要問題是噪聲、磨損、功率損耗、維修、油污等,特別是在高達百米的高塔上作業,頻繁地進行維修、更換部件,使廠家不堪承受,目前尚無保證其壽命的成熟技術。然而,為了達到更高的速比,使用多級齒輪箱更適宜。單級齒輪箱的速比選為6,齒輪箱功率損耗與速度成比例,三級齒輪箱損耗功率是額定功率的3%,單級是額定功率的1.5%。從1991年開始,推出無齒輪箱發電機系統,即所謂的直驅式發電機,主要是為了避免齒輪箱故障和減少維護量。為了和電網聯接,這種風電設備還需要一個全功率電力電子變流器。然而配套的低轉速、高轉矩發電機和全功率變流器是相當貴的,因此,那時大多數采用直驅式直流或交流電勵磁的發電機,后來推出永磁鋼勵磁,從而消除了勵磁損耗。為了增加功率和降低轉速,直驅式發電機變得越來越大和更加昂貴,為此提出了采用一個單級齒輪箱(速比為6或者更高)的裝置,這一系統雖然仍有帶齒輪箱、直驅式系統昂貴的發電機及全功率變流器等缺點,但與直驅式系統相比,它可以使發電機成本降低,效率提高。這個系統發電機的轉矩仍然相當高,轉速相當低,擁有一個大的直徑和氣隙,就有大的勵磁電流和高的損耗。然而,變流器的額定容量可以降到30%,從成本和效率方面占有優勢。這種單級齒輪箱的使用,使得整機外形尺寸顯著縮小。

2風輪機特性

2.1功率P=(1/2)QCr2v3(1)式中:P為功率,MW;Q為空氣密度,kg/m3;r為轉輪半徑,m;v為風速,m/s;C為功率系數,即空氣動力效率,%;d為葉尖速比,葉尖周速/風速;a為槳葉節距角。2.2主要參數以P=3MW,額定轉速為15r/min,額定風速v=12m/s,平均風速…v=7m/s,轉輪直徑為90m,最優葉尖速比8,最大空氣動力效率(轉輪)為48%,空氣密度Q=1.225kg/m3為例進行結構布置方案對比。

3結構布置方案對比

1、風力發電齒輪箱功能以及技術現狀

1.1齒輪箱的功能

常規的普通發電機組都需要達到一定的轉速才能試運轉發電，但是風力發電機的轉速由于風力原因顯然不高，所以風力發電機的風輪軸需要經過增速箱增速才能達到發電機的轉速要求，而齒輪箱就是傳遞風輪動力并且使轉速明顯提升的關鍵設備。風輪的轉速越低，齒輪箱的增速比要求也就越高，相應的復雜性、造價都會有很大的提升。所以齒輪箱是希望風輪的轉速越高越好的。但是現在國際上風力發電的基本趨勢是風輪為三葉片，而且葉越來越長，風輪的半徑越來越大，這就要求了齒輪箱的技術越來越復雜與精密。

1.2齒輪箱技術現狀

我國的風力發電機組的相關技術是從國外引進并發展的，但是從國外引進的相關技術中并沒有風力發電齒輪箱的相關制造技術，所以我國的風力發電齒輪箱制造技術沒有實際的技術借鑒，全靠研究人員按照電機組的技術規范自行研究和制造，所以齒輪箱制造技術不算很高。另一個尷尬的現實是，我國對風力發電的技術研究起步很晚，國內缺少對于風力發電技術特別精通的相關專業人才，相關的教育基礎也比較低，種種原因都限制了我國的風力發電齒輪箱制造技術的快速發展?，F在的齒輪箱產品離滿足市場需求還有很長的路要走。

2、齒輪箱生產工藝

第一篇

1動力頭設計

1.1技術參數

TR180旋挖鉆機動力頭采用力士樂液壓馬達，液壓馬達輸出的轉矩和轉速通過減速機減速增扭后傳遞到齒輪箱，齒輪箱內的減速齒輪進行二次減速，輸出的大扭矩和低轉速驅動鉆桿和鉆頭回轉，并提供鉆孔所需的加壓力、提升力實現鉆孔作業。

1.2外形結構

TR180旋挖鉆機動力頭主要由齒輪箱傳動系統、滑動支架總成和緩沖裝置組成。

摘要:橋式葉輪給料機常常用于發電廠給煤，我單位兩臺橋式葉輪給料機主要用于石灰石的輸送，它是一種沿石灰石卸料坑道縱向軸道行走或停在一處將石灰石均勻連續地撥到輸送皮帶上的設備，由于受物料粒度和環境因素的影響，故障比較頻繁，針對一直以來出現的故障，我們制定了一系列解決方案，并予以實施，本文主要就如何處理此設備常見故障，闡述個人的一些觀點和做法。

關鍵詞:橋式葉輪給料機;常見故障;分析;處理

1常見的故障及原因分析

(1)葉輪給料裝置主要部件傘齒輪箱特別容易損壞:原傘齒輪箱立軸上端軸承為水平方向安裝，無儲油裝置，運轉時，潤滑油、脂容易下落，造成軸承缺油損壞;且僅有密封環一道密封裝置，而立軸上端蓋是直接接觸物料，物料和粉塵常由密封蓋環經上端軸承進入齒輪箱內，引起上端軸承缺油和油品污染而導致傘齒輪箱損壞;另外橫軸兩只原使用軸承的型號為32220圓錐滾子軸承，運轉時產生的軸向力較大，且兩只軸承分布的間距較短，僅為190mm，導致聯軸器至橫軸前端軸承間距為588mm;由于以上結構，橫軸軸承極易損壞，軸向力過大極易擠壞端蓋，橫軸也常因扭力過大而變形、彎曲，從而導致傘齒輪箱損壞。(2)動力電源易斷相、缺相:設備原有供電方式是滑觸線，其動力電源及控制電源均是利用集電器從滑觸線上取得，由于滑觸線裸露，地坑潮濕且粉塵較大，加上行車軌道不平、彎曲等因素，導致集電器觸頭與滑觸線接觸不良，而且集電器容易脫落，經常造成給料機動力電源缺相、斷相;另外，由于操作柜安裝在給料機機架上，受現場潮濕環境和粉塵的影響，電氣元件容易積灰、失效，均會導致電機或控制線路燒壞。(3)電機易壞，且調速和保護不可靠:原設備使用的滑差電機是由交流三相異步電動機、無滑環滑差離合器和測速發電機組成，測速發電機與滑差離合器輸出軸共軸。同樣由于卸料地坑工作環境差，粉塵較大，加之滑差電機外密封不好，粉塵直接進入滑差離合器內，經常造成軸承和滑差部分卡死甚至損壞;而且，滑差電動機離合器的勵磁電源，是采用可控硅整流電源供電，使之實現寬幅無級調速，也因為粉塵較大，粉塵從接線盒進入測速發電機，造成測速反饋電路的反饋信號失真，從而直接影響了升、降速的準確性和可靠性，極易造成葉輪部分在因物料粒度大，遇到較大阻力時，無法及時對機械部分和電氣部分形成保護跳停，而造成傳動減速機或傘齒輪箱等損壞。

2整改方案及措施

(1)由于葉輪傳動部分傘齒輪箱設計上存在諸多缺點，因而我們著重針對以上故障原因制定解決方案，主要包括以下三個方面:①為解決立軸端蓋防灰密封不好以及上端軸承潤滑不好而導致立軸軸承損壞等問題，我們對傘齒輪箱圖紙做了較大修改，要求制造廠家按修改后的圖紙技術要求重新制作傘齒輪箱。首先，對立軸上端軸承下部加裝儲油盤，防止潤滑脂在立軸轉動時掉落而引起軸承缺油，儲油盤立邊上端同殼體上蓋保持約3mm間隙，確保不摩擦殼體，殼體軸承外圈位置對應加工兩孔，攻絲并安裝注油嘴，分別用于潤滑脂的添加和多余潤滑脂的排出，使軸承得到有效潤滑，不因缺油而損壞軸承;其次，將迷宮密封端蓋的溝槽加深，較大物料顆粒進入，另外在端蓋迷宮槽的內側再安裝兩道骨架油封，防止細小粉塵由迷宮密封端蓋經立軸上端軸承進入箱體，污染潤滑油品而引起齒輪箱損壞。②同樣，為解決橫軸因軸承型號使用不當，且軸承分布尺寸不對，導致橫軸聯軸器端因扭力過大而彎曲等故障，在保持傘齒輪箱體高度、殼體直徑不變的情況下，將傘齒輪箱殼體橫軸安裝軸承位置加長，使橫軸軸承間距由原來190mm增加到283mm，并且將原有兩只32220圓錐滾子軸承改為23220調心滾子軸承，另外在靠聯軸器端加裝一只32220圓錐滾子軸承，以增大橫軸的抗負荷能力和降低大、小傘齒輪嚙合運轉時對端蓋產生的軸向力，防止軸承及端蓋損壞;由于橫軸軸承端位置加大，從而使聯軸器到橫軸前端軸承間距由580mm相應減少到415mm，達到有效防止橫軸因不能承受足夠扭力而變形的目的。③橫軸端蓋的密封裝置也改用上述立軸端蓋同樣的密封方式，防止粉塵進入橫軸軸承箱體內。(2)為提高供電和電氣控制可靠性，將動力供電電路改為隨行電纜供電，采取將動力電纜和視頻監控線纜固定在導軌上滑行的12只小滑車上，隨著葉輪給料機滑行，動力電源由地面操作室內變頻控制柜直接送到電機;原控制系統改為變頻控制并移至地面操作室，變頻控制柜和操作柜由現場改為遠程，通過增設視頻監控系統在地面操作室內操作臺對現場給料機運行實現遠程監控和操作，從根本上消除了因集電器與滑觸線接觸不良、地坑潮濕、粉塵大以及集電器脫落帶來的電源缺相、斷相和控制柜電氣元件失效等原因而造成的電機燒壞事故。(3)由于滑差電機在運行中存在啟動電流大、不能長時間低速運轉、滑差離合器和測速發電機部分易壞，影響調速及對機械部件保護的可靠性等缺點，而且滑差電機結構復雜、體積大，維修起來比較困難，因而改用調速范圍廣、運行比較穩定、維修操作方便的YVF2系列變頻調速電機替代滑差調速電機。通過變頻調速控制，降低電機啟動和運行電流，有效保護傘齒輪箱、減速機等傳動機械和電機，達到節能、降耗、提高設備穩定性的目的。目前我們使用的變頻控制柜為廣州寶米勒電氣有限公司生產的MC200G系列，設定保護電流比正常取料運行時最大電流高10－15A。

摘要：本文簡要介紹了船用齒輪箱減速比自動調節系統的設計思想，由此提出了船槳應用機制，繼而探索了減速比控制系統的設計方案：主控制器、液壓動力裝置、其他問題調節等，以此提升自動調節系統的減速比控制能力，提升船用齒輪箱的應用性能。

關鍵詞：齒輪箱；柴油機；自動調節系統

船只整體具有能量運作的平衡性，船舶主控系統，在油料燃燒狀態下，將會產生扭矩，在傳動裝置、螺旋槳共同作用下，將扭矩轉化為推力，借助推力消除船體自身形成阻力，以此提升船舶運行速度。在船舶航行期間，船只、船槳之間存在相互作用，如若工況發生浮動，將會難以維持系統原有平衡性，由此造成其它方面的工況變化。

1船用齒輪箱減速比自動調節系統設計簡述

1.1傳動裝置設計準確性需求

柴油機在實際運行期間，含有特定的工況運行范圍。在標準工況情況下，柴油機運行效率較高，同時產生的耗油問題較低，由此能夠最大化彰顯柴油機功率運行價值。同理，螺旋槳含有運行的最佳工況，在此條件下，能夠高效完成能量轉換。由此發現：螺旋槳與柴油機兩者在運行期間，如若能夠形成最佳組合狀態，能夠提升燃料使用的最大化價值，為船舶經濟獲取帶來更多可能性。螺旋槳、柴油機的協作運行，作為航運部門較為關心的話題。螺旋槳設計期間，應完成主機信號選擇與設計，保障傳動裝置的設計準確性。

1機型基本參數對比分析

小龍水電站最大水頭6．31m，額定水頭5．0m，最小水頭3．0m，根據運行水頭適合的機型有豎井貫流式和燈泡貫流式，但是，豎井貫流機組與燈泡貫流機組各具有其特點。小龍水電站工程在初步設計中推薦采用燈泡貫流式機組。但在施工設計階段，遇到了諸多困收稿日期:2015-03-16難，比如:水輪發電機組采購時，由于機組運行水頭超低、轉速低、發電機尺寸大、生產周期長、制造難度大、交貨時間不能滿足電站的施工工期要求，同時大件運輸也較困難等。于是對豎井貫流式和燈泡貫流式兩種機型主要性能參數進行比較。由表1參數可知，在超低水頭、相同同出力條件下，燈泡貫流式轉輪直徑比豎井貫流式大0．3m，轉速低15%，水輪機重量多12%，水輪機流道尺寸也略大。水輪機最大起吊重量多12%，廠房起吊高度增加5%。而豎井貫流式發電機增加了一套變速系統，但發電機的重量僅是燈泡機的1/4，故機組重量輕。對發電機而言，若選用燈泡貫流式機型，按照水輪機參數，發電機轉速為65．22r/min，轉子磁極數為92個。根據電磁計算，發電機定子需選擇450槽，發電機結構尺寸相對而言較大，其經濟性指標明顯下降，隨之帶來的是運輸難度增大，發電機無法整體運輸，燈泡頭、錐體、定子機座等部件均需分瓣才能完成。同時，定子還需要在工地完成疊片、下線等工作，轉子要采用疊片磁軛結構，也需在工地現場進行組裝。從表中可以看出豎井貫流式機型，通過增設一個增速齒輪箱將發電機轉速提高到750r/min，發電機結構尺寸大為減小，定子槽數減為了108槽，轉子磁極數僅為8個，發電機可實現在制造廠總裝配后整體運至工地。顯然，給制造和運輸都帶來極大的方便。

2機型安裝調試、周期的對比分析

由于燈泡貫流式機組結構緊湊，故安裝工作要在狹小的空間里進行。而總體上這種機型，特別是對于尺寸較大的機組，其大部件剛性又相對較弱，這樣，要滿足機組重要部位設計精度的需要，其安裝難度、調整工作量大、工作周期長是顯而易見。但對豎井貫流式發電機組而言，情況則完全不一樣，豎井貫流機組的發電機部分可在制造廠內進行總裝，并在完成轉動部件的靜、動平衡試驗后，如齒輪箱一樣，整體運至工地可直接吊入豎井內就位后安裝。另外，直錐尾水管的里襯在第一階段安裝，并作為后續工程的基準和支持面，導水機構在安裝場預組裝，待廠房土建工作結束后整體吊裝就位，接著是安裝主軸、轉子、增速器和發電機，仔細地對中調直，使其在一條直線上，這樣可大大減小安裝場地，縮短安裝周期。

3機型維護檢修的對比分析

一般豎井外形除了迎水面做成圓弧形外，沿水面均為平面。燈泡貫流式機組發電機部分的維護工作較少，但維護操作則較為困難，發電機大修時流道需要進行排水，所需維修所需的時間較多。豎井貫流式機組發電機部分的維修操作則較為方便，不需要對流道部分實行排水。當然，增加了一個齒輪箱的維護，增速器一般指齒輪傳動，需要我們對齒輪箱的選擇給予足夠重視，選用可靠的、高質量的產品，就完全可以將齒輪箱的故障率和機組總體噪音降到很低程度。由此看來，豎井機組也可以提高設備的運行可靠性和安全性，減少維護工作和費用。

隨著我國社會經濟的快速發展，社會各領域對電能的需求不斷加大，形成電能緊張的局勢。在生態環保、可持續發展理念深入人心的情況下，傳統的發電產業已經逐漸失去了繼續開發的市場，新能源在市場經濟中表現得異?；钴S。風能是一種經濟能源，可以應用于風電場的發電，對緩解電力供應緊張局面具有重要的戰略意義。但是，由于風電場在運營管理環節存在各種各樣的問題，實際的生產效率受到很大的影響，必須采取相應的措施加以解決。而監測診斷技術的應用，為解決風電場運營管理中存在的問題提供了技術支撐。

1風電場運營管理的重要意義

在風電場的運營管理過程中，監測診斷技術的應用應注意四個方面的問題：（1）保證設備的運行安全，防止突發事件的發生；（2）保證設備的工作精度，提高產品質量；（3）實施狀態維修，及時消除安全隱患；（4）減少設備事故帶來的環境污染。風電場監測診斷技術若能得到科學合理的應用將具有重要意義：（1）加強風電場的運營管理，可以及時發現運營管理中的問題，并及時采取有效措施加以解決，有利于保證風電場生產工作的正常運行；（2）加強風電場的運營管理，能夠在實踐過程中不斷克服運營管理的不足，提高運營管理水平；（3）加強風電場的運營管理，能夠改善運營管理的各個環節，提高風電場的生產水平和綜合效益。

2風電場運營管理存在的問題

2.1風力資源的預測技術低。風力資源是一種自然資源，具有“取之不盡，用之不竭”的特點。與此同時，風力的變化很快，預測起來比較困難。對風電場而言，如果能在生產的過程中對風力資源進行科學、準確的預測，將會給企業的運營管理帶來巨大的幫助。但是從當前我國風電場對風力資源的預測來看，預測技術不足的短板體現得非常明顯，存在許多不足之處。2.2設備故障維修能力不足。風電場的正常運行，離不開發電設備的保證。如果在發電設備運行過程中出現故障，則整個風力生產作業都會受到不同程度的影響。在日常的生產運行過程中，風電場設備管理人員應當加強對設備運行狀態的觀察，一旦有發生故障的跡象，立即采取相應措施加以防治。受專業水平、故障維修能力等因素的影響，風電場設備的故障預防及處理存在很多問題。比如，在線振動監測設備、防火監測設備在運行過程中出現問題，但是工作人員卻沒有及時察覺，設備的正常運行受到很大影響。2.3管理制度方面不完善。任何管理活動的順利開展，都離不開完善的管理制度，管理制度的完善與否，直接關系到管理的效率和質量。不可否認的是，我國風電場的運營管理制度在近年來的發展過程中得到了不斷的完善，為運營管理工作的實施提供了科學的制度保障。但是，隨著新情況、新問題的不斷出現，運營管理制度難以做到與時俱進，導致運營管理的效率和質量受到影響。

3監測診斷技術在風電場運營管理中的應用

摘要:風力發電作為我國可再生能源的核心組成部分，在國家大力倡導下取得迅速發展及應用。風力發電涉及材料學、空氣動力學、計算機技術、結構力學等學科，屬于集成化的新能源開發技術。由于風力發電設備運行環境惡劣且體量較大，需定期對設備進行無損檢測，評估設備運行狀態。本文以風力發電設備無損檢測技術為切入點，研討塔筒、電機設備、電力電子構件、齒輪箱、風電系統等的無損檢測技術及技術應用方式。結合風電機葉片缺陷評估，引入紅外熱像無損檢測，分析葉片無損檢測方式，降低葉片過度維護，以及事后維護帶來的高昂運維成本，確保風電系統穩定運行。

關鍵詞:發電設備;風力發電;無損檢測技術;紅外熱像無損檢測

各國大力發展新能源事業，聯合國將全球可再生清潔能源認定為重點投資方向?；诖耍覈鴮L能作為未來經濟增長的主要能源來源之一，并大力建設風力發電系統。目前，我國風力發電基礎設施建設取得了一定成就，研究重點將朝向運維發展，即穩固系統運行，加強安全性評估及可靠性評價。因此，需大力發展風力發電設備無損檢測技術，延長風力發電系統使用壽命，減少故障損失，提高經濟效益。

1風力發電設備無損檢測技術及應用

1．1監測發電機與電力電子設備

風力發電機包括電力電子與電磁兩部分，此類構件可靠性是評估風電設備檢測水平的重要指標。風力發電設備運行過程中，受振動、濕度、溫度、封裝形式等影響都會對內部構件造成影響，嚴重者導致零件損壞。風力發電設備收集的風能先經過葉輪，再經過主軸與齒輪箱，經發電機轉換后變成電能。風力機葉片是一種彈性體，在風力作用下葉片結構可形成向上的空氣動力與慣性力，其交變性無法確定，并且隨機性較強。在力的耦合作用下，發電機因不可抗力的振動而產生自激共振，即顫振。如果顫振處于發散狀態，將導致風力發電設備損壞。除此之外，風力發電機組運行過程中會因諸多原因而產生較大振動，振幅與振動頻率超過風機荷載將影響風機穩定運行。目前，應用在風力發電設備的無損檢測方式包括:熱成像技術、電磁傳感技術、掃地雷達技術等，同時還可通過模態分析法對系統穩定性與壽命進行評估，以此提高風力發電機故障檢測科學性。除風電機機械部分易造成設備損壞之外，風力、溫差、潮濕條件也會導致線路絕緣耐壓、腐蝕及接觸電阻的失效。風力發電機和電力電子元件的電子類故障涉及定子線圈絕緣故障、轉子故障、激勵線圈絕緣故障等。轉子與頂底電路故障包括線圈斷裂、線路短路、線圈匝間短路或相位對位短路等，同時焊接點松動也會導致線路故障。傳統電動機電流信號分析法無法適用于發電機工作時，僅能進行線下測試或設備停運時檢修。從電力電子方面分析，電流通過半導體器件時功率損失引起的發熱是導致發電機元件損壞的主要原因之一，在工作電壓與載流能力持續增加的背景下，溫度與檢測系統對電力電子設備可靠性評估具有非常顯著的意義。所以，目前對風力發電機的實時監測技術與方法仍面臨嚴峻挑戰，有必要加大無損檢測技術研究力度，對電力電子系統進行實時監控。