風(fēng)力發(fā)電機監測和故障診斷技術(shù)

隨著(zhù)能源危機和環(huán)境污染問(wèn)題的日益嚴重，作為綠色能源的風(fēng)能已受到世界各國的高度關(guān)注和重視，我國中長(cháng)期規劃明確支持“重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)大型風(fēng)力發(fā)電設備”，風(fēng)電裝備由此得到了迅猛發(fā)展。
2009 年，風(fēng)力發(fā)電機(簡(jiǎn)稱(chēng)風(fēng)力機)裝機容量已達到159 213 MW，新增裝機容量38 312 MW，增長(cháng)率為31.7%。根據目前的增長(cháng)趨勢，世界風(fēng)能協(xié)會(huì )預測到2020 年底，裝機容量至少為1.9×106MW。中國則繼續在世界風(fēng)能發(fā)展中發(fā)揮作用，2009 年中國新增裝機容量為1.38×104 MW，第4 次實(shí)現超過(guò)1 倍的增長(cháng)。與此同時(shí)，海上風(fēng)電也實(shí)現了持續增長(cháng)，海上風(fēng)電總的裝機容量占風(fēng)電裝機容量的1.2%。截止2009 年底，風(fēng)力發(fā)電量達到每年3.4×108 MW•h，占電力供應總量的2%。
在風(fēng)電迅猛發(fā)展的同時(shí)，風(fēng)力機高額的運行維護成本影響了風(fēng)場(chǎng)的經(jīng)濟效益。風(fēng)場(chǎng)一般地處偏遠、環(huán)境惡劣，并且機艙位于50～80 m 以上的高空，給機組的維護維修工作造成了困難，增加了機組的運行維護成本。對于工作壽命為20 年的機組，運行維護成本估計占到風(fēng)場(chǎng)收入的10%～15%；對于海上風(fēng)場(chǎng)，用于風(fēng)力機運行維護的成本高達風(fēng)場(chǎng)收入的20%～25%[。高額的運行維護費用增加了風(fēng)場(chǎng)的運營(yíng)成本，降低了風(fēng)電的經(jīng)濟效益。因此，無(wú)論是從降低風(fēng)力機的運行風(fēng)險，還是減少運作成本的角度考慮，都需要大力發(fā)展風(fēng)力機狀態(tài)監測和故障
診斷技術(shù)。
針對風(fēng)力發(fā)電這一新型裝備制造業(yè)，目前尚缺乏有效的監測診斷方法，其有效的在線(xiàn)振動(dòng)監測診斷系統可以說(shuō)還是空白。風(fēng)力機容量的增加，使得風(fēng)力機體積變大，發(fā)生事故的概率增大。面對風(fēng)力機事故發(fā)生頻繁以及造成的巨額損失，風(fēng)力機的狀態(tài)監測技術(shù)引起了國內外相關(guān)人員的極大關(guān)注。但鑒于現代風(fēng)力機的運行特點(diǎn)，傳統的狀態(tài)監測方法雖然可以實(shí)現故障的有效診斷，但存在一定的局限性，尤其是在線(xiàn)狀態(tài)監測方面，問(wèn)題尤為突出。選擇合適的狀態(tài)監測方法，實(shí)現風(fēng)力機故障的有效診斷是現在風(fēng)力機狀態(tài)監測面臨的主要問(wèn)題。本文在簡(jiǎn)要介紹風(fēng)電發(fā)展趨勢的基礎上，主要介紹了風(fēng)力機的主要故障部件和現有的狀態(tài)監測方法，以及有待研究的一些問(wèn)題。
1、研究背景
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國的重視。的風(fēng)能約為2.74×109 MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107 MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10 倍。我國幅員遼闊，海岸線(xiàn)長(cháng)，風(fēng)能資源豐富，開(kāi)發(fā)利用的前景廣闊。據氣象部門(mén)統計，中國陸上離地10 m 高度風(fēng)能資源總儲量約4.35×106 MW，其中技術(shù)可開(kāi)發(fā)量為2.97×105 MW，海上10 m 高度可開(kāi)發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為7.5×105 MW 。中國氣象局公布我國風(fēng)能資源詳查和評價(jià)取得的新進(jìn)展和階段性成果：我國陸上離地面50m 高度達到3級以上風(fēng)能資源的潛在開(kāi)發(fā)量約2.38×106 MW；我國5～25m水深線(xiàn)之間近海區域、海平面以上50m 高度可裝機容量約2×105 MW。巨大的風(fēng)能儲量為風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展提供了先決條件。
2009 年，風(fēng)電裝機容量又創(chuàng )新高，即使有經(jīng)濟危機的影響，風(fēng)電整機的新增投資依然超過(guò)歷年。表1 是2006～2009 年裝機容量統計值。依據目前的增長(cháng)態(tài)勢和相關(guān)支持政策的出臺，世界風(fēng)能協(xié)會(huì )預測2020 年的整機裝機容量將達到1.9×10–6 MW。
表1 2006～2009 年裝機容量統計

我國的風(fēng)力發(fā)電是于20 世紀50 年代后期開(kāi)始進(jìn)行研究和試點(diǎn)工作的。根據中國風(fēng)能協(xié)會(huì )的統計數據，截止到2009 年，我國(不含中國臺灣省)新增裝機容量達到13 803.2 MW，年同比增長(cháng)124%，累計裝機容量達到2.58×104 MW，年同比增長(cháng)了114%，增長(cháng)率連續4 年超過(guò)，居*1，累計裝機容量超越德國，位列第2，成為增長(cháng)速度zui快的國家。據我國新能源產(chǎn)業(yè)振興規劃草案，明確到2020 年，風(fēng)電裝機容量將達到1.5×105 MW，這意味著(zhù)2009 年到2020 年12 年間，全國風(fēng)電裝機將凈加1.38×105 MW，年均新增裝機約1.2×104MW。風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)成為解決能源問(wèn)題的*的重要力量。
風(fēng)電的快速發(fā)展給風(fēng)電設備制造業(yè)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)機會(huì )。世界風(fēng)電設備制造業(yè)主要集中在歐洲的丹麥、德國、西班牙和亞洲的印度，北美洲的美國。其中歐洲地區的風(fēng)電設備制造業(yè)生產(chǎn)能力占世界的50%以上，是重要的風(fēng)電設備生產(chǎn)地，也是zui大的風(fēng)電設備出口地區。在國家規劃的指引和風(fēng)電設備國產(chǎn)化等相關(guān)政策的扶持下，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)取得長(cháng)足的進(jìn)步。目前已涌現出80 多家風(fēng)電設備整機制造企業(yè)，以及一大批與整機配套的零部件制造企業(yè)，包括兆瓦級機組在內的國產(chǎn)風(fēng)電設備陸續下線(xiàn)并投入運行。隨著(zhù)國內風(fēng)電整機制造業(yè)的逐步發(fā)
展壯大，產(chǎn)品投運量和*也在快速增加，從2005 年的29%，到2006 年的41%，2007 年超過(guò)了50%。
風(fēng)電的快速發(fā)展給風(fēng)電設備制造業(yè)也帶來(lái)了巨大挑戰。單機容量的增大，使得風(fēng)力機規模增大；風(fēng)力機規模的增大，又對風(fēng)力機性能、質(zhì)量的安全性、可靠性提出了更高的要求。風(fēng)力機機組的優(yōu)良質(zhì)量和高可靠性是風(fēng)力發(fā)電的根本要求。風(fēng)電機組在非常惡劣的氣候條件和交變載荷工況下全天候運行，如果風(fēng)電機組質(zhì)量不高、可靠性差，導致實(shí)際可利用率低，維修維護費用較高，運營(yíng)成本增加，嚴重損害風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟效益。表2 是某風(fēng)場(chǎng)風(fēng)力機事故數據(數據統計日期截止到2010 年3 月31日)。
表2 風(fēng)力機事故統計

我國的風(fēng)電制造業(yè)通過(guò)運用中外合資、技術(shù)引進(jìn)、自主開(kāi)發(fā)、外商獨資等不同發(fā)展模式取得了一定的成果，但也面臨著(zhù)一系列嚴重問(wèn)題。尤其是兆瓦級機組的質(zhì)量和運行可靠性問(wèn)題尤為突出。陸地上一臺1.5 MW 的大型風(fēng)力機，塔架高達70 m 左右，齒輪箱質(zhì)量15 t 左右，如果齒輪箱發(fā)生故障，僅拆裝費用就可高達70 萬(wàn)元以上，如果再加上運輸和維修費用，則至少高達100 萬(wàn)元，這相當于風(fēng)力機生產(chǎn)總成本的10%，而且還會(huì )導致風(fēng)力機停機數月之久，給風(fēng)場(chǎng)的生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失。海上風(fēng)力機由于拆裝的困難，維護需要出動(dòng)大型輪船和坦克吊車(chē)，甚至調動(dòng)直升機，其維護成本至少是陸地的2 倍以上。面對風(fēng)力機運行過(guò)程中出現的各種故障問(wèn)題，如何有效降低故障帶來(lái)的損失，避免重大故障發(fā)生是風(fēng)力機安全可靠、運行的重要保證。狀態(tài)監測技術(shù)可以實(shí)現對風(fēng)力機各個(gè)部件的實(shí)時(shí)觀(guān)測，掌握運行過(guò)程中的狀態(tài)信息，及時(shí)發(fā)現故障隱患，采取有效措施避免重大事故的發(fā)生，同時(shí)改定期維護和事后維護為預測維護，可以有效降低運行維護成本，提高風(fēng)電的經(jīng)濟效益。
2、風(fēng)力發(fā)電機組的故障特點(diǎn)
風(fēng)電機組主要分為三類(lèi)：① 雙饋式變槳變速機型，是目前大部分企業(yè)采用的主流機型；② 直驅永磁式變槳變速機型是近幾年發(fā)展起來(lái)的，是未來(lái)風(fēng)電的發(fā)展方向之一；③ 失速定槳定速機型是非主流機型，運行維護方便?？紤]到目前風(fēng)場(chǎng)中主要以雙饋式變槳變速機型為主，故本文內容主要針對該機型的故障及狀態(tài)監測方法加以討論。
風(fēng)力發(fā)電機由風(fēng)輪及變槳距系統、輪轂、結構(機艙、地基和塔架)、傳動(dòng)裝置、齒輪箱、發(fā)電機、電氣系統、控制系統、傳感器、剎車(chē)系統、液壓系統和偏航系統等構成。風(fēng)電機組首先將風(fēng)能通過(guò)風(fēng)輪轉換成機械能，再借助主軸、齒輪箱等傳動(dòng)系統和發(fā)電機將機械能轉換成電能，從而實(shí)現風(fēng)力發(fā)電。風(fēng)力發(fā)電機組一般都設在50～80 m 或以上的高空，其工作環(huán)境惡劣復雜，機組的受力情況也很復雜。風(fēng)力發(fā)電機組在工作過(guò)程中，槳葉的轉速是隨風(fēng)速的變化而變化。當陣風(fēng)襲來(lái)，葉片受到短暫而頻繁的沖擊載荷，而這個(gè)沖擊載荷也會(huì )傳遞到傳動(dòng)鏈上的各個(gè)部件，使得各個(gè)部件也受到復雜交變的沖擊，對其工作壽命造成極大的影響，使風(fēng)力機在運行過(guò)程中出現各種故障，尤其是風(fēng)輪以及與其剛性連接的主軸、齒輪箱、發(fā)電機等在交變載荷的作用下很容易出現故障，造成機組停機。表3 是西班牙納瓦拉水電能源集團公司(EHN)對2001～2003年風(fēng)力發(fā)電機主要部件的故障比例統計。據統計其中行星齒輪段占54%，間軸占4%，高速軸占38%，其他原因占4%。
表3 EHN 公司風(fēng)力發(fā)電機故障比例統計 %

近年來(lái)，在國家政策的大力支持下，我國自行研發(fā)的風(fēng)力發(fā)電機組已逐步占有市場(chǎng)，*比例也在逐年上升，但是在引進(jìn)*技術(shù)的同時(shí)，欠缺對我國特殊的氣候環(huán)境和地理因素的考慮，致使產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越突出。在國家相關(guān)部門(mén)的調研中發(fā)現，各整機制造企業(yè)在運行和調試過(guò)程中均出現過(guò)質(zhì)量問(wèn)題，問(wèn)題部件及原因如表4 所示。
表4 風(fēng)電整機及零部件部分產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題與原因

雷電將塔頂柜和塔底柜擊穿 防雷設計方案不完善機架出現焊縫斷裂 設計不合理、焊接質(zhì)量不到位風(fēng)場(chǎng)多位于偏遠的山區或近海區域，交通不便，并且機組處于高空，一旦機組的某些部件出現故障，不僅長(cháng)時(shí)間停機造成發(fā)電量損失，而且整個(gè)機組的重新吊裝和部件更換，都需要極大的人力和物力。長(cháng)期以來(lái)，風(fēng)力發(fā)電機采用的是計劃維修和事后維修的方式。計劃維修即機組運行2500h和5000h后的例行維護，如：檢查螺栓是否松動(dòng)、抽檢油樣、加注潤滑油等。這種維修方式無(wú)法全面、及時(shí)地了解設備的運行狀況；而事后維修則由于事先準備不足，造成維修工作耗時(shí)太長(cháng)，損失嚴重。
所以，必須在風(fēng)力發(fā)電機組運行過(guò)程中實(shí)時(shí)監控各關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)，及時(shí)了解各部件存在的故障隱患，以便及時(shí)采取措施，防止造成嚴重損失，提高風(fēng)力發(fā)電機組運行的可靠性，延長(cháng)其使用壽命。
狀態(tài)監測和故障診斷技術(shù)可以在機組不停機的情況下，對其進(jìn)行連續監控，實(shí)時(shí)了解設備的健康狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現故障隱患，避免重大事故的發(fā)生，并且得到的機組長(cháng)時(shí)間運行狀態(tài)數據對零部件后續的設計改進(jìn)有積極的指導作用。
通過(guò)國內外的統計數據可以發(fā)現，風(fēng)力發(fā)電機組的典型故障主要集中在葉片、齒輪箱、發(fā)電機等部位。針對不同的故障部件和故障特征，采取合適的故障診斷方法是有效實(shí)施狀態(tài)監測和故障診斷技術(shù)的保證。
3、風(fēng)力發(fā)電機的監測診斷技術(shù)
3.1 齒輪箱
齒輪箱位于機艙內，是風(fēng)力機傳動(dòng)鏈上的重要部件，是連接主軸和發(fā)電機的重要樞紐。齒輪箱一般由一級行星齒輪傳動(dòng)和兩級平行齒輪傳動(dòng)構成，內部結構和受力情況較為復雜，尤其是在變工況、變載荷的情況下運行，容易發(fā)生故障。齒輪箱的常見(jiàn)故障包括齒輪故障和軸承故障，軸承作為齒輪箱的關(guān)鍵部件，其失效常常會(huì )引起齒輪箱災難性的破壞。常見(jiàn)的齒輪故障有：斷齒、齒面疲勞、膠合等；軸承故障有：磨損、點(diǎn)蝕、裂紋、表面剝落等。表5 是瑞典*理工學(xué)院的可靠性評估管理中心對分布于瑞典的風(fēng)力機齒輪箱故障類(lèi)型的統計數據。
表5 齒輪箱故障類(lèi)型

齒輪箱是風(fēng)力機正常、運行的保障。風(fēng)電技術(shù)的快速發(fā)展和單機容量的增加，使得風(fēng)力機的規模越來(lái)越大，對其性能的要求也越來(lái)越高。隨著(zhù)大重型機組的投入運行，齒輪箱的故障頻率也隨之增加。據統計，一臺風(fēng)力機故障停機時(shí)間的20%是由齒輪箱故障引起的。一旦齒輪箱出現問(wèn)題，除了高額的維修費用，長(cháng)時(shí)間停機造成的發(fā)電量損失也是巨大的。表6 是1997～2004 年瑞典*理工學(xué)院對瑞典風(fēng)力機齒輪箱故障時(shí)間統計數據。
表6 瑞典1997～2004 年風(fēng)力機齒輪箱故障時(shí)間統計

面對風(fēng)力機齒輪箱故障的頻繁發(fā)生以及造成的巨額損失，近年來(lái)，已有不少科研人員對風(fēng)力機齒輪箱的故障檢測進(jìn)行了研究。振動(dòng)測量方法是技術(shù)zui成熟、zui普及的一種故障檢測方法。借助時(shí)域信號的統計指標實(shí)現了對齒輪箱故障的初步診斷，然后借助傳統的快速傅里葉變換(Fast Fourier transform, FFT)和功率譜對診斷結果進(jìn)一步加以確認。*，故障特征頻率是判斷齒輪、軸承等健康狀態(tài)的重要指標。借助故障特征頻率可以實(shí)現故障的準確定位，提高診斷精度。時(shí)頻分析方法是結合了時(shí)域和頻域的雙重信息，適用于非平穩信號的處理方法。常見(jiàn)的時(shí)頻分析方法有小波分析、短時(shí)傅里葉變換以及經(jīng)驗模態(tài)分解等。BARSZCZ 等[15]提出了利用譜峭度診斷行星齒輪箱故障的方法。譜峭度具有沖擊信號敏感的特性，
利用譜峭度可以檢測出信號中的沖擊成分，從而診斷出故障原因。研究了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )在風(fēng)力機齒輪箱故障診斷中的應用。該方法借助小波變換的時(shí)頻分析特性和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的自學(xué)習功能，將小波函數作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的隱含層，提高了診斷精度，減少了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的層數，加快了收斂速度。
對行星齒輪箱的建模和動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了研究，為闡述其復合傳動(dòng)引起的故障相互調制和耦合等故障機理提供了依據。
溫度測量方法是基于零部件的溫度變化實(shí)現異常狀態(tài)識別的診斷方法。溫度作為狀態(tài)量，測量方便，操作簡(jiǎn)單。鑒于溫度測量方法的簡(jiǎn)單易行等特點(diǎn)，該方法已集成在風(fēng)力機的控制系統中，用于檢測齒輪箱、發(fā)電機以及主軸等部件的健康狀態(tài)。
3.2 發(fā)電機
發(fā)電機是風(fēng)電機組的核心部件，負責將旋轉的機械能轉化為電能，并為電氣系統供電。隨著(zhù)風(fēng)力機容量的增大，發(fā)電機的規模也在逐漸增加，使得對發(fā)電機的密封保護受到制約。發(fā)電機長(cháng)期運行于變工況和電磁環(huán)境中，容易發(fā)生故障。常見(jiàn)的故障模式有發(fā)電機振動(dòng)過(guò)大、發(fā)電機過(guò)熱、軸承過(guò)熱、轉子/定子線(xiàn)圈短路、轉子斷條以及絕緣損壞等。據統計，在發(fā)電機的所有故障中，軸承的故障率為40%，定子的故障率為38%，轉子的故障率為10%，其他故障占12%。
根據發(fā)電機的故障特點(diǎn)，采用的診斷方法主要是基于轉子/定子電流信號、電壓信號以及輸出功率信號等狀態(tài)檢測手段。借助定子電流和轉子電流信號的時(shí)域分析得到其幅值信息，再通過(guò)FFT 得到電流信號的諧波分量，zui后通過(guò)判斷諧波分量的變化實(shí)現對發(fā)電機3 種模擬故障的識別。借助連續小波變換，對輸出功率信號進(jìn)行分析，識別出了發(fā)電機轉子偏心故障和軸承故障。研究了穩態(tài)狀況下，短時(shí)傅里葉變換方法在發(fā)電機定子開(kāi)環(huán)故障中的應用。通過(guò)對比發(fā)現，雖然基于定子電流和瞬時(shí)功率的診斷方法均可識別出故障，但瞬時(shí)功率信號中包含了更多的故障信息。發(fā)電機的轉子偏心現象是軸承過(guò)度磨損或其他故障隱患的表現?；谳敵鲭娏?、電壓、功率等信號的檢測方法是識別轉子偏心故障的有效
手段。此外，針對多級齒輪箱研究通過(guò)解調異步發(fā)電機的電流信號來(lái)診斷齒輪箱故障。
另外，在變轉速下建立了基于多項式的雙饋式異步發(fā)電機線(xiàn)性與非線(xiàn)性數學(xué)模型，利用故障特征分析法檢測出了轉子偏心故障，但是此方法也僅能判斷發(fā)電機出現故障類(lèi)型，而不能準確找出故障源。針對同步發(fā)電機為消除變轉速的影響，提出了基于轉矩和主軸轉速的判斷準則。模擬定子繞組線(xiàn)圈的短路，對發(fā)電機定子繞組電流/功率信號，先用離散小波去除噪聲，再使用連續小波提取特征頻率，有效地識別出了故障。
3.3 葉片
葉片是風(fēng)力發(fā)電機組吸收風(fēng)能的關(guān)鍵部件。葉片長(cháng)期露天工作在惡劣的環(huán)境下，難以避免受到濕氣腐蝕、陣風(fēng)或雷擊等因素的破壞以及長(cháng)時(shí)間運行產(chǎn)生的疲勞裂紋等故障隱患。風(fēng)力機葉片長(cháng)度一般在30～40 m，由纖維增強型復合材料組成，體積質(zhì)量巨大，一旦發(fā)生故障，不僅造成葉片本身的損壞，還會(huì )對整機的安全產(chǎn)生致命性損傷。因此，研究風(fēng)力機葉片的狀態(tài)檢測方法，對于降低故障損失，保證機組長(cháng)時(shí)間安全運行具有重要意義。
目前，國內雖然在風(fēng)力機葉片的設計制造技術(shù)方面取得了一定的研究成果，如清華大學(xué)針對風(fēng)力機葉片在運行過(guò)程中出現的顫振等現象綜述了葉片氣動(dòng)彈性穩定性問(wèn)題的研究成果，為風(fēng)力機葉片的設計提供理論依據。但現有文獻對其運行過(guò)程中的狀態(tài)檢測技術(shù)研究的較少，基于振動(dòng)測量方法，利用壓電陶瓷傳感器捕捉振動(dòng)信號，提出了4 種用于葉片故障診斷的方法。傳遞函數和動(dòng)態(tài)變形分析方法需借助多普勒激光掃描測振儀和葉片健康狀態(tài)時(shí)的測量數據作為參考，雖然診斷結果較為準確，但難以在實(shí)際中應用；響應比較和波動(dòng)傳播分析方法只需壓電陶瓷傳感器和激振器，借助傳感器信號之間的比較判斷葉片是否存在異常。波動(dòng)傳播方法只對位于傳感器和激振器之間的故障敏感，有一定的局限性；但響應比較分析方法算法簡(jiǎn)單、對歷史數據要求低?；诎惭b在運行風(fēng)力機葉片中的光纖光柵傳感器測量系統的成功運行，介紹了用光纖光柵傳感器實(shí)現風(fēng)力機葉片的在線(xiàn)監測的可行性。根據風(fēng)力機葉片在運行過(guò)程中的載荷變化，借助葉片上對稱(chēng)分布的光纖光柵傳感器捕捉應變信號，評判葉片健康狀態(tài)。利用壓電陶瓷傳感器捕捉葉片中的應力應變波形，通過(guò)分析這些波形的傳播特性實(shí)現對葉片的故障識別。
可見(jiàn)，對于葉片的故障檢測，主要是根據材料在不同受力情況下的應力應變變化，從而識別出故障狀態(tài)。應力應變檢測方法是通過(guò)應力應變傳感器(光纖光柵傳感器)檢測葉片在運行過(guò)程中應力應變的變化范圍，從而確保葉片的安全運行，并且該方法對于預測葉片壽命也非常有效。光纖光柵傳感器具有較好的抗電磁干擾、抗腐蝕、尺寸小、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，適合葉片結構的狀態(tài)檢測。但葉片損傷容限準則尚未有效建立，基于光纖光柵傳感器獲得的信號難以與葉片損傷模式對應，針對復合材料損傷的失效容限和性能退化預測進(jìn)行了相關(guān)研究工作。
此外，國外相關(guān)人員還利用現代無(wú)損檢測手段對葉片的健康狀態(tài)進(jìn)行識別。聲發(fā)射檢測方法是利用物體內部因應力集中產(chǎn)生斷裂、變形時(shí)釋放的應變波來(lái)識別被檢部件的異常情況。風(fēng)力機葉片長(cháng)期受到空氣動(dòng)力的交變沖擊以及腐蝕等，會(huì )產(chǎn)生裂紋、變形等異常，可借助聲發(fā)射檢測。紅外成像檢測方法是利用物體在不同溫度下輻射出來(lái)的紅外線(xiàn)成像識別異常狀況。物體表面的健康狀態(tài)(裂紋、剝落等)會(huì )影響熱輻射的能量分布，利用該特點(diǎn)，紅外成像檢測方法可用于零部件表面裂紋的診斷識別。雖然國外在風(fēng)力機葉片故障診斷方面取得了一定的
研究成果，但主要還是處于試驗階段，應用到實(shí)際中還需要一定的時(shí)間。
3.4 槳距控制系統、電氣系統與偏航系統
采用槳距控制除可控制轉速外，還可減少轉子和驅動(dòng)鏈中各部件的壓力，并允許風(fēng)力機在很大風(fēng)力下運行，目前主流的調速方式采用變槳距結構。其一般有兩種傳動(dòng)機構：齒輪式與連桿式。在大型風(fēng)力機中，常采用電子控制的液壓機構來(lái)控制葉片的槳距，液壓調節器控制齒輪或連桿推動(dòng)葉片。變槳距系統轉速極低、運行不連續、負載隨機，對其狀態(tài)監測可采用振動(dòng)檢測，也可采集發(fā)電機的電流信號進(jìn)行分析。
風(fēng)電機組的電氣系統通過(guò)變頻器等電氣設備與電網(wǎng)相連，向電網(wǎng)輸送電能，同時(shí)控制電能參數。電氣系統部件較多，發(fā)生故障的概率較大，故障類(lèi)型主要有：短路故障、過(guò)電壓故障、過(guò)電流故障以及過(guò)溫故障等。電氣系統的任一部件出現故障，都有可能間接引起發(fā)電機的損壞。鑒于電氣系統的特點(diǎn)，可以采取性能參數檢測方法，如檢測輸出電壓、電流、功率、溫度等是否和正常值相一致，借此判斷電氣系統各個(gè)部件的健康狀態(tài)。
偏航系統在風(fēng)力發(fā)電機組中的作用是轉動(dòng)機艙，使轉子隨時(shí)與風(fēng)向保持一致，以保證風(fēng)力發(fā)電機具有zui大的發(fā)電能力。偏航系統主要由偏航電機、偏航齒輪、偏航齒圈等組成，出現的問(wèn)題主要包括輪齒磨損、定位不準確、偏航電機故障以及限位開(kāi)關(guān)故障等。鑒于偏航系統自身的運行特點(diǎn)，如轉速低、狀態(tài)多變、負載重等，對其進(jìn)行狀態(tài)監測，采用的方法大致是振動(dòng)檢測以及針對偏航電機的電流、電壓檢測方法等