【摘要】風(fēng)電機組通過風(fēng)輪將空氣動力轉(zhuǎn)換成機械，并通過傳動鏈傳遞到發(fā)電機，再通過發(fā)電機機械能轉(zhuǎn)換成電能并向電網(wǎng)輸送。風(fēng)輪及葉片是風(fēng)電機組的關(guān)鍵部件，如風(fēng)輪氣動不平衡，風(fēng)電機組將會產(chǎn)生額外載荷或者載荷失衡，有效監(jiān)測到風(fēng)電機組運行過程中葉片氣動不平衡狀態(tài)，并快速解決，提高風(fēng)電機組發(fā)電量，降低對傳動鏈沖擊。因此在風(fēng)電機組運行階段，需定期進行氣動不平衡檢測。關(guān)鍵字：氣動不平衡

風(fēng)電機組

葉片1前言風(fēng)能，是一種清潔的可再生能源，風(fēng)力發(fā)電是當(dāng)前我國新能源政策的重點發(fā)展方向。風(fēng)電機組可靠安全運行是整個風(fēng)電行業(yè)關(guān)注的焦點，而風(fēng)輪是風(fēng)電機組的重要組成部分之一，它將空氣的動能轉(zhuǎn)化為的機械能。風(fēng)電機組的大部分載荷也是由風(fēng)輪傳遞過來的，風(fēng)輪一般由幾組葉片組成，目前主流機型基本采用3葉片型式風(fēng)輪。隨著中國風(fēng)電快速發(fā)展，風(fēng)電機組的故障也越來越多，特別是風(fēng)電機組的震動故障，將直接影響機組機械性能及壽命。而葉片作為風(fēng)電機組動力來源，其的氣動不平衡將使機組產(chǎn)生額外載荷或者載荷失衡。所以葉片氣動不平衡將會降低發(fā)電效率及風(fēng)電機組功率曲線，同時也會對變槳系統(tǒng)、傳動鏈、偏航系統(tǒng)等關(guān)鍵部件帶來損傷。2氣動不平衡產(chǎn)生原因葉片氣動不平衡產(chǎn)生原因有以下幾個方面：1）

風(fēng)輪現(xiàn)場組對葉片時，葉片安裝角錯誤；2）

葉片出廠時葉根前后緣葉根零度標(biāo)識零位線標(biāo)記錯誤；3）

隨著風(fēng)電機組運行，變槳系統(tǒng)的編碼器監(jiān)測角度累計誤差，導(dǎo)致葉片槳距角差異。風(fēng)輪作為風(fēng)電機組動力源頭，三只葉片角度不一致，將產(chǎn)生嚴(yán)重后果。由于氣動不平衡故障前期不容易被發(fā)現(xiàn)，采用常規(guī)的診斷方法很難診斷氣動不平衡。3案列分析以某風(fēng)電場1.5MW型變槳距雙饋風(fēng)電機組為例，風(fēng)電機組啟機狀態(tài)下，在機艙內(nèi)未能發(fā)現(xiàn)振動點。在大風(fēng)運行狀態(tài)下，在機組附近明顯聽見機組震動聲音過大，發(fā)現(xiàn)塔筒振動明顯，葉輪每轉(zhuǎn)1圈就會發(fā)出2次聲音，另外機組在對風(fēng)狀態(tài)下偏航聲音過大機組有明顯有來回擺動現(xiàn)象。在停機狀態(tài)下偏航發(fā)現(xiàn)偏航時有偏不動的跡象。檢查偏航制動器、液壓系統(tǒng)、偏航軸承，并通過調(diào)整偏航半開壓力、更換過偏航剎車片都未能解決。懷疑風(fēng)電機組可能由于機組載荷超差或失衡造成異常，因此針對該項目臺機組安裝了CMS在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行監(jiān)控。振動監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器安裝位置如下圖所示。通過一段時間數(shù)據(jù)采集，分析如下：a）不同轉(zhuǎn)速下主軸承振動時域圖b）頻譜分析c）包絡(luò)圖分析通過上述CMS在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析可知：a)

不同轉(zhuǎn)速軸承時域圖中，可見2倍葉輪轉(zhuǎn)頻沖擊，較低轉(zhuǎn)速時，沖擊無明顯規(guī)律。b)

頻譜圖中，無明顯軸承特征頻率。c)

轉(zhuǎn)動鏈上有相近低頻沖擊成分。因此可知此振動并非由于主軸承缺陷產(chǎn)生，其震源為葉輪側(cè)，通過傳動鏈傳遞至主軸側(cè)。4氣動不平衡檢測依據(jù)上述CMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析，分別針對葉片實際安裝角檢查，并重新對編碼器較零，并無異常。因此懷疑葉片出廠時葉根前后緣葉根零度標(biāo)識零位線標(biāo)記錯誤導(dǎo)致氣動不平衡。在同一風(fēng)速工況下，將風(fēng)機進入空轉(zhuǎn)模式，限定發(fā)電機轉(zhuǎn)速，正常情況下，三只葉片槳葉角一致時，風(fēng)電機組傳動鏈方向振動最小。如改變其中一只葉片槳葉角的±1°位置，其對應(yīng)風(fēng)電機組傳動鏈方向振動偏高。根據(jù)上述原理，分別選取該項目兩臺機組，即一臺正常風(fēng)電機組，一臺震動異常風(fēng)電機組。通過PLC軟件自帶錄播功能抓取波形。1）葉片氣動不動平衡機組，現(xiàn)測試結(jié)果如下：不難看出，葉片角度一致情況下，無論三個葉片中那只葉片角度+1°或者-1°，其對應(yīng)震動值都是比正常運行震動值高。2）葉片氣動不動平衡機組，現(xiàn)測試結(jié)果如下：從上圖測試結(jié)果來看，3#葉片+1°、2#葉片-1°時，機組震動值都是比正常機組運行震動值低，說明當(dāng)3#葉片+1°、2#葉片-1°時，三只葉片動平衡反而更好。基本可以判定槳葉零度未對準(zhǔn)。5現(xiàn)場驗證根據(jù)上述動平衡測試結(jié)果，第一時間通知葉片廠家。通過針對現(xiàn)場三只葉片葉根前后緣打磨，可以確定葉片葉根前緣葉根內(nèi)外零度標(biāo)記錯誤。

6總結(jié)氣動不平衡將會影響風(fēng)電機組發(fā)電效率，也會產(chǎn)生風(fēng)電機組額外問題，同時也會對變槳系統(tǒng)、傳動鏈、偏航系統(tǒng)等關(guān)鍵部件帶來損傷。由于氣動不平衡很難通過發(fā)現(xiàn)，利用風(fēng)電機組自帶震動