风力发电机组基础局部缺陷的原因分析及处理

王玉亮

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，随着风电机组功率等级的不断提高，主轴承直径也不断增加。由于主轴与主轴承之间采用过盈配合，装配过程中需要对主轴承进行加热，而主轴承的内圈、滚子及外圈紧密配合，在加热过程中需要控制好游隙，避免滚子受挤压。加热过程中除了控制内外圈各自的加热温度外，还要控制内外圈的温差。

关键词：风机基础;原因;处理

引言

风力发电组一般安装在地理和地质环境较差的位置，且高耸突出，为此，降低各部件的故障率，提升风电机组的可利用率，通过一些技术手段检测机组运行状态、在故障发生早期阶段监测到异常状况，及时跟踪部件损坏程度，制定维护检修计划，避免设备严重损坏所造成的备件成本增加与大部件更换时设备停工损失已成为一种趋势。风力发电机组传动部件常用的观测指标有温度、噪声、振动等，进行振动数据分析可发现早期故障，判断传动部件内部故障发生位置及严重程度，同时也可预测故障发展趋势并通过实时监测数值变化推断何时更换故障部件，具有较高的实用价值，因而越来越多的被利用到风电机组的监测中。早期开发的离线便携式振动监测设备可用于运行机组的定期检查与故障部件的振动诊断，可满足基本的振动观测需求，但由于不具备实时观测功能，数据存储及分析过程较为繁琐，因而采用具有实时监测及数据智能分析预警功能的CMS在线振动监测系统成为当前普遍的需求。

1风力发电机组工作原理及结构

综合分析传统风力发电机组的结构特性，在其叶片后端增设永磁体装置，并将原风叶材料替换成铜质材料，利用铜质材料在切割磁感线时能产生电涡流现象。新型风力发电机工作原理：通过风能带动叶片旋转，将叶片旋转所得的机械能通过增速器传递到发电机中，转换为电能，再通过晶闸管等滤波装置，对产生的电流进行滤波，最后，通过控制系统传递到主网中;旋转的叶片与后端固定的永磁体装置间存在相对运动，发生切割磁感线现象进而产生电流，将产生的电流通过导线传输，并对其进行滤波、并网处理，最终与原生电能汇合进行传输。

2风力发电机组基础出现的问题

风电场个别风力发电机组塔筒内混凝土表面存在不同程度开裂和破碎，局部有结水。塔筒外混凝土中墩表面与混凝土结合面止水措施受损，结合面出现缝隙，基础环周边表层混凝土轻微挤裂，经雷达检测，基础环底法兰与混凝土结合处存在不密实区。该现象随着时间推移将进一步加剧基础环受力结构恶化，基础环与混凝土基础间的不密实区将不断扩大，势必对风力发电机组基础及风力发电机组安全造成严重影响，可能造成风力发电机组倾倒的安全生产事故。

3风力发电机组处理措施

3.1加热器及温度采集和控制

加热器主要由导线、结构骨架、连接器等构成，通过加热线圈的交变电流转换为交变磁通，磁通在穿过被加热的金属体时产生感应电流，电流在流过金属体时会产生热量，从而对工件进行加热。加热过程中，需要控制轴承内外圈的温差，确定内圈多个点位的温度以防止局部过热。因此，采用多路温度采集，分别在端面、圆弧面上布置磁吸式热电偶探头。温度信号采集后送入工控机及主控制板，通过与软件预设数值的对比确定电源输出功率并提供保护。加热系统采用常规的PID控制算法，温度控制属于滞后控制系统，可采用工业控制中常用的滞后控制参数整定模型。为合理处理系统响应速度（即加热速度）与系统稳定性之间的关系。

3.2风电场数据处理中心

风电场数据处理中心由前台监控主机与后台数据库服务器两部分组成，根据风电机组振动监测与故障分析预警的需求分析、不同操作系统的可移植性及大数据分析的便利性，采用Python语言环境开发前台监控软件。（1）前台监控主机。前台监控主机所搭载的监控软件具备实时数据监控、数据存储分析、故障预测等功能，监控主界面采用Python编程环境的PyQT5模块开发，SocketServer模块进行数据接收与处理，SqlServer模块进行数据库存储，采用scipy、numpy、pandas库进行数据分析。①实时数据监控，采集各机组1S间隔的周期数据，实时显示风机运行状态、振动数值及振动曲线。②数据存储分析，将实时数据存储到后台服务器的数据库中，具有数据导出、时域指标（峰值、均方根值、偏度、峭度、波形因子、峰值因子、脉冲因子、裕度因子）分析功能及录波数据的时域分析、频域分析功能。③故障预测，通过自学习的方法分析历史数据的各类时域指标，形成故障阈值，自动识别异常部件。根据部件的特征频率设定录波参数，定时采集振动数据，通过FFT变换、包络解调分析等识别故障部位及损坏程度。（2）数据库服务器。数据库服务器作为在线振动系统的数据中心，搭建PostgreSQL12数据库，按风机名称建立数据表，存储前台监控软件所获取的风机振动、转速、功率、温度等所有信息，同时也以独立文件形式存储定时采集的高频录波数据。

3.3灌浆修补方案及浆料特性

处理方案为采用高压灌浆对基础进行加固修补。灌浆材料选用高强度改性环氧树脂，所用环氧树脂必须符合《JC/T1041-2007混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》行业标准要求。使用前进行配比试验，取得相关的浆液参数，注浆料抗压强度必须高于风力发电机组基础混凝土强度，并具有良好的渗透性。通过填充基础钢环与混凝土间已形成的间隙，使基础环与混凝土粘结成一个整体。环氧树脂结构胶的性能满足风力发电机组运行的长期耐荷要求，能起到以下效果：（1）能有效对间隙和不密实区进行填充;（2）采用的环氧树脂结构胶具较高的强度，并具有很好韧性、耐疲劳特性，能长期适用于风力发电机组运行动载情况;（3）能使基础钢环与混凝土结构有效粘结，增强整体性和强度。

3.4风机接地装置施工质量控制要点

接地装置施工过程中，要对容易出现质量问题的几个环节重点控制。其中，接地装置焊接质量控制中，施工过程中，地基、接地网、等电位和重复接地等位置焊接，要严格质量把关、避免出现漏焊、虚焊等，在焊接完成之后，要立即组织专业人员进行电阻值测量，做到每完成一個工序，电阻值测试一次，直至达标。在接地装置防腐方面，当前国内接地装置防腐主要有加大接地体截面积、采用铜或其他耐腐蚀的金属、采用阴极保护法及涂抹导电防腐涂料等，前三种存在增加设备成本或接地电阻值问题，而导电防腐材料性价相比均较高，目前被广泛采用。另外，掩蔽部分一定要经检测合格后方可掩蔽，并及时填写掩蔽资料备查。

结语

引起风力发电机组基础环与混凝土出现间隙及表面开裂的主要原因为采用基础环插入混凝土式塔筒结构，塔筒和混凝土在承载的过程中由于两种材料的性能不同，变形不能协调一致，长期作用基础环与混凝土界面防水止水措施损坏。当地充沛雨水侵蚀和台风影响，雨水沿基础环外壁进入基础混凝土后不断洗刷，引起基础环周边局部区域混凝土不密实，塔筒摇晃传导至表面产生混凝土挤裂破碎。对于机组的运行状态，尤其是对传动链大机械部件的运行状况趋势的监测分析具有优秀的预报、诊断功能。为设备正常运行提供保障，提供精细化的设备管理依据，减少非计划停机，提高设备可利用率，延长机组使用寿命。

参考文献：

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