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摘要：风力发电是可再生能源产生的一种方式，广泛应用于世界各地，风力发电正处于发展的阶段，在监测诊断方面仍旧有所欠缺，本文通过对风力发电机组状态监测和故障诊断技术進行研究和分析可以探寻其发展现状，对出现的故障加以分析可以制定出特殊的诊断方法，并且建立有效的监测系统和技术诊断系统。
关键词：风力发电机；状态检测；故障诊断；研究发展
引言：随着环境一再出现问题，我国必须积极开发绿色能源，而风能作为主要的绿色能源之一必须研发相关的技术，风能发电机技术正在处于研究和发展阶段，风力发电的位置和环境较为恶劣，一旦发生故障就很难查找和解决，对风力发电机的监测工作同样难以展开。
一、风力发电机的工作原理
风力发电机的运作涵盖了多个学科，主要由控制科学技术、空气动力学、电磁学和材料科学等。风力发电机主要是通过风机的叶片通过风流过产生的风能转化为通过旋转产生的机械能，然后利用齿轮箱将旋转的速度提高，进而机械能就可以通过发电机转化为电能，风力发电机就是一种绿色环保的机械电气设备。
风力发电机有很多个种类，主要分为变桨方式类、叶片数目类、叶尖速比类、受力旋转方式类等。现如今的风力发电机主要应用的是三叶片变桨上风向水平轴机组[1]。
二、 风力发电机的故障分析
（一） 故障的主要特点
风力发电机组的故障发生率一般不高，风力发电机通过风能的转换可以将风能转换为机械能，利用主轴以及齿轮箱进行电能的转换，风力发电机组一旦发生故障就会导致风力发电的工作无法进行，典型的故障一般发生在齿轮箱、叶片等部位，而不同部件的故障具有不同的特点，风力发电机的故障具有修补难度大、易找到故障点等特点。
（二） 具体故障分析
1.刹车盘故障
在常见的故障中，刹车盘发生变形会严重影响低风速时下风电机组的正常运行，电机组的并网也会随之发生问题。这是由于刹车的力矩过大，而刹车灯时间较短就会造成刹车盘过热进而发生严重的变形。
通过液压油的更替和刹车阻尼管的调换可以延长刹车的动作，机组的制动时间也会随之达到标准。刹车盘体内的弹簧经过调换可以降低刹车的力度，通过上述的改进措施可以有效的控制刹车盘不再變形，同时能够减少对齿轮箱的冲击，减轻刹车片的磨损，延长刹车盘的使用寿命，减少运行成本。
2. 液压油故障
例如一台600kw的风力发电机组发生故障，其中的液压油出现问题，液压油位过低就证明可能发生渗漏，可能是齿轮箱内部的叶尖油压管路出现渗漏。其中的润滑油的油位升高可能导致内部的压力过大，由于挤压就会造成油压管的破损进而发生渗漏，润滑油一旦变质也会影响管路的质量。一旦发生渗漏要及时处理，避免齿轮表面发生异常，一定要经常更换润滑油，保障机组的正常运行[2]。
3. 减速器故障
偏航减速器的应用主要是驱动机舱的旋转，可以随时跟踪风向，偏航指导结束之后可以制动机舱。减速器的工作主要以间歇性为主，只是经常启停，传动扭矩大而且较高。由于安装位置受限，一般的机构会采用蜗牛蜗杆和多级行星减速的方式。
故障多发主要是由于采用单电机驱动，行星机构比较容易出现裂纹，严重的就会出现破损断裂，而使用双偏航减速驱动发电机组运行就可以减少类似故障的发生。
4. 设计漏洞
在设计之中，齿轮的承载力是依据德国的DIN3990标准。在没有数据提供计算的情况下就会采用应用系数为1.3的承载力，在现实当中，发电机组会受到风载荷的影响，设计和实际的应用就会产生一定的偏差，齿轮表面很容易造成咬伤，甚至出现损坏。
在选用应用系数为1.3时应该考虑诸多方面的影响因素，通过假设的设计值很难保障发电机组的部件安全，对轴承的选择要考虑轴向载荷的大小。风力发电机组的安装角度也要合理设置，受季节影响出现过功率的现象就会影响齿轮箱的使用时间。
三、状态监测与故障诊断系统
（一） 故障诊断的原理
由于风场气流时常处于变化之中，齿轮机和发电机的故障信号就会处于不稳定的状态，格局频域分析的方法很难断定是否出现混淆信号。利用小波分析可以对时域和频域进行实时的分析，这种分析方法具有很好地局部化性质，只是以往的小波分析会出现频率混淆的现象，应用快速傅里叶和对应的逆变换进行计算可以减小频率混淆现象，使得时频分辨率力更加强大。
通过智能诊断将单子带重构改成小波变换，利用子带系数的特殊区域对故障加以判定，通过神经网络的输入显示映射关系，进而可以导出故障类型的信号，对故障位置和类别准确的判断出来。
（二） 结构设计
建立系统结构可以方便用户的使用和管理，对发电机组实行远程监控并进行诊断，实时的服务可以对未知故障提供专家的远程操控帮助，系统可以获取发电机组工作的状态数据，利用振动传感器可以获取齿轮箱的数据，电流传感器可以获取定子电流信息，所有的信息经过系统的整合就可存入状态监测系统和故障诊断系统，从系统中的数据库中提取数据就能对故障加以分析，状态监测的相关信息也会显现出来[3]。
（三） 系统环境
系统能够得以实现主要是因为C语言和相应数据库提供的技术支持，通过以上的技术可以实现系统的界面开发和和状态监测显示。利用数据库和m语言的编程可以实现故障的智能化诊断，整个系统的运行环境是依靠计算机语言编程技术和相关的数据库提供的平台建立起来的。
（四） 系统功能
状态监测和故障诊断系统主要由风场状态、发电量累计、故障诊断和管理等模块组成的。其中的风场状态就是将风力发电机场的低压侧电压、电流、频率和功率等数据显现出来，利用曲线和数字量将所有的数据直观的呈现给用户，以便于用户对风场的整个状态进行详细的了解；发电量的累计可以显示各个时间段的发电总量，通常可以采用柱状图显示，如此可以节省人力物力，提升工作效率；故障诊断的方式有很多种，主要有对齿轮箱振动参数的时域图进行分析的方法，还有小波分析图以及故障案例图等分析方法，通过设定采样的时间对相关部件实行诊断，最后生成的小波分析图可以提供给专家进一步的分析；系统当中的管理模块只对管理人员开放的，管理人员的工作是对系统进行维护和升级，对故障记录并制定信息报表查询，将报表打印出来，管理客户信息并限制客户的使用权限，保证系统的正常运行[4]。 四、 监测诊断与故障诊断技术的应用
（一） 齿轮箱的应用
风力发电机的齿轮箱是主要的部件之一，齿轮箱连接主轴和发电机，而齿轮箱的内部结构杂乱，发生故障的机率大。轴承故障和齿轮故障会使齿轮箱无法运作，润滑系统发生故障会致使齿轮箱运行缓慢，可以应用振动测量法对齿轮箱进行监测[5]。
温度测量法比较常用，主要的应用原理是根据部件的温度诊断异常状态，温度就是测量的状态量，这种方法操作简便，在风力发电机的控制系统中比较常用，对齿轮箱和发电机的相关部件的状态实时监控。
（二） 发电机应用
风力发电机的核心自然是发电机，在电磁环境当中，发电机的故障多为发热和定子线圈短路。具体的诊断方法为对定子电流信号和电压信号的状态进行检测，通过信号分析可以快速的诊断出故障。
（三） 叶片应用
叶片的组要功能是帮助发电机吸收风能，叶片的长度一般为四十米，主要由纤维复合材料制作而成，叶片的体积较大，一旦出现故障很难维修，同时会影响发电机的运行安全。叶片常年受外界天气的影响，很难维持长久的使用寿命，利用监测技术可以收集叶片故障的资料，對故障的受力变化进行分析。主要的检测技术是应用光纤光栅传感器对叶片的变化范围进行分析[6]。
（四） 电气系统应用
风力发电机需要向电网传递信号，主要控制电能的输出。电气系统中的精密元件出现问题就会影响整个发电机系统的运行状态，常见的故障有线路短路、电流的变化和温度故障。主要的检测方法是性能参数检测法，利用计算机控制技术检测电气系统中的输出电流等原件的参数数值，根据对比可以诊断出其中存在的故障。
结论：综上所述，风力发电机的状态监测和故障诊断技术可以由多种学科技术组成，通过数据分析和电子测试可以诊断其中的故障，随着全球风力产业的发展，风力发电的相关技术应该有所创新，保障风力发电机的稳定运行。
参考文献：
[1]童国炜.风力发电机状态监测与故障诊断系统的研究与实现[D].华北电力大学，2015.
[2]赵勇，韩斌，房刚利.风力发电机状态监测与故障诊断技术綜述[J].热力发电，2016，10：1-5.
[3]张佰顺.风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究[J].黑龙江科技信息，2014，30：61.
[4]杨明洙.风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015，04：220.
[5]孟恩隆，郭东杰，王灵梅，郭红龙，武卫红，韩西贵.风力发电机组状态监测与智能故障诊断系统的设计与实现[J].华东电力，2012，03：507-510.
[6]蒋东翔，洪良友，黄乾，丁勇山.风力机状态监测与故障诊断技术研究[J].电网与清洁能源，2012，09：40-44.
作者简介：
张华（1990-）男，山东即墨，汉，助理工程师，大专，从事风力发电场风力发电机组检修工作。
关键词：风力发电机；状态检测；故障诊断；研究发展
引言：随着环境一再出现问题，我国必须积极开发绿色能源，而风能作为主要的绿色能源之一必须研发相关的技术，风能发电机技术正在处于研究和发展阶段，风力发电的位置和环境较为恶劣，一旦发生故障就很难查找和解决，对风力发电机的监测工作同样难以展开。
一、风力发电机的工作原理
风力发电机的运作涵盖了多个学科，主要由控制科学技术、空气动力学、电磁学和材料科学等。风力发电机主要是通过风机的叶片通过风流过产生的风能转化为通过旋转产生的机械能，然后利用齿轮箱将旋转的速度提高，进而机械能就可以通过发电机转化为电能，风力发电机就是一种绿色环保的机械电气设备。
风力发电机有很多个种类，主要分为变桨方式类、叶片数目类、叶尖速比类、受力旋转方式类等。现如今的风力发电机主要应用的是三叶片变桨上风向水平轴机组[1]。
二、 风力发电机的故障分析
（一） 故障的主要特点
风力发电机组的故障发生率一般不高，风力发电机通过风能的转换可以将风能转换为机械能，利用主轴以及齿轮箱进行电能的转换，风力发电机组一旦发生故障就会导致风力发电的工作无法进行，典型的故障一般发生在齿轮箱、叶片等部位，而不同部件的故障具有不同的特点，风力发电机的故障具有修补难度大、易找到故障点等特点。
（二） 具体故障分析
1.刹车盘故障
在常见的故障中，刹车盘发生变形会严重影响低风速时下风电机组的正常运行，电机组的并网也会随之发生问题。这是由于刹车的力矩过大，而刹车灯时间较短就会造成刹车盘过热进而发生严重的变形。
通过液压油的更替和刹车阻尼管的调换可以延长刹车的动作，机组的制动时间也会随之达到标准。刹车盘体内的弹簧经过调换可以降低刹车的力度，通过上述的改进措施可以有效的控制刹车盘不再變形，同时能够减少对齿轮箱的冲击，减轻刹车片的磨损，延长刹车盘的使用寿命，减少运行成本。
2. 液压油故障
例如一台600kw的风力发电机组发生故障，其中的液压油出现问题，液压油位过低就证明可能发生渗漏，可能是齿轮箱内部的叶尖油压管路出现渗漏。其中的润滑油的油位升高可能导致内部的压力过大，由于挤压就会造成油压管的破损进而发生渗漏，润滑油一旦变质也会影响管路的质量。一旦发生渗漏要及时处理，避免齿轮表面发生异常，一定要经常更换润滑油，保障机组的正常运行[2]。
3. 减速器故障
偏航减速器的应用主要是驱动机舱的旋转，可以随时跟踪风向，偏航指导结束之后可以制动机舱。减速器的工作主要以间歇性为主，只是经常启停，传动扭矩大而且较高。由于安装位置受限，一般的机构会采用蜗牛蜗杆和多级行星减速的方式。
故障多发主要是由于采用单电机驱动，行星机构比较容易出现裂纹，严重的就会出现破损断裂，而使用双偏航减速驱动发电机组运行就可以减少类似故障的发生。
4. 设计漏洞
在设计之中，齿轮的承载力是依据德国的DIN3990标准。在没有数据提供计算的情况下就会采用应用系数为1.3的承载力，在现实当中，发电机组会受到风载荷的影响，设计和实际的应用就会产生一定的偏差，齿轮表面很容易造成咬伤，甚至出现损坏。
在选用应用系数为1.3时应该考虑诸多方面的影响因素，通过假设的设计值很难保障发电机组的部件安全，对轴承的选择要考虑轴向载荷的大小。风力发电机组的安装角度也要合理设置，受季节影响出现过功率的现象就会影响齿轮箱的使用时间。
三、状态监测与故障诊断系统
（一） 故障诊断的原理
由于风场气流时常处于变化之中，齿轮机和发电机的故障信号就会处于不稳定的状态，格局频域分析的方法很难断定是否出现混淆信号。利用小波分析可以对时域和频域进行实时的分析，这种分析方法具有很好地局部化性质，只是以往的小波分析会出现频率混淆的现象，应用快速傅里叶和对应的逆变换进行计算可以减小频率混淆现象，使得时频分辨率力更加强大。
通过智能诊断将单子带重构改成小波变换，利用子带系数的特殊区域对故障加以判定，通过神经网络的输入显示映射关系，进而可以导出故障类型的信号，对故障位置和类别准确的判断出来。
（二） 结构设计
建立系统结构可以方便用户的使用和管理，对发电机组实行远程监控并进行诊断，实时的服务可以对未知故障提供专家的远程操控帮助，系统可以获取发电机组工作的状态数据，利用振动传感器可以获取齿轮箱的数据，电流传感器可以获取定子电流信息，所有的信息经过系统的整合就可存入状态监测系统和故障诊断系统，从系统中的数据库中提取数据就能对故障加以分析，状态监测的相关信息也会显现出来[3]。
（三） 系统环境
系统能够得以实现主要是因为C语言和相应数据库提供的技术支持，通过以上的技术可以实现系统的界面开发和和状态监测显示。利用数据库和m语言的编程可以实现故障的智能化诊断，整个系统的运行环境是依靠计算机语言编程技术和相关的数据库提供的平台建立起来的。
（四） 系统功能
状态监测和故障诊断系统主要由风场状态、发电量累计、故障诊断和管理等模块组成的。其中的风场状态就是将风力发电机场的低压侧电压、电流、频率和功率等数据显现出来，利用曲线和数字量将所有的数据直观的呈现给用户，以便于用户对风场的整个状态进行详细的了解；发电量的累计可以显示各个时间段的发电总量，通常可以采用柱状图显示，如此可以节省人力物力，提升工作效率；故障诊断的方式有很多种，主要有对齿轮箱振动参数的时域图进行分析的方法，还有小波分析图以及故障案例图等分析方法，通过设定采样的时间对相关部件实行诊断，最后生成的小波分析图可以提供给专家进一步的分析；系统当中的管理模块只对管理人员开放的，管理人员的工作是对系统进行维护和升级，对故障记录并制定信息报表查询，将报表打印出来，管理客户信息并限制客户的使用权限，保证系统的正常运行[4]。 四、 监测诊断与故障诊断技术的应用
（一） 齿轮箱的应用
风力发电机的齿轮箱是主要的部件之一，齿轮箱连接主轴和发电机，而齿轮箱的内部结构杂乱，发生故障的机率大。轴承故障和齿轮故障会使齿轮箱无法运作，润滑系统发生故障会致使齿轮箱运行缓慢，可以应用振动测量法对齿轮箱进行监测[5]。
温度测量法比较常用，主要的应用原理是根据部件的温度诊断异常状态，温度就是测量的状态量，这种方法操作简便，在风力发电机的控制系统中比较常用，对齿轮箱和发电机的相关部件的状态实时监控。
（二） 发电机应用
风力发电机的核心自然是发电机，在电磁环境当中，发电机的故障多为发热和定子线圈短路。具体的诊断方法为对定子电流信号和电压信号的状态进行检测，通过信号分析可以快速的诊断出故障。
（三） 叶片应用
叶片的组要功能是帮助发电机吸收风能，叶片的长度一般为四十米，主要由纤维复合材料制作而成，叶片的体积较大，一旦出现故障很难维修，同时会影响发电机的运行安全。叶片常年受外界天气的影响，很难维持长久的使用寿命，利用监测技术可以收集叶片故障的资料，對故障的受力变化进行分析。主要的检测技术是应用光纤光栅传感器对叶片的变化范围进行分析[6]。
（四） 电气系统应用
风力发电机需要向电网传递信号，主要控制电能的输出。电气系统中的精密元件出现问题就会影响整个发电机系统的运行状态，常见的故障有线路短路、电流的变化和温度故障。主要的检测方法是性能参数检测法，利用计算机控制技术检测电气系统中的输出电流等原件的参数数值，根据对比可以诊断出其中存在的故障。
结论：综上所述，风力发电机的状态监测和故障诊断技术可以由多种学科技术组成，通过数据分析和电子测试可以诊断其中的故障，随着全球风力产业的发展，风力发电的相关技术应该有所创新，保障风力发电机的稳定运行。
参考文献：
[1]童国炜.风力发电机状态监测与故障诊断系统的研究与实现[D].华北电力大学，2015.
[2]赵勇，韩斌，房刚利.风力发电机状态监测与故障诊断技术綜述[J].热力发电，2016，10：1-5.
[3]张佰顺.风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究[J].黑龙江科技信息，2014，30：61.
[4]杨明洙.风力发电机状态监测和故障诊断技术的研究与进展[J].中小企业管理与科技（中旬刊），2015，04：220.
[5]孟恩隆，郭东杰，王灵梅，郭红龙，武卫红，韩西贵.风力发电机组状态监测与智能故障诊断系统的设计与实现[J].华东电力，2012，03：507-510.
[6]蒋东翔，洪良友，黄乾，丁勇山.风力机状态监测与故障诊断技术研究[J].电网与清洁能源，2012，09：40-44.
作者简介：
张华（1990-）男，山东即墨，汉，助理工程师，大专，从事风力发电场风力发电机组检修工作。