DB14∕T 2474—2022 风力发电机组关键零部件在线振动监测指南(山西省).pdf

ICS27.180CCS F 1114山西省地方标准DB 14/T 24742022风力发电机组关键零部件在线振动监测指南2022 - 06 - 14 发布2022 - 09 - 15 实施山西省市场监督管理局发 布DB 14/T 24742022I目次前言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14设备.24.1在线振动监测系统.24.2传感器选择.35关键零部件监测.35.1关键零部件监测位置.35.2齿轮箱状态监测.45.3主轴轴承状态监测.55.4发电机状态监测.55.5叶片状态监测（选配）.65.6塔架状态监测.66在线振动监测数据采集.66.1采集器要求.66.2振动测量设备.77数据采集.77.1数据采样频率.77.2数据采集参数.78诊断结果反馈.78.1齿轮箱诊断结果反馈.78.2主轴轴承诊断结果反馈.88.3发电机诊断结果反馈.88.4叶片诊断结果反馈.88.5塔架诊断结果反馈.89监测预警.89.1警告限值.89.2故障预警.8DB 14/T 24742022II前言本文件按照GB/T 1.12020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。本文件由山西省工业和信息化厅提出、组织实施和监督检查。山西省市场监督管理局对标准的组织实施情况进行监督检查。本文件由山西省装备制造业标准化技术委员会(SXS/TC07)归口。本文件起草单位：太原重工新能源装备有限公司、太原重工股份有限公司、山西国控集团信息工程技术有限公司、山西汾西重工有限责任公司。本文件主要起草人：贾文强、姜宏伟、范飞、席瑞萍、张靓、白恩泽、黄虎、高俊云、李德志、薛晓云、李利民、邓博宇、丁卫刚、王浩、董建刚。DB 14/T 247420221风力发电机组关键零部件在线振动监测指南1范围本文件提供了应用在线振动监测技术对风力发电机组的关键零部件（齿轮箱、主轴轴承、发电机、叶片、塔架）进行的运行状态监测方法及诊断结果反馈等方面的指导。本文件适用于风力发电场双馈和半直驱式、单机额定功率在1.5MW及以上并网型水平轴风力发电机组关键零部件的状态监测与故障诊断。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中， 注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 7665传感器通用术语NB/T 31004风力发电机组振动状态监测导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1在线振动监测 online vibration monitoring在线检测和采集反映风力发电机组振动状态的信息和数据。3.2诊断 diagnosis为确定故障或失效的性质（种类，状况，程度），而检查症状和症候群。3.3传感器 sensor能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换元件组成。来源：GB/T 7665-2005，3.1.13.4数据分析 data analysis用适当的统计分析方法对采集数据进行分析， 以求最大化地开发数据的功能， 及对有用数据详细研究和概括总结的过程。3.5频域 frequency domainDB 14/T 247420222以频率为度量物理量。3.6时域 time domain以时间为度量物理量。4设备4.1在线振动监测系统4.1.1系统构成由传感器、数据采集器、现场服务器、监测及分析软件等组成，见图1。图 1在线振动监测系统构成4.1.2系统要求系统应满足以下要求：适应低速且频繁变化的风轮转速和载荷；适应高寒（至-40）、高温（至+50）、高海拔（海拔高度 2000m-5000m）、高潮湿、强雷暴、凝冻、强紫外线、抗电磁干扰等恶劣环境；监测系统的安装类型：固定式；半固定式；便捷式。测点选择原则：能够反映真实振动情况的部位；尽可能靠近轴承的承载区。系统可监测风力发电机组运行过程中的振动幅值、振动相位、发电机转速（或风轮转速）、风速、功率等；系统可连续或周期性进行数据采集。4.1.3振动监测流程DB 14/T 247420223振动监测流程包含：采集振动数据、时域处理、频域处理、速度及包络频谱分析等流程，见图2。图 2振动监测流程4.2传感器选择各类传感器的基本参数见表1。传感器的要求如下：具有统一规则的标识，精度高、可靠性好，能在恶劣环境中应用，且易于安装和维修；高温或强磁场环境振动状态监测应选择加速度传感器；风力发电机组滚动轴承和齿轮箱的状态监测应选择加速度传感器；推荐采用 ICP/IEPE 加速度传感器；采用多个传感器，应兼顾高低频段振动。表 1各类传感器的基本参数表传感器类型频率范围灵敏度测量范围通频加速度振动传感器10Hz10kHz100mV/g080g低频加速度振动传感器0.1Hz1kHz500mV/g010g5关键零部件监测5.1关键零部件监测位置风力发电机组各个传感器安装于齿轮箱、轴承座、发电机、叶片、塔架上，监测位置见图3。DB 14/T 247420224标引序号说明：1叶片；2轴承座（1）径向；3轴承座（1）轴向（选配）；4轴承座（2）径向；5轴承座（2）轴向（选配）；6齿轮箱输入端径向；7齿轮箱输入端轴向（选配）；8内齿圈垂直径向；9内齿圈水平径向；10齿轮箱输出端径向；11齿轮箱输出端轴向（选配）；12发电机驱动端径向；13发电机驱动端轴向（选配）；14发电机非驱动端径向；15发电机非驱动端轴向（选配）；16塔架。图 3监测位置5.2齿轮箱状态监测5.2.1监测内容齿轮箱振动、齿轮磨损、点蚀、负荷过重、齿轮偏心、齿断裂、轴承损伤等。5.2.2监测位置在齿轮箱输入端轴向、齿轮箱输入端径向、齿轮箱内齿圈水平径向、齿轮箱内齿圈垂直径向、齿轮箱输出轴轴向、齿轮箱输出轴径向位置安装振动传感器。传感器安装位置见表2。表 2传感器安装位置表序号测点位置安装位置方向位置传感器要求1齿轮箱输入端输入轴轴承端盖轴向（选配）低频加速度振动传感器2齿轮箱输入端输入轴轴承端盖径向低频加速度振动传感器3齿轮箱内齿圈内齿圈外壳中心水平径向通频加速度振动传感器DB 14/T 247420225序号测点位置安装位置方向位置传感器要求4齿轮箱内齿圈内齿圈外壳中心垂直径向通频加速度振动传感器5齿轮箱输出轴输出轴轴承端盖轴向（选配）通频加速度振动传感器6齿轮箱输出轴输出轴轴承端盖径向通频加速度振动传感器5.3主轴轴承状态监测5.3.1监测内容轴承振动（剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损）等。5.3.2监测位置将低频加速度振动传感器安装于轴承座上，传感器安装位置见表3。表 3传感器安装位置表序号测点位置方向位置传感器要求1轴承座（1）轴向（选配）低频加速度振动传感器2轴承座（1）径向低频加速度振动传感器3轴承座（2） （如有）轴向（选配）低频加速度振动传感器4轴承座（2） （如有）径向低频加速度振动传感器5.4发电机状态监测5.4.1监测内容发电机振动（电机对中转子偏心、碰磨以及发电机轴承的剥落、压痕、锈蚀、裂纹、磨损以及其它轴承故障）等。5.4.2监测位置发电机驱动端轴向、发电机驱动端径向、发电机非驱动端轴向、发电机非驱动端径向，具体安装位置依发电机的结构情况而定，但应尽量靠近发电机的轴承部位。传感器安装位置见表4。表 4传感器安装位置表序号测点位置方向位置传感器要求1发电机驱动端轴向（选配）通频加速度振动传感器2发电机驱动端径向通频加速度振动传感器3发电机非驱动端轴向（选配）通频加速度振动传感器4发电机非驱动端径向通频加速度振动传感器DB 14/T 2474202265.5叶片状态监测（选配）5.5.1监测内容叶片断裂、开裂、雷击损伤、裂纹、叶片振动、风轮整体振动。5.5.2监测位置在叶片内部位置距离叶尖1/3叶片长度处。5.5.3传感器类型超低频双轴加速度振动传感器、温度传感器。传感器安装位置见表5。表 5传感器安装位置表序号测点位置方向位置传感器要求1叶片内部距离叶尖 1/3 处超低频双轴加速度振动传感器2叶片内部距离叶尖 1/3 处温度传感器5.6塔架状态监测5.6.1监测内容塔架顶部X轴、Y轴两个方向倾斜量（测量范围10以上，测量精度0.01），X轴、Y轴两个方向晃动位移（沿传动链轴向方向为X轴）。5.6.2监测位置塔架顶部、塔架底部。5.6.3传感器类型低频加速度振动、双轴倾角传感器。传感器安装位置见表6。表 6传感器安装位置表序号测点位置方向位置传感器要求1塔架顶部内壁低频加速度振动传感器2塔架顶部（选配）内壁双轴倾角传感器3塔架底部中心位置双轴倾角传感器6在线振动监测数据采集6.1采集器要求数据采集器应满足以下要求：装置采用分布式智能设计，每台均为高性能的独立组织单元；DB 14/T 247420227各通道能独立采样，采样不相互影响且可同步采样；应具有采集通道拓展能力，支持接入风力发电机组的风速、风向、转速、功率、扭矩等过程量；应具备振动采集功能；连接存储设备，存储至少一个月数据量；防护等级为 IP54；工作环境温度满足标准 NB/T 31004 技术条件要求；应具有无线传输数据功能或提供无线传输 I/O 接口（选配）。6.2振动测量设备振动测量设备分为在线式和离线式两种。 在线式测量设备固定安装于风力发电机组上， 能持续监测风力发电机组的振动状态，并自动记录、传输测量数据与评估参数，也称为振动状态在线监测系统。7数据采集7.1数据采样频率数据采集器按照一定的时间间隔对信号进行采样， 设定采样频率， 通常选取为最大分析频率的2.56倍：= 2.56(1)式中：采样频率；最大分析频率。7.2数据采集参数采样频率fs越高，采样越密集，所得数据量越大，所得的数字信号越逼近原信号。本文件中通过提前将标准值、警告限值输入数据库，设定区域界线，可对振动监测结果采用不同颜色直观显示、输出机组的全部运行状况信息。监测结果内容包括机组配置、关键部件运行状态故障等级、时域分析及频谱、包络图等信息，依据运行状态给出维护优先等级。数据采集相关参数如下：采样频率：2560Hz、5120Hz、12800Hz、25600Hz；采样间隔：100ms、1ms；采样长度：1024、2048、4096、8192；采样时间：0.32s、3.2s、6.4s、12.8s；频率分辨率：0.1Hz、1Hz；谱线数：400、800、1600、3200；最大分析频率:1000Hz、2000Hz、5000Hz、10000Hz。8诊断结果反馈8.1齿轮箱诊断结果反馈DB 14/T 247420228根据监测结果频谱图，反映齿轮箱的振动特性，判断齿轮运行状态。齿轮磨损严重时，齿轮啮合频率周围会出现边频带、齿轮固有频率振动，边频带幅值大小直观反映磨损严重程度，边频带组数越多，磨损越严重。若同一啮合频率周围出现多个边频带，则参与啮合的多个齿轮有异常。8.2主轴轴承诊断结果反馈利用加速度传感器可以得到轴承冲击力大小变化特征， 经分析软件处理成频谱信号后， 得到轴承的振动特征，显示主轴轴承的运行状态。原始冲击振动信号较高，显示主轴轴承的磨损、损伤、不平衡、对中不良等状况。8.3发电机诊断结果反馈结合振动监测数据及运行转速，通过数据分析软件显示的时域、频域和趋势，准确定位故障部位、故障类型及故障的严重程度。8.4叶片诊断结果反馈针对叶片在挥舞、 摆动方向的振动， 以及环境温度、 气动噪声、 风轮振动的不间断测量及数据分析，实现对叶片健康状态评估。 判断叶片是否存在断裂、 开裂、 内部和表面损伤、 风轮气动和质量不平衡等。8.5塔架诊断结果反馈根据监测结果频谱图判断塔架的运行状态，随着塔架材料、焊接部位逐步疲劳劣化、连接紧固件松动、塔架晃动与垂直度、基础不均匀沉降、塔架倾斜与变形等因素，风力发电机组倾斜程度会增大，周期性载荷引起整机晃动也会增大，甚至激发风力发电机组、塔架和基础耦合下的整机共振。安装在塔架顶部、塔架底部的传感器数据可监测风力发电机组在运行、停止状态下各监测位置的动态倾斜角度，倾角大小直接反映结构强度、刚度以及塔架顶部在水平方向的实际位移摆幅。9监测预警9.1警告限值对于不同的风力发电机组，应设置警告限值。警告限值可根据基础值设定不同的级别；同时可根据实际情况进行修正。9.2故障预警依据风力发电机组的运行状态， 安装在风力发电机组上的在线振动监测系统， 用于故障早期提前预警，将事故隐患消灭在萌芽期。