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

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1、ICS 2 7.1 8 0CCS F 1 114山 西 省 地 方 标 准D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 2风 力 发 电 机 组 关 键 零 部 件 在 线 振 动 监 测指 南2 0 2 2-0 6-1 4 发 布 2 0 2 2-0 9-1 5 实 施山 西 省 市 场 监 督 管 理 局 发 布D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 2I目 次前 言.I I1 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

2、 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.8

3、8.4 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.8D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 2I I前 言本 文 件 按 照 G B/T 1.1 2 0 2 0 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

4、 件 由 山 西 省 装 备 制 造 业 标 准 化 技 术 委 员 会(S X S/T C 0 7)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。D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 21风 力 发 电

5、 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 1.5 M W 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

6、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。G B/T 7 6 6 5 传 感 器 通 用 术 语N B/T 3 1 0 0 4 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 o n l i n

7、e v i b r a t i o n m o n i t o r i n g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 d i a g n o s i s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 s e n s o r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：G B/T 7 6 6 5-2 0 0 5，3

8、.1.1 3.4数 据 分 析 d a t a a n a l y s i s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 f r e q u e n c y d o m a i nD B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 22以 频 率 为 度 量 物 理 量。3.6时 域 t i m e d o m a i n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

9、 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-4 0）、高 温（至+5 0）、高 海 拔（海 拔 高 度 2 0 0 0 m-5 0 0 0 m）、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

10、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D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 23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

11、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 I C P/I E P E 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

12、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 1 0 H z 1 0 k H z 1 0 0 m V/g 0 8 0 g低频加速度振动传感器 0.1 H z 1 k H z 5 0 0 m V/g 0 1 0 g5 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。D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 24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

13、 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；1 0 齿 轮 箱 输 出 端 径 向；1 1 齿 轮 箱 输 出 端 轴 向（选 配）；1 2 发 电 机 驱 动 端 径 向；1 3 发 电 机 驱 动 端 轴 向（选 配）；1 4 发 电 机 非 驱 动 端 径 向；1 5 发 电 机 非 驱 动 端 轴 向（选 配）；1 6 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

14、、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

15、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D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 25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

16、 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

17、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D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 265.5 叶 片 状 态 监 测（选

18、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

19、架 顶 部 X 轴、Y 轴 两 个 方 向 倾 斜 量（测 量 范 围 1 0 以 上，测 量 精 度 0.0 1），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

20、 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；D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 27 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

21、 I P 5 4；工 作 环 境 温 度 满 足 标 准 N B/T 3 1 0 0 4 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

22、 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 2.5 6倍：=2.5 6(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 f s 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

23、 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：2 5 6 0 H z、5 1 2 0 H z、1 2 8 0 0 H z、2 5 6 0 0 H z；采 样 间 隔：1 0 0 m s、1 m s；采 样 长 度：1 0 2 4、2 0 4 8、4 0 9 6、8 1 9 2；采 样 时 间：0.3 2 s、3.2 s、6.4 s、1 2.8 s

24、；频 率 分 辨 率：0.1 H z、1 H z；谱 线 数：4 0 0、8 0 0、1 6 0 0、3 2 0 0；最 大 分 析 频 率:1 0 0 0 H z、2 0 0 0 H z、5 0 0 0 H z、1 0 0 0 0 H z。8 诊 断 结 果 反 馈8.1 齿 轮 箱 诊 断 结 果 反 馈D B 1 4/T 2 4 7 4 2 0 2 28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

25、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

26、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

27、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

28、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。