一種提取風電齒輪箱各級軸轉速檢測方法
【技術領域】
[0001 ]本發明涉及一種提取風電齒輪箱各級軸轉速檢測方法。
【背景技術】
[0002] 進入二十一世紀以來，我國為了解決日益嚴重的資源緊缺、環境污染等問題，風電 實現高速發展。到2014年底，全國范圍的風電裝機容量達到1.15億千瓦，投入資金數千億 元，建成投運風電機組數萬臺。在這些風電機組中，帶齒輪箱增速的雙饋式風力發電機組占 有較大比例。這種結構形式的風電機組中，齒輪箱是關鍵部件之一，起到傳動扭矩和增速作 用。由于風電齒輪箱具有傳遞功率大、結構復雜緊湊、運行工況多變、環境條件差、維護維修 困難等特點，因此在投運以后故障率遠遠高于其它類型發電設備，實際使用壽命遠遠低于 設計壽命，維修費用也遠遠高于其它工業設備用的齒輪箱。用先進的監測技術手段對風電 齒輪箱在出廠整機試驗及實際運行狀態進行監測分析，獲取齒輪箱在運行過程中的各種狀 態信息及故障信息，對于改進風電齒輪箱的制造及運行維護水平，降低故障率，提高風電的 經濟性和市場競爭力，具有重要意義。
[0003] 目前，投運的大型并網雙饋式風電機組多數是變速恒頻式的風電機組，其風輪及 傳動系統的轉速隨著風速的變化而連續變化，以獲取最大風能。風電齒輪箱一般采用多級 復合輪系結構實現大功率、大增速比傳動。最典型的兩種齒輪箱傳動結構形式是一級行星 輪加兩級平行軸結構和兩級行星輪加一級平行軸結構。這種多級復合輪系結構在變速變載 運行狀態下，可能出現故障的部位多，故障狀態下的齒輪箱振動響應特性復雜，包含豐富的 與各級傳動軸轉速相關的頻率成分，不同的頻率成分對應不同的故障類型和部位，是實現 齒輪箱故障精確定位的重要信息，因此實現齒輪箱各級傳動軸的轉速變化信息的精確檢測 對于快速精確診斷齒輪箱故障非常重要。
[0004]通常風電機組監控系統中已有用于運行狀態監控的發電機轉速測量信號。為了避 免干擾機組運行監控，這一轉速信號通常不提供給其它系統。在當前技術狀態下，風電機組 傳動鏈狀態監測系統(CMS系統)是選配系統，在整機制造完后加裝。根據相關標準，CMS系統 中需要帶有轉速測量通道，用于精確故障定位的轉速信號需要自身解決，通過在低速軸或 高速軸部位加裝轉速測量系統實現轉速測量。由于風電機組的傳動系統結構緊湊，往往沒 有合適的轉速測量系統安裝位置，給轉速信息的獲取帶來困難。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是提供了一種提取風電齒輪箱各級軸轉速檢測方法， 解決了傳統風電場風電機組齒輪箱在不安裝轉速測量裝置的情況下，轉速信息無法獲取的 問題，通過對齒輪箱變速運行過程中通過對風電機組齒輪箱振動監測信號進行分析處理， 從中獲取故障診斷所需要的齒輪箱各級轉速信息的方法。本發明所采用的技術方案包括如 下步驟：
[0006] 步驟1、用振動傳感器采集齒輪箱結構振動信號；
[0007] 步驟2、對步驟1中得到的所述振動信號進行除趨勢項和低通濾波降采樣處理；
[0008] 步驟3、對步驟2中降采樣處理后的振動信號進行短時傅里葉變換，得到反映振動 信號時頻特征的時頻譜，其包含齒輪箱各級軸的旋轉頻率和嚙合頻率成分及其隨時間變化 的信息；
[0009] 步驟4、對步驟3中的所述時頻譜中峰值最突出的頻率成分進行時頻域濾波，再進 行掩膜處理，即利用掩膜函數提取信號時頻譜中該頻率隨時間變化的信息，將其它時頻成 分在時頻域中濾除；
[0010]步驟5、對經過掩膜處理的時頻譜進行短時傅里葉逆變換，得到該特征頻率成分隨 時間變化的信號，求該信號的時變瞬時頻率；
[0011] 步驟6、根據齒輪箱各級齒輪的參數關系，確定該頻率成分屬于齒輪箱哪一級傳動 軸的旋轉頻率或嚙合頻率，進一步換算得到其它各級軸的轉頻和嚙合頻率。采用本發明所 產生的有益效果在于：
[0012] 1)本發明由于采用時頻域濾波分析方法，不受齒輪箱各級軸轉速變化的影響；
[0013] 2)本發明在時頻域提取能量最大的頻率成分，可以有效地抑制寬頻帶干擾噪聲的 影響，得到比較精確的瞬時轉速。
[0014] 3)本發明可以直接借助風電機組在線CMS系統的振動監測信號，不需要在被檢測 設備上另外安裝硬件設備，方便實施；
[0015] 4)本發明可以拓展現有在線狀態監測系統的功能。
【附圖說明】
[0016] 為了更清楚地說明本發明【具體實施方式】或現有技術中的技術方案，下面將對具體 實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的 附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前 提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。
[0017] 附圖1為齒輪箱各級軸轉速檢測識別方法的原理框圖。
[0018] 附圖2為僅保留了希望提取頻率成分的時頻譜圖。
[0019] 附圖3為濾波后的時域信號圖。
[0020]附圖4為濾波后的時頻譜圖。
[0021]其中，1振動傳感器，2齒輪箱。
【具體實施方式】
[0022]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖1-4和具體實施例對 發明進行清楚、完整的描述。
[0023]本實施例提供了一種提取風電齒輪箱變速運行過程各級轉速的方法，通過對風電 機組齒輪箱2振動監測信號進行分析處理，從中獲取故障診斷所需要的齒輪箱2各級轉速信 息。齒輪箱2各級轉速信息測量獲取估計方法的基本原理是，風電機組齒輪箱2在運行過程 中，其產生的振動激勵主要源自各級傳動軸的旋轉不平衡力、各級齒輪副嚙合作用力以及 滾動軸承等其它接觸受力部位的作用力。這些作用力共同作用產生齒輪箱2的結構振動響 應。因此齒輪箱2結構振動響應信號中包含各級齒輪傳動軸的旋轉頻率和嚙合頻率成分。隨 著風輪轉速的變化，各級傳動軸轉速對應的振動頻率和幅值發生相應變化。通過安裝在齒 輪箱2箱體結構上的振動傳感器1采集齒輪箱振動信號，對振動響應信號進行分析處理，降 低信號中轉速信息無關的各種干擾噪聲成分，就可以識別出各級傳動軸及齒