為了分析和找尋可能的監(jiān)測方法，需要細剖風力電機的物理現(xiàn)象交互過程：風力（風速、風壓）->葉片（應變、振動、轉動）->軸（轉速、振動、噪音）->齒輪箱（振動、摩擦、發(fā)熱、噪音）->發(fā)電機（振動、摩擦、發(fā)熱）->電線（發(fā)熱）。
那么即可以從振動信號（振動、轉速）、油液信號（摩擦時交換物質被帶入潤滑油/液壓油中）、應變信號、紅外信號（溫度）、噪音信號和效能信號（風速、轉速、電能質量）六大類進行監(jiān)測。
（1）油液監(jiān)測。油液監(jiān)測是早期預警的重要手段。齒輪間的嚙合摩擦會使金屬顆粒被帶入油液當中，隨著時間的推移就會出現(xiàn)磨損、裂痕等狀況。大多數(shù)的軸承與齒輪老化，都是因為使用潤滑油不當而導致進一步損傷風機傳動系統(tǒng)。這類監(jiān)控包含油粒子（ Oilparticle） 計數(shù)與溫度測量。通過如粒子計數(shù)器等裝置，即可了解潤滑油的品質與可能的污染狀態(tài)。而工業(yè)級用油中的水污染物，扮演了極重要的角色。水分過高可能導致元件過熱、腐蝕，出現(xiàn)嚴重故障。
（2）振動監(jiān)測。油液監(jiān)測是中期預警的重要手段。通過振動監(jiān)視可以了解旋轉機械設備的狀態(tài)，因此振動是風電機組監(jiān)測zui重要的方面之一。風電機組都包括主軸承、齒輪箱與發(fā)電機，通過振動監(jiān)測可以有效地了解這些設備的健康狀態(tài)。根據(jù)有效的頻率范圍，可以使用位置傳感器（低頻段）、速度傳感器（中頻段） ，或加速度傳感器（高頻段）。振動傳感器固定在待測部件之上，從而獲取與瞬時本地運動相應的模擬信號。針對這類測量，采集設備應具備高采樣率、高動態(tài)范圍與抗混疊等功能。此外，還可以監(jiān)測風機機艙與塔架的結構振動，從而了解結構彎曲，以及風力的氣體動力效應。通過監(jiān)視這些振動信號，就可以在關鍵部件發(fā)生重大故障之前，先發(fā)現(xiàn)部件是否產生任何問題，比如齒輪或軸承的老化/破損。而針對旋轉機械，必須對傳感器信號進行階次分析以獲取諧波信息。諧波（Harmonics）可以用來判斷部件性能，進行早期診斷。
（3）應變監(jiān)測。油液監(jiān)測是中期預警的重要手段。應變監(jiān)測常見于結構健康監(jiān)測等應用中，且在風力發(fā)電領域逐漸凸顯其重要性。實驗室往往通過應力測量，測試風機葉片的使用壽命。這些測量通常使用金屬餡（Metalfoil） 應變計，相應的數(shù)據(jù)采集裝置則需要具備電壓激勵與橋路補償等功能。應變計可安裝于葉片的任何位置，但根據(jù)傳感器數(shù)目的不同，其分布位置也有所差異。傳感器應妥善安裝于葉片之上，以同時測得"拍打方向上（Flapwise） "與"切口方向上（Edgewise） "的數(shù)據(jù)。
（4）噪音監(jiān)測。油液監(jiān)測是中晚期預警的重要手段。風電機組噪聲影響（ noiseimpact） 測量，常用于判定風力發(fā)電系統(tǒng)是否符合如DIN EN 61400-11-2007規(guī)范。聲音監(jiān)測主要是通過麥克風測量風機的內、外部噪聲。針對這一類測量，采集裝置應具備高采樣率、高動態(tài)范圍，與抗混迭功能。當監(jiān)測設備內部噪聲時，測量主體即為齒輪箱與主軸承; 外部監(jiān)測則主要測量風機的整體噪聲。通過噪聲數(shù)據(jù)，可以找出高頻部分而預測可能的故障。此外，還可以測量如聲強信號，或通過Third - octave分析，檢驗風機的噪聲。
（5）溫度監(jiān)測。油液監(jiān)測是晚期預警的重要手段。預測維護也需要對溫度進行測量。雖然有多款傳感器可測量溫度，但zui常見的仍是熱電偶與RTD 。而適用的數(shù)據(jù)采集裝置，則應具備較小的輸入范圍與冷端補償（CJC） 功能。結構健康監(jiān)測也常常監(jiān)測內、外部溫度。另外更應注意某些關鍵部件的溫度，如發(fā)電機的轉子（rotor） 與定子（stator） ,均為風機診斷的重要判據(jù)。
（6）效能。油液監(jiān)測是趨勢預警/晚期預警的重要手段。①風速風壓一定時，情況良好的風機阻尼系數(shù)小，轉速較高；潤滑情況下降或出現(xiàn)異常時阻尼系數(shù)大，轉速較小 ②由于電能質量將受風速、渦流，與風向變換所影響，因此電能質量是風電機組狀態(tài)監(jiān)測的重要領域。風力發(fā)電系統(tǒng)的運行必須達到特定的電壓與電流要求。下面列出了一些常見的電能質量分析:峰值功率輸出、無功功率、電壓波動、諧波。測量無功功率（reactive power） 部分，可以幫助判定電壓/ 電流是否相位一致。 通過諧波可進一步分析所有輸出信號。同樣的，風力的瞬間變化將可造成電壓波動（voltage fluctuation） ，從而影響電力輸出。
其中油液信號能進行早期預警，因為摩擦顆粒zui早在油液中體現(xiàn)，通過分析油液特征可以及早發(fā)現(xiàn)問題；磨損到一定的程度時才會出現(xiàn)明顯的振動特征信號，因此振動為中期預警；到出現(xiàn)明顯溫度異常，表明事故即將發(fā)生了，因此紅外監(jiān)測為晚期預警；效能信號是關聯(lián)風速與轉速，運作良好時風速/轉速比高，逐步老化時比率慢慢降低，出現(xiàn)故障前會出現(xiàn)臨界值，可以通過分析歷史數(shù)據(jù)進行趨勢預警。
深圳亞泰的“多維度物聯(lián)網式風機在線故障預警系統(tǒng)”，是國內外*的多參數(shù)關聯(lián)具備專家診斷庫的預警系統(tǒng)，能將油液、振動、紅外和效能等信號進行高度關聯(lián)分析，從早期預警、中期預警、晚期預警及趨勢預警中捕捉早期故障特征，按風機運行狀態(tài)建立專家診斷庫給出維護建議。軟件界面分三層，*層顯示所有風電場和風機的基本狀態(tài)，風機狀態(tài)分三等，良好、正常、需維護（給出維護建議），分別用綠、黃、紅指示；第二層顯示風機各個部位的運行狀況（軸承狀態(tài)、齒輪箱狀態(tài)）；第三層顯示風機的具體分析數(shù)據(jù)（振動頻譜、油液數(shù)據(jù)、歷史曲線等）。能通過Lan口或無線局域網直傳數(shù)據(jù)，無線傳輸距離1.5km~10km。建設http及wap服務器，能通過B/S架構，利用手機、電腦等設備在內網/外網進行訪問。
深圳亞泰研發(fā)部供稿
2012/6/15
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