文档介绍：风力发电机叶片状态监测与故障诊断系统设计和实现
第一章绪论

课题背景
而当今世界各国研究和使用的清洁能源一般包括风能、太阳能、地
热能、生物质能及潮构损伤[10]。
......

第二章风力发电机组叶片故障分析及检测技术分类

引言
在外界风的作用下，风电机组的风轮上产生旋转推力，带动机组传
动链运转，从而带动发电机运转产生电能。当前水平轴、三叶片风轮是市
场上绝大多数主流的大型风电机组的结构，而水平轴风力发电机中又可分
为带齿轮箱和直驱式风电机组，无论何种机型都安装在 60-90 米高的塔
架之上，受各种恶劣天气的影响极大，机组受力情况因多种情况的影响变
得非常复杂。叶片、齿轮箱、发电机、轴承作为风电机组中传动链的关键部件，在交变载荷作用下最易发生故障，本章主要对风电机组原理做简单
介绍，对叶片典型故障原因和类型做出分析，并总结目前的叶片检测技
术。
......

风力发电机组结构原理介绍
国内外大型水平轴风电机组都是相类似结构，一般由塔架、机舱、
叶片、轮毂这几个主体部分组成，图 2-1 为风电机组整体结构图。
在风电机组各个能量传输组成部分中，唯有叶片是与外界环境直接
接触的。外部风直接作用在叶片上，产生旋转力矩，将风能转换成机械
能。安装在机舱内的主轴、齿轮箱将机械能传输到发电机，发电机跟随旋
转，产生电能，整体机组实现了风能到电能的转化的功能[23]。如图 2-1
所示，机舱安装在塔架最上端。机舱内安装有风轮主轴、主轴承、齿轮
箱、发电机、偏航机构等机组重要装置。主机架通过轴承与塔架顶端相连
接，大型风电机组的塔筒内一般均设有爬梯，工作人员可以沿爬梯进入机
舱，进行维护工作。当外界风向改变时，偏航控制系统将根据风向传感器
所反馈的信息，控制偏航机构处的电机驱动机舱使其往正对风向角度转
动，保证机组可获取最大功率。塔架固定在陆地塔基或海上塔基上，其材
料大多为钢铁，个别也有混泥土，它将机舱和风轮支撑到一个能较好捕捉
风速的高度，而往往地球表面的风速随着高度的升高也逐渐增强[24]，因此风电机组额定功率与塔架的高度和所安装叶片直径有关。
图 2-2 显示典型电气故障主要有发电机、电力电子元件、电气系统
及控制系统故障；典型机械故障主要有传动链轴承、齿轮箱及叶片轮毂故
障。不管是哪一类故障都会给风电机组运行造成严重的影响，当故障累计
到一定程度后便会引发事故带来巨大经济损失。其中，风机叶片损伤对风
力发电机组和发电质量影响最大，产生的维修费用也最多。为了能保证风
电机组良好运行状态，对风电机组叶片状态和故障进行有效监测与分析是
十分必要的。
1)遭受雷击
在现实的工况中，雷击对风电机组运行危害非常大。闪电所释放的
能量会严重损伤叶片。