中車永濟電機段志強：風(fēng)力發(fā)電機的故障預(yù)測和健康管理

2017-10-19 13:29:54 能見　點擊量：評論 (0)

2017年10月16日-19日，2017北京國際風(fēng)能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）風(fēng)電場智能運維專場，中車永濟電機有限公司教授級高級工程師段志強分享了風(fēng)力發(fā)電機的故障預(yù)測和健康管理的經(jīng)

2017年10月16日-19日，2017北京國際風(fēng)能大會（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）“風(fēng)電場智能運維”專場，中車永濟電機有限公司教授級高級工程師段志強分享了風(fēng)力發(fā)電機的故障預(yù)測和健康管理的經(jīng)驗。

以下為演講內(nèi)容：

段志強：我今天給大家介紹一下做風(fēng)力發(fā)電機故障預(yù)測和健康管理，前面大家都談到過故障預(yù)測和健康管理，主要從宏觀大的方面來做，我們永濟主要做發(fā)電機的，主要我們目前做的一些工作，做一個階段性總結(jié)，給大家匯報一下。

我今天大概說的有四個部分，一個是概述，簡單介紹一下我們公司，第二個把技術(shù)說一下，好多人對故障預(yù)測和健康管理，覺得是個時髦名詞。第三我們整個發(fā)電機的PHM技術(shù)方案是怎么做的，包括部件是什么狀態(tài)，像人是病到什么程度？做一個預(yù)測，把這個方案做一個簡單預(yù)測。

永濟公司主要做軌道交通和能源裝備，還有整個工程機械，現(xiàn)在也是做風(fēng)電將近，我們從2000年開始做，到現(xiàn)在17年，也算是比較老牌做風(fēng)力發(fā)電機的企業(yè)，各種機型都涉獵。

下面主要就是我們公司開發(fā)的一些產(chǎn)品，給大家做一個介紹，這個也是，這是前面大概說的。

下面就是整個永濟現(xiàn)在制造風(fēng)機有兩萬三千多臺，整個有一千多個風(fēng)場，現(xiàn)在就是做大數(shù)據(jù)和健康管理提供很好的技術(shù)支持，其實這就是一個大數(shù)據(jù)。

其實大家也知道，裝機量來說，到去年年底的話，全國裝機容量達到1.69億千瓦，機組存量約9萬多臺，每年還以將近1萬臺的數(shù)量增長，怎么樣減少運維成本是很緊迫的問題。

我今天講的健康管理有幾個重要意義，第一個保障機組運營的可靠性和安全性，第二提升產(chǎn)品服務(wù)能力和服務(wù)水平，第三，優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計提升產(chǎn)品市場競爭力，第四，降低產(chǎn)品全壽命周期成本，其實對大家來說也是最希望的。

這個數(shù)據(jù)，在前段時間有個會議，大家把雙饋電機和直驅(qū)機組的全壽命周期成本對比，怎么樣減少我們運維成本？提高我們整個全壽命周期利用率呢？這個也是很重要問題。

下面目前我們的預(yù)防，分為這么幾類，做維護的目的是什么？把故障防患于未然，沒發(fā)生故障我們知道電機運行到什么程度了，什么時候壞，這是大家迫切知道的問題。

大家也知道預(yù)防目前做得最多的還是預(yù)防性維護，還是糾正的維護，現(xiàn)在的預(yù)防性，設(shè)定一個有的油，或者是大的部件，甚至半年或者一年，多長時間做一個定期的維護，像大部件的維修，就是大修的時候，過上幾年大修，第二個發(fā)生故障之后的維護，第三個是糾正維護，雖然沒有發(fā)生故障，但是預(yù)判到有一些缺陷，改善以提高可靠性和維護性。第四個，希望達到預(yù)測性維護，以整個部件運行狀態(tài)為基礎(chǔ)的維護。

時間關(guān)系我不細說。

整個做的維護，從油污一點的話，我們做預(yù)防性維護，所花費工時比較少，定期去維護就行了，缺點是什么，過量的維護，可能我這個東西沒有壞，還有一定壽命使用時間，這樣換掉了，這樣會浪費我們很多物料成本，大修或者中修，這個有時候也會發(fā)生過量的維護，這就是準備要預(yù)防的，這就是這兩個維護大的缺點。

下面是故障維護，前期的話，你可能說不用管它，費用比較低一些，但是后期故障低的話，假如達到壽命期，整個發(fā)電機的話，發(fā)電量會受到影響。

下面糾正的維護也是，怎么樣改進薄弱點，提高產(chǎn)品的可靠性，主要做這個事情。

其實我們現(xiàn)在還是打著預(yù)測性維護，這個還是比較難的，但是真正精準地判斷，精準地預(yù)測，這個確實比較難，這個需要好多模型、建模，有時候有一個原因，發(fā)生故障之后，多種原因引起的，這個需要人工智能，才能精準判斷到底什么原因引起來的。

這個目標(biāo)就是要實現(xiàn)我們預(yù)測性維護，預(yù)測性維護，現(xiàn)在不僅大大降低我們成本，同時促進我們計劃維護體制的建立，其實根據(jù)產(chǎn)品到什么程度，什么狀態(tài)了，可以制訂維護計劃，這樣來做，也是降低損失。

現(xiàn)在實現(xiàn)預(yù)測性維護，現(xiàn)在需要大數(shù)據(jù)分析，就是好多故障，故障類型，故障數(shù)據(jù)要進行統(tǒng)計，來實現(xiàn)設(shè)備預(yù)測性維護。

下面我簡單把故障預(yù)測和健康管理的PHM跟大家說一下，有個海洋法大家都了解，德國飛機，就是說每一起嚴重故障的背后，一定有29起次輕微的事故，或者300起未遂先兆，或者1000起事故的隱患，任何一種故障都是可以預(yù)測的。

現(xiàn)在我們設(shè)備上很多傳感器，獲取系統(tǒng)運行狀態(tài)信息，并借助各種智能推理算法，根據(jù)系統(tǒng)歷史狀態(tài)和環(huán)境因素，對系統(tǒng)進行狀態(tài)分析和檢測，故障診斷及預(yù)測，評估和預(yù)測被檢測系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)，提出維護維修建議，為管理決策提供建議，實現(xiàn)系統(tǒng)維修。

這個故障預(yù)測跟給人看病是一樣的，一個人到醫(yī)院看病，原因比較多，到醫(yī)院抽血、化驗，做B超，做了好多檢查，判斷一下到底什么問題，其實整個故障預(yù)測和健康管理就是做這個事情，預(yù)測一個人健康不健康，說得不好聽點的，就是說比較還能行多長時間，都是可以再做預(yù)測的，其實我們也是能準確地預(yù)測我們的壽命和健康狀態(tài)。

這個就是一個故障預(yù)測的概念，這是一個健康管理，就是兩個部分合成起來的一個。

我們現(xiàn)在做故障預(yù)測和健康管理，雖然是傳感器技術(shù)，PHM重點是利用先進的傳感器技術(shù)，并借助各種算法和智能模型來預(yù)測、診斷、監(jiān)控和管理復(fù)雜設(shè)備的狀態(tài)。

PHM實現(xiàn)了的轉(zhuǎn)變：傳統(tǒng)的基于傳感器的診斷，現(xiàn)在我們利用技術(shù)之后，可以實現(xiàn)基于智能系統(tǒng)的預(yù)測。

1950年的時候，國外已經(jīng)在做，一個美國軍方的數(shù)據(jù)用PHM，運用在F-35戰(zhàn)機上面，運維費用降低30%，這個技術(shù)最早是在國外，在飛機上運用比較高。

我們主要做發(fā)電機，已經(jīng)開始做這方面工作，已經(jīng)開始包括和國內(nèi)一些客戶合作，整個我們現(xiàn)在做的模塊是八個模塊，整個從發(fā)電機故障壽命管理，數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理，和前面幾位專家講的是一樣的，包括健康的評估、預(yù)測，還有對后面運維的決策做支持，整個這么幾個模塊在做。

前面大概介紹了PHM的技術(shù)，下面就是在發(fā)電機上怎么做的？簡單分享一下。

其實我們發(fā)電機主要兩個關(guān)鍵的部件，一個就是軸承，一個就是絕緣，我們主要在發(fā)電機的軸承和絕緣上面做了PHM，整個部件健康管理工作。

做這個東西要采集系統(tǒng)，包括前面采集完數(shù)據(jù)以后，進行風(fēng)機診斷，包括硬件和軟件的，包括功能模塊的算法。

其實一個就是說做完以后在風(fēng)機上面做一個黑匣子的東西，第二個把這個數(shù)據(jù)怎么傳到我們中控，不在主機廠做，怎么樣把部件的數(shù)據(jù)傳到部件廠，這個可能需要幾個部件廠做一個合作，現(xiàn)在在整機廠比較方便一些。

這個是主要是軟件和硬件兩個部分，這個硬件的實現(xiàn)方案，大家都知道，我不再多說了，你要用各種傳感器，采樣通道，這個都需要做。

軟件實現(xiàn)方案分為這么幾種，一個是信號采集，第二是對采集信號進行預(yù)處理，第二是特征提取，第四，和我們以前模型進行對比，其實說白了是PH試紙一樣，做一個對比，進行預(yù)警，通過模型對比之后，可以診斷出來我們屬于什么樣狀態(tài)，把數(shù)據(jù)存儲，然后傳輸，再到整個地面中心。

我們主要做了軸承和絕緣，其實軸承的話，在軸承工作狀態(tài)，包括它的特點，你像軸承，影響它的整個故障的，包括這個機理，制造、裝配、運行過程中，都會伴隨著各種影響，同時會產(chǎn)生正負信號，進行軸承的動力學(xué)分析，底下是一個過程。

然后因為這個軸承，每個軸承類型故障都是不一樣的，那就是怎么能判斷，提取它各種特征信號，然后重組起來，實際運行過程當(dāng)中，把之前做過的數(shù)據(jù)進行對比，判斷軸承到底處于什么狀態(tài)？到底健康狀態(tài)什么樣？還有多長壽命？這個都是能做判斷。

復(fù)合實驗：針對四種部件，外圈、內(nèi)圈、滾動體、保持架，開展雙故障復(fù)合實驗，每類復(fù)合故障軸承多個樣本。

全壽命加速實驗，完成不少于3-5個軸承的全壽命加速實驗，同時針對不同狀態(tài)下各8個樣本開展實驗。

這是一個我們已經(jīng)搭建的實驗臺，我們已經(jīng)在做了。

接下來就是整個給大家說的軸承的說明，下面說的絕緣，絕緣是比較關(guān)鍵的部件，絕緣壽命的預(yù)測就更難了，絕緣壽命還有多長時間？什么時候絕緣會損壞，這個確實是比較難的事情，我們雖然比較難，但是也在做，各種各樣絕緣參數(shù)，包括放電，通過絕緣提取它的各種特征值來做一下，因為我們目前正在做，不太方便給大家提供。

這個就是我們軟件框架，我就不細說了，比較專業(yè)一點。

像這個軟件功能，剛才已經(jīng)說了，狀態(tài)顯示、故障預(yù)警、故障診斷、故障分析、健康評估、故障預(yù)測、運維決策。這個運維決策的話，還是根據(jù)專家?guī)炖锩孀龅倪@個，我們花那么多錢，做那么多模型，怎么樣把模型跟現(xiàn)場進行比對，到底處于什么樣的狀態(tài)？還能用多長時間？做一個判斷。

我大概就說這么多，前面幾個都說了，健康管理和故障預(yù)診斷確實能提高可靠性，但是這確實是一個長期的工作，我們已經(jīng)做了快一年，費用很高，包括各種預(yù)診斷故障，這個已經(jīng)花費很多，現(xiàn)在雖然已經(jīng)有點成就，但是我們希望和業(yè)主，和永濟合作，怎么樣精準和主機廠和客戶，精準分析判斷，到底這個發(fā)電機處于什么狀態(tài)，對于我們主機的維護做出突出的貢獻，好，我就說這么多。

（發(fā)言為現(xiàn)場速記整理，未經(jīng)本人審核）

責(zé)任編輯：lixin

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