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中車永濟(jì)電機(jī)段志強(qiáng)：風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障預(yù)測(cè)和健康管理

2017-10-19 13:29:54 能見 　 點(diǎn)擊量： 評(píng)論 (0)
2017年10月16日-19日，2017北京國際風(fēng)能大會(huì)（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維專場(chǎng)，中車永濟(jì)電機(jī)有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師段志強(qiáng)分享了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障預(yù)測(cè)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(huì)（CWP2017）在北京隆重召開。在中國國際展覽中心（新館）“風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維”專場(chǎng)，中車永濟(jì)電機(jī)有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師段志強(qiáng)分享了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的故障預(yù)測(cè)和健康管理的經(jīng)驗(yàn)。
 
 
以下為演講內(nèi)容：
 
段志強(qiáng)：我今天給大家介紹一下做風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障預(yù)測(cè)和健康管理，前面大家都談到過故障預(yù)測(cè)和健康管理，主要從宏觀大的方面來做，我們永濟(jì)主要做發(fā)電機(jī)的，主要我們目前做的一些工作，做一個(gè)階段性總結(jié)，給大家匯報(bào)一下。
 
我今天大概說的有四個(gè)部分，一個(gè)是概述，簡單介紹一下我們公司，第二個(gè)把技術(shù)說一下，好多人對(duì)故障預(yù)測(cè)和健康管理，覺得是個(gè)時(shí)髦名詞。第三我們整個(gè)發(fā)電機(jī)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(gè)預(yù)測(cè)，把這個(gè)方案做一個(gè)簡單預(yù)測(cè)。
 
永濟(jì)公司主要做軌道交通和能源裝備，還有整個(gè)工程機(jī)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(jī)的企業(yè)，各種機(jī)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(gè)介紹，這個(gè)也是，這是前面大概說的。
 
下面就是整個(gè)永濟(jì)現(xiàn)在制造風(fēng)機(jī)有兩萬三千多臺(tái)，整個(gè)有一千多個(gè)風(fēng)場(chǎng)，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(shí)這就是一個(gè)大數(shù)據(jù)。
 
其實(shí)大家也知道，裝機(jī)量來說，到去年年底的話，全國裝機(jī)容量達(dá)到1.69億千瓦，機(jī)組存量約9萬多臺(tái)，每年還以將近1萬臺(tái)的數(shù)量增長，怎么樣減少運(yùn)維成本是很緊迫的問題。
 
我今天講的健康管理有幾個(gè)重要意義，第一個(gè)保障機(jī)組運(yùn)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(jì)提升產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力，第四，降低產(chǎn)品全壽命周期成本，其實(shí)對(duì)大家來說也是最希望的。
 
這個(gè)數(shù)據(jù)，在前段時(shí)間有個(gè)會(huì)議，大家把雙饋電機(jī)和直驅(qū)機(jī)組的全壽命周期成本對(duì)比，怎么樣減少我們運(yùn)維成本？提高我們整個(gè)全壽命周期利用率呢？這個(gè)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(hù)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(jī)運(yùn)行到什么程度了，什么時(shí)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(hù)，還是糾正的維護(hù)，現(xiàn)在的預(yù)防性，設(shè)定一個(gè)有的油，或者是大的部件，甚至半年或者一年，多長時(shí)間做一個(gè)定期的維護(hù)，像大部件的維修，就是大修的時(shí)候，過上幾年大修，第二個(gè)發(fā)生故障之后的維護(hù)，第三個(gè)是糾正維護(hù)，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(hù)性。第四個(gè)，希望達(dá)到預(yù)測(cè)性維護(hù)，以整個(gè)部件運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)的維護(hù)。
 
時(shí)間關(guān)系我不細(xì)說。
 
整個(gè)做的維護(hù)，從油污一點(diǎn)的話，我們做預(yù)防性維護(hù)，所花費(fèi)工時(shí)比較少，定期去維護(hù)就行了，缺點(diǎn)是什么，過量的維護(hù)，可能我這個(gè)東西沒有壞，還有一定壽命使用時(shí)間，這樣換掉了，這樣會(huì)浪費(fèi)我們很多物料成本，大修或者中修，這個(gè)有時(shí)候也會(huì)發(fā)生過量的維護(hù)，這就是準(zhǔn)備要預(yù)防的，這就是這兩個(gè)維護(hù)大的缺點(diǎn)。
 
下面是故障維護(hù)，前期的話，你可能說不用管它，費(fèi)用比較低一些，但是后期故障低的話，假如達(dá)到壽命期，整個(gè)發(fā)電機(jī)的話，發(fā)電量會(huì)受到影響。
 
下面糾正的維護(hù)也是，怎么樣改進(jìn)薄弱點(diǎn)，提高產(chǎn)品的可靠性，主要做這個(gè)事情。
 
其實(shí)我們現(xiàn)在還是打著預(yù)測(cè)性維護(hù)，這個(gè)還是比較難的，但是真正精準(zhǔn)地判斷，精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)，這個(gè)確實(shí)比較難，這個(gè)需要好多模型、建模，有時(shí)候有一個(gè)原因，發(fā)生故障之后，多種原因引起的，這個(gè)需要人工智能，才能精準(zhǔn)判斷到底什么原因引起來的。
 
這個(gè)目標(biāo)就是要實(shí)現(xiàn)我們預(yù)測(cè)性維護(hù)，預(yù)測(cè)性維護(hù)，現(xiàn)在不僅大大降低我們成本，同時(shí)促進(jìn)我們計(jì)劃維護(hù)體制的建立，其實(shí)根據(jù)產(chǎn)品到什么程度，什么狀態(tài)了，可以制訂維護(hù)計(jì)劃，這樣來做，也是降低損失。
 
現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，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(jìn)行統(tǒng)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)。
 
下面我簡單把故障預(yù)測(cè)和健康管理的PHM跟大家說一下，有個(gè)海洋法大家都了解，德國飛機(jī)，就是說每一起嚴(yán)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(cè)的。
 
現(xiàn)在我們?cè)O(shè)備上很多傳感器，獲取系統(tǒng)運(yùn)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)分析和檢測(cè)，故障診斷及預(yù)測(cè)，評(píng)估和預(yù)測(cè)被檢測(cè)系統(tǒng)未來的健康狀態(tài)，提出維護(hù)維修建議，為管理決策提供建議，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維修。
 
這個(gè)故障預(yù)測(cè)跟給人看病是一樣的，一個(gè)人到醫(yī)院看病，原因比較多，到醫(yī)院抽血、化驗(yàn)，做B超，做了好多檢查，判斷一下到底什么問題，其實(shí)整個(gè)故障預(yù)測(cè)和健康管理就是做這個(gè)事情，預(yù)測(cè)一個(gè)人健康不健康，說得不好聽點(diǎn)的，就是說比較還能行多長時(shí)間，都是可以再做預(yù)測(cè)的，其實(shí)我們也是能準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)我們的壽命和健康狀態(tài)。
 
這個(gè)就是一個(gè)故障預(yù)測(cè)的概念，這是一個(gè)健康管理，就是兩個(gè)部分合成起來的一個(gè)。
 
我們現(xiàn)在做故障預(yù)測(cè)和健康管理，雖然是傳感器技術(shù)，PHM重點(diǎn)是利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)，并借助各種算法和智能模型來預(yù)測(cè)、診斷、監(jiān)控和管理復(fù)雜設(shè)備的狀態(tài)。
 
PHM實(shí)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(shí)現(xiàn)基于智能系統(tǒng)的預(yù)測(cè)。
 
1950年的時(shí)候，國外已經(jīng)在做，一個(gè)美國軍方的數(shù)據(jù)用PHM，運(yùn)用在F-35戰(zhàn)機(jī)上面，運(yùn)維費(fèi)用降低30%，這個(gè)技術(shù)最早是在國外，在飛機(jī)上運(yùn)用比較高。
 
我們主要做發(fā)電機(jī)，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(gè)我們現(xiàn)在做的模塊是八個(gè)模塊，整個(gè)從發(fā)電機(jī)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(píng)估、預(yù)測(cè)，還有對(duì)后面運(yùn)維的決策做支持，整個(gè)這么幾個(gè)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(jī)上怎么做的？簡單分享一下。
 
其實(shí)我們發(fā)電機(jī)主要兩個(gè)關(guān)鍵的部件，一個(gè)就是軸承，一個(gè)就是絕緣，我們主要在發(fā)電機(jī)的軸承和絕緣上面做了PHM，整個(gè)部件健康管理工作。
 
做這個(gè)東西要采集系統(tǒng)，包括前面采集完數(shù)據(jù)以后，進(jìn)行風(fēng)機(jī)診斷，包括硬件和軟件的，包括功能模塊的算法。
 
其實(shí)一個(gè)就是說做完以后在風(fēng)機(jī)上面做一個(gè)黑匣子的東西，第二個(gè)把這個(gè)數(shù)據(jù)怎么傳到我們中控，不在主機(jī)廠做，怎么樣把部件的數(shù)據(jù)傳到部件廠，這個(gè)可能需要幾個(gè)部件廠做一個(gè)合作，現(xiàn)在在整機(jī)廠比較方便一些。
 
這個(gè)是主要是軟件和硬件兩個(gè)部分，這個(gè)硬件的實(shí)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(gè)都需要做。
 
軟件實(shí)現(xiàn)方案分為這么幾種，一個(gè)是信號(hào)采集，第二是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，第二是特征提取，第四，和我們以前模型進(jìn)行對(duì)比，其實(shí)說白了是PH試紙一樣，做一個(gè)對(duì)比，進(jìn)行預(yù)警，通過模型對(duì)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(chǔ)，然后傳輸，再到整個(gè)地面中心。
 
我們主要做了軸承和絕緣，其實(shí)軸承的話，在軸承工作狀態(tài)，包括它的特點(diǎn)，你像軸承，影響它的整個(gè)故障的，包括這個(gè)機(jī)理，制造、裝配、運(yùn)行過程中，都會(huì)伴隨著各種影響，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)信號(hào)，進(jìn)行軸承的動(dòng)力學(xué)分析，底下是一個(gè)過程。
 
然后因?yàn)檫@個(gè)軸承，每個(gè)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(hào)，然后重組起來，實(shí)際運(yùn)行過程當(dāng)中，把之前做過的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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(gè)都是能做判斷。
 
復(fù)合實(shí)驗(yàn)：針對(duì)四種部件，外圈、內(nèi)圈、滾動(dòng)體、保持架，開展雙故障復(fù)合實(shí)驗(yàn)，每類復(fù)合故障軸承多個(gè)樣本。
 
全壽命加速實(shí)驗(yàn)，完成不少于3-5個(gè)軸承的全壽命加速實(shí)驗(yàn)，同時(shí)針對(duì)不同狀態(tài)下各8個(gè)樣本開展實(shí)驗(yàn)。
 
這是一個(gè)我們已經(jīng)搭建的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，我們已經(jīng)在做了。
 
接下來就是整個(gè)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(cè)就更難了，絕緣壽命還有多長時(shí)間？什么時(shí)候絕緣會(huì)損壞，這個(gè)確實(shí)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?yàn)槲覀兡壳罢谧?，不太方便給大家提供。
 
這個(gè)就是我們軟件框架，我就不細(xì)說了，比較專業(yè)一點(diǎn)。
 
像這個(gè)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(píng)估、故障預(yù)測(cè)、運(yùn)維決策。這個(gè)運(yùn)維決策的話，還是根據(jù)專家?guī)炖锩孀龅倪@個(gè)，我們花那么多錢，做那么多模型，怎么樣把模型跟現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行比對(duì)，到底處于什么樣的狀態(tài)？還能用多長時(shí)間？做一個(gè)判斷。
 
我大概就說這么多，前面幾個(gè)都說了，健康管理和故障預(yù)診斷確實(shí)能提高可靠性，但是這確實(shí)是一個(gè)長期的工作，我們已經(jīng)做了快一年，費(fèi)用很高，包括各種預(yù)診斷故障，這個(gè)已經(jīng)花費(fèi)很多，現(xiàn)在雖然已經(jīng)有點(diǎn)成就，但是我們希望和業(yè)主，和永濟(jì)合作，怎么樣精準(zhǔn)和主機(jī)廠和客戶，精準(zhǔn)分析判斷，到底這個(gè)發(fā)電機(jī)處于什么狀態(tài)，對(duì)于我們主機(jī)的維護(hù)做出突出的貢獻(xiàn)，好，我就說這么多。
 
（發(fā)言為現(xiàn)場(chǎng)速記整理，未經(jīng)本人審核）
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責(zé)任編輯：lixin

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