摘要：近年來，我國對電能的需求不斷增加，風力發電廠建設越來越多。目前，風力發電機組已日趨成熟，經歷幾年的歷練，部分風機製造廠正在自己研發設計、自主創新研製風力發電機系統，使結構系統更優化、完善。大型整機廠已不局限於1.5MW機型機組，為符合風場環境已研發出2MW、3MW、5MW、7MW級風力發電機組，關鍵部件性能也日益提高，主控控制系統的智能控制也加速提高了風電機組的可靠性和壽命。無論在機械結構和電氣控制方面都有所完善，為今後的快速發展奠定了穩固的基礎。不僅能滿足國內市場的需求，而且已經向國際市場供貨。在風力發電機組的改進完善過程中，眾多難題需要攻克，以使風機運行更穩固，更有優勢。文章針對在風力發電機發展過程中產生的噪聲影響進行分析，同時列舉偏航部位產生的噪音並進行研究、改進，使風力發電機組更加完善，對風機改進有一定的影響作用。
隨著人類社會的發展和科技的進步，人們越來越關注噪聲給生活帶來的影響。在人們周圍有多種多樣的噪聲源：汽車、火車開過的聲音，建築工地的轟鳴聲等等。切切實實地解決噪聲問題，降低噪聲，是提高環境質量的重要方面。風力發電機的噪聲問題，到目前為止世界上還未徹底解決，人們正著手研究，但取得的進展有限。由於風力機運行於開放的大氣環境中，其工作環境極其惡劣，因此設計中應儘量保證其使用壽命長、結構安全可靠，不但要提高性能，還要儘量減少噪聲，從而使其使用更環保、更舒適。為此，本文對風力發電機組整機的噪聲進行測試分析與研究，為解決風力機的降噪問題提供依據。
1 風力發電機組噪聲來源
風力發電機組運行過程中，受氣流影響，在加上轉動部件的摩擦，葉片及機組部件會產生較大的噪聲，噪聲源主要來源於機械及結構噪聲，如齒輪嚙合的噪聲，由於互相摩擦引起振動，產生噪聲，葉片旋轉時葉尖的氣動噪聲。機械噪聲還包括軸承噪聲、電機轉動產生電磁振動噪聲等。葉片的氣動噪聲是風力發電機組的主要噪聲源，降低氣動噪聲主要方式有降低轉速即降低葉尖線速度，鋸齒後緣及柔軟後緣等，但降低葉尖線速度會影響風機功率曲線即降低發電能力所以一般不予考慮。其他噪聲來源如空氣動力噪聲，由於此噪聲在空氣中，隨風速增大而增強，因此此噪聲不易分離。其餘則是一些輔助設備引起的噪聲，如散熱器、排風扇等。
2 小波分析法故障診斷
當部件預故障或發生故障時，其輻射的噪聲品質會發生改變。通過監測和分析對應的噪聲特性，就可以檢測判斷設備的噪聲檢測尤其是旋轉部件的高頻噪聲檢測。該方法對於風力發電機組早期故障的監測效果顯著。近年來，小波分析方法發展迅猛，已被應用於故障診斷領域。在工程實踐中，設備運行狀態複雜多變，致使系統中存在大量的非平穩信號。如風力發電機組在啟動和停機時，其轉速、功率等都是非平穩的，即使在穩態運行時，若發生摩擦或衝擊，發電機轉子的阻尼、剛度、彈性力等發生變化，產生的噪聲信號也變得非平穩。對於平穩信號進行處理的理想方法是傅立葉分析；而對於非平穩信號，則採用小波分析。風電機組採用小波分析進行故障診斷的過程可分為故障信息採集、故障特徵提取和狀態識別及故障診斷3個步驟。故障分析診斷的關鍵是從動態信號中提取故障特徵。對於基於噪聲檢測的故障診斷技術，提取故障特徵尤為突出。由於風電機組工作環境的特殊性，風電現場的噪聲不僅來源於周圍環境噪聲，還包含機組正常運行時產生的機械噪聲。當機組存在故障隱患或發生故障時，還會混入故障噪聲。因此，如何從複雜的強噪聲環境中提取有效的故障信息，是進行故障分析診斷的關鍵。小波分析兼具時域和頻域分析能力，並且具有可變的時頻解析度，能夠有效地進行故障信號的提取和分析。風機在運轉的同時除卻葉尖告訴運轉帶來的氣動噪聲還會帶來由於傳動運轉速度過高而產生的機艙機械類噪聲。機艙機械類噪聲屬於持續性的低頻類型噪音，長期生活在這種低頻噪音下的居民，會產生失眠、健忘、耳鳴等不利於身心健康的問題，當與強風相遇時，其所發出的噪音讓人無法忍受。
3 偏航噪聲分析與解決方法
根據現場實際情況，在風力發電機組機艙偏航時，機艙和塔筒連接部位法蘭處安裝有剎車閥組。當機艙對風調節時，即偏航狀態下，剎車閥組夾住剎車盤會發出聲響，由於塔筒形狀上端部位相對下端部位細一些，及呈現喇叭形狀，使聲響加大。因此由剎車盤處產生的聲響從塔筒上部傳到塔底，相當聲響擴大，到塔底則會發出比較大的聲音。當牧民放牧時，牛羊遇到此噪音易發生身體方面不適症狀，影響生態平衡。偏航產生的噪聲來源於偏航裝置部位的剎車盤，當剎車閥組剎住剎車盤時產生聲響，因此減弱此處聲音尤為關鍵。由於風機偏航現在有4組電機控制偏航或3組電機控制偏航，經過計算3組電機控制偏航可以穩定運行。其中一組電機通過給予反向轉動力矩控制偏航剎車。原來偏航通過液壓站控制壓力給剎車盤剎車偏航。現試驗為一液壓阻尼，即採用一組電機控制反向力矩進行剎車偏航，使偏航穩定運行。試驗所需工具：鉗型萬用表，二極體(用於測試電流流向)，液壓油，鉗子等。試驗注意事項：因為試驗主要目的是測得在增加阻尼器及一反向電機前提下加上壓力的情況下測試，如果電機耐受程度允許即保持一個相對穩態的值即可使偏航穩定運行，降低噪聲。此實驗首先需要在組裝廠試驗完畢，經過加壓試驗，觀察電機電流使不超過額定值情況下在實際去風場測量，更好的保持穩定性，避免後期工作帶來其他不利影響。現場測試時需要注意電壓、電流是否和組裝廠測試時一致，不一致需要根據現場電機參數進行調整。試驗過程：檢查各部件安裝、接線是否正常，二極體尤其注意不要接錯。一切準備就緒後開始調試。因偏航分手動和自動偏航，所以需要在這兩種情況下分別測試。用鉗形萬用表掐電機其中一項，分別觀察手動和自動偏航時鉗型萬用表的電流值並記錄下調試結果，不要超過偏航電機最大電流。通過檢測電流值觀察液壓偏航阻尼效果。此方法需要根據各風機機型進行，逐漸增加壓力並檢測電流值，使電流值不過載，達到一個相對穩態的值。另外，葉片的壓力主要集中在正對來流風速的葉片前緣。在葉片葉尖前緣處壓力大且振動位移較大，因此振動曲線監控採集點選取葉片前緣頂部。當來流風速越大時，由來流風所產生的氣動力對葉片的作用力越大，葉片的振幅呈現增大的趨勢。
4 葉尖噪聲的分析及解決方法
風力發電場的菜單機組在運行中，由於其風輪的高速轉動，以及葉尖等在高速運轉中會形成聲音較大的氣動型噪聲。風機在運轉的同時，除卻葉尖高速運轉帶來的氣動噪聲，還會帶來由於傳動運轉速度過高而產生的機艙機械類噪聲。風機的許多功能是靠葉尖的變換來完成的。葉尖是整體葉片的易損部位，風機運轉時，葉尖的抽磨力大於其它部位，整體葉片中，它又是最薄弱的部位。葉尖是由雙片合壓組成，葉尖的最邊緣是由膠衣樹脂粘合為一體，葉尖的最邊緣近4釐米的材質是實心。目的是增加葉尖的耐磨度和兩片之間的親和力。由於葉尖內空腔面積較小，風沙吹打時沒有彈性，所以也是葉片中磨損最快的部位。通過施工標記試驗證明，葉尖每年都有0.5釐米左右的縮短磨損。葉片的易開裂周期是風機運轉四至五年後，原因就是葉片邊緣的固體材料磨損嚴重，雙片組合的葉尖保護能力、固合能力下降，使雙片粘合處縫隙暴露於風沙中。解決風機葉片開裂的問題，就是風機運轉幾年後做一次葉尖的加長、加厚保護。與原有葉片所磨損的重量基本吻合，不會對葉片的配重比產生任何影響，修復後的葉尖至少三年後磨回原有葉面，對阻止葉尖開裂現象的發生起到決定性作用。
5 結束語
綜上所述，依照IEC噪聲標準，採用多測點布置測量的方法對噪聲進行檢測，利用小波分析法提取故障信息，可對風電機組的機械故障進行診斷和分析。該方法提高了機組的使用壽命、運行效率和可靠性，降低了運行維護成本，具有較高的實用價值，針對葉尖噪聲要控制好來流速度，本文採用小波分析的不足之處在於在風電現場採集噪聲信號時，未能有幸捕捉到機組帶故障運行的數據，因此在軟體仿真分析時採用正弦信號模擬代替真實故障噪聲信號。
（文章來源：電力設備）