4. 塔架一阶固有频率现场辨识

为什么现场辨识要分“停机”和“运行”两条路

塔架一阶固有频率的现场辨识，本质是从振动响应中找出结构自身的共振峰。停机状态下，风轮不转、没有1P/3P激励，塔架受到一次扰动（如偏航制动、人为激励或余振）后做自由衰减振动，响应近似为单频衰减正弦，频率最容易读准；运行状态下，风轮转动带来宽带随机激励和转频谐波，塔架响应是随机振动，需要用功率谱峰值拾取，且必须把1P、3P及其谐波从候选峰中排除。两条路径得到的频率应互相印证，再与设计值比较。

停机自由衰减：数周期法实操

停机后待风轮完全静止，记录塔架顶部或机舱加速度计在偏航制动或人工激励后的自由衰减段。截取信噪比良好的前若干周期，用相邻同向过零点或峰值时刻计算平均周期。示例：某3MW机组塔架前后向加速度在 t₀=2.00s 出现峰值，之后第10个同向峰值出现在 t₁₀=5.62s，则平均周期 T=(5.62−2.00)/10=0.362s，f₁=1/0.362≈2.76Hz。若首峰幅值 A₁=0.42m/s²、第10峰 A₁₀=0.31m/s²，则 ζ≈ln(0.42/0.31)/(2π×10)≈0.0155，即约1.55%。

运行随机振动：峰值拾取与半功率带宽

取稳定运行段（建议≥10min、转速波动小）的塔架加速度，做去趋势、加窗、分段平均得到功率谱密度。在排除1P、3P及其整数倍谐波后，寻找低频段内最显著的峰作为塔架一阶候选。示例：某机组额定转速对应1P=0.21Hz、3P=0.63Hz，谱中在2.74Hz处出现显著峰，且该峰不随转速成比例移动，可判定为结构固有频率。半功率带宽法在该峰两侧找功率降至峰值一半（−3dB）的频率 f₂、f₁，ζ=(f₂−f₁)/(2f_peak)。若 f₂−f₁=0.085Hz、f_peak=2.74Hz，则 ζ≈0.0155，与停机法结果一致，互相印证。

前后向与侧向分别辨识

塔架一阶存在前后向（沿风向）与侧向（垂直风向）两个方向模态，频率通常接近但不相等。必须用对应方向的加速度通道分别计算，不可用单通道结果代替两个方向。示例记录表：

两方向偏差均在5%以内，且两种方法结果相差小于2%，可判定结构刚度未发生显著变化。若某方向偏差超过10%，应结合基础螺栓预紧力、塔筒法兰间隙和测点安装状态进一步排查。

现场执行要点

• 停机法优先在无风或低风速窗口执行，避免风轮残余转动引入额外频率成分。
• 运行法必须记录同步转速信号，用于识别并剔除1P、3P谐波。
• 两种方法结果差异大于3%时，先复查采样率、滤波设置和通道方向标定，再下结论。
• 频率对比应使用同一测点、同一方向的历史基线，避免不同安装位置带来的系统偏差。