4. 故障诊断工程的数据基础
风电发电机故障诊断不是从算法开始的，而是从数据开始的。诊断结论能否成立，取决于四类基础数据是否在时间上对齐、在语义上可解释、在质量上可信：SCADA 提供整机运行工况与慢变量趋势，CMS 提供高频振动波形与频谱，电气量数据反映电磁与功率回路状态，温度数据刻画热行为，维护记录则给出事件标签与维修闭环。本节围绕这五类数据，说明其典型结构、采集要求以及工程上最容易出问题的环节。
一、SCADA 数据：工况背景与慢变量趋势
SCADA 是风电机组的主控数据源，典型采集周期为 1 s 至 10 min，常见为 1 min 或 10 min 统计值。其数据结构通常为“时间戳 + 风机标识 + 测点编码 + 数值 + 质量码”。核心测点包括：风速、风向、桨距角、发电机转速、叶轮转速、有功功率、无功功率、机舱振动、发电机绕组温度、轴承温度、环境温度、电网频率等。
采集要求上，SCADA 必须保证时间戳统一到同一时区与同一时钟源（建议 NTP 对时，偏差控制在 1 s 内），并保留原始质量码，不能把“通信中断”简单填 0。工程上常见问题是：不同风机时间不同步、统计值口径不一致（平均值/最大值/最小值混用）、停机时段被插值。诊断前应做三件事：统一采样周期、剔除质量码异常点、按工况分段（如按功率区间与转速区间划分）。
二、CMS 振动数据：高频波形与特征谱
CMS（Condition Monitoring System）是振动诊断的核心。其数据结构分为两层：原始波形层与特征层。原始波形通常按“通道—采样率—时间块”组织，例如发电机驱动端径向、非驱动端径向、轴向三向加速度，采样率常见 2 kHz～25.6 kHz，单次采集 1～10 s，按小时或按触发条件存储。特征层则输出速度有效值、加速度包络、峭度、频谱峰值、边带能量等。
采集要求的关键是“同步与触发”。振动数据必须与转速信号同步，否则阶次分析无意义；应支持转速触发、时间触发和阈值触发三种模式。以发电机轴承外圈故障为例，若轴承外圈通过频率 BPFO 为 4.2 倍转频，在 1500 r/min（25 Hz）下对应约 105 Hz，则频谱中应在 105 Hz 及其谐波处出现峰值，并伴随转频边带。若采样率不足或未做抗混叠滤波，该特征会被淹没。因此 CMS 配置必须明确：采样率、抗混叠滤波、窗函数（常用 Hanning）、谱线数、平均次数。
三、电气量数据：电磁与功率回路状态
电气量数据主要来自变流器、发电机出线端和箱变侧，包括三相电压、三相电流、有功、无功、频率、功率因数以及谐波含量。其采样率通常高于 SCADA，波形录波可达 1 kHz～10 kHz，稳态统计值多为 1 s 或 1 min。数据结构上，波形录波按“触发事件 + 通道 + 采样点”存储，统计值按“时间戳 + 测点 + 值”存储。
采集要求：电流互感器与电压互感器的变比必须记录在元数据中，否则幅值无法还原；三相数据必须同源同步采样，避免相位差引入虚假负序。诊断中，若发电机出现匝间短路，三相电流会出现不对称，负序分量上升；若变流器开关异常，电流谐波频谱会出现特定边带。因此电气量数据必须保留原始波形，不能只存有效值。
四、温度数据：热行为与过载判断
温度数据通常由 PT100/PT1000 或热电偶采集，经变送器进入 PLC 或数据采集器，周期为 1～60 s。典型测点包括：发电机定子绕组温度（三相各一路或多路）、前后轴承温度、冷却介质温度、机舱环境温度、齿轮箱油温。数据结构为“时间戳 + 测点 + 温度值 + 质量码”。
采集要求：温度测点必须标注安装位置与对应部件，例如“发电机驱动端轴承温度”与“非驱动端轴承温度”不能混用。诊断时常用温升而非绝对温度：温升 = 当前温度 − 环境温度。若某轴承温升在相同功率区间内持续高于历史基线 5～10 ℃，即使未达报警阈值，也应触发关注。温度数据采样慢，需与 SCADA 工况对齐后再做趋势比较。
五、维护记录：事件标签与维修闭环
维护记录是诊断的“标签源”，其结构通常包括：工单号、机组编号、故障发生时间、故障现象描述、诊断结论、更换部件、维修时间、维修人员、停机时长、恢复结果。维护记录的价值在于为算法提供正负样本：哪些振动特征最终对应轴承更换，哪些温度异常最终只是传感器漂移。
采集要求：故障现象描述应尽量结构化，避免只写“异常”。建议至少包含“部位 + 现象 + 工况 + 处理”。例如“发电机驱动端轴承异响，1500 r/min 负载 80% 时明显，更换轴承后消失”。同时，维护记录的时间必须与 SCADA、CMS 时间对齐，否则无法回溯故障前后的数据窗口。
六、五类数据的关联与采集检查要点
五类数据不是孤立存在的。一次完整的诊断，通常以维护记录中的故障事件为锚点，回溯事件前 7～30 天的 SCADA 趋势、CMS 频谱和温度曲线，再用电气量波形排除电磁原因。关联键是“机组 ID + 统一时间戳 + 工况分段”。
工程落地时，建议在数据接入阶段完成以下检查：时间戳是否统一到 UTC 或本地时区并记录时区；各数据源采样周期是否明确；质量码是否保留；量纲与变比是否写入元数据；缺失值是否标记而非填零；工况分段是否按功率和转速划分。只有这些基础工作到位，后续的特征提取、阈值设定和故障分类才有可靠输入。