风力发电机组在线状态监测系统 PPT

第6期机电技术81风力发电机组实时状态监测及预防式维护赵子丰(大唐赤峰新能源有限公司,内蒙赤峰 024000)摘要:风电是低碳能源中发展迅速的一种发电技术,发展风电是我国目前减排任务的主要手段之一,近年来实现了跨越式发展,但也随之产生了一些迫切需要解决的问题。

文章针对风力发电的特点,分析了目前风电检修中存在的问题,介绍了状态监测系统的作用和研究现状,阐述了状态监测系统的主要监视内容和故障诊断方法,介绍了预测与健康管理(PHM)技术的思想和基本流程,分析了PHM技术在风电检修系统中的适用性,最后展望了状态监测及预防式维护的应用前景和应用价值。

关键词:风电;状态监测;预防式维护;预测与健康管理中图分类号:TP181;TK229.6+6 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-081-04近年来,我国风电产业发展迅速,尤其是近几年国家对风电的大力扶持,使得风电在中国以极其迅猛的速度获得跨越式的发展。

如今我国风力发电规模已经位居世界第一,按照国家对风电的发展规划,到2020年,我国风电装机容量有望达到1.5×108 kWh。

风电获得迅速发展的同时也带来了一些问题,如风机的稳定运行､检修､并网等。

因为风电的特殊性,大多风场都建在边远地带､风机之间距离较远,风机机身较高,不能像火电或水电等能够便利的进行设备巡检,因此如何通过其他方式实现风机设备状态的实时动态监测和预警就显得尤为重要。

1 风电机组特点及维护问题风电机组由塔架､风轮､轮毅､变桨系统､传动系统､偏航系统､刹车系统､发电机､变频系统､主控系统､变压并网系统等子系统组成,如图1所示。

而每个子系统又分为很多层次,由若干的零部件构成,各子系统之间相互依赖,子系统之间有许多协同作用,因此是典型的复杂系统。

此外,风电机组运行特性中既包含连续动态特性,又包含离散动态特性,两种动态相互作用。

同时受外部不可控因素影响较大,机组工况随着自然环境(如风速､风向)的变化十分频繁,运行工况复杂多样,具有随机性和多变性,呈现出混杂系统的典型特征。

风力发电机振动在线监测系统风力发电机是将风能转换成电能的设备,风能通过叶轮带动主轴、增速箱、发电机组转换成电能。

发电机组的状态监测和故障预测、诊断是目前风力发电机设备维修、维护管理的主要手段,其状态监测的方法很多,主要有力、位移、振动、噪声、温度、压力等监测。

由于振动引起的机械损坏比率很高,目前在诊断技术上应用最多的是机械振动信号检测, 风力发电机运行状态通常可从振动数据上体现出来,目前国内大型风力发电机组振动监测设备基本上是整机进口,价格昂贵。

为此我们开发了基于加速度传感器MMA7260QT、C8051F350型单片机的振动在线监测系统,具有振动数据实时监测、分析以及超限报警制动等功能。

1 系统整体设计风力发电机故障诊断的基本方法是时域监测、频域分析诊断,核心思想是利用加速度传感器检测振动情况,由计算机对振动数据进行采样、滤波,提取有效振动频带内的信号,通过分析有效频带内的峰值振动频率来判断风机运行是否正常[1]。

采集系统主要包括传感器、电源电路、单片机系统和通讯电路。

图1为系统硬件框图。

振动测量采用MMA7260QT 作为振动传感器,MMA7260QT采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,并且提供4个量程可选,同时带有低通滤波并已做零g补偿。

芯片提供休眠模式,最低供电电流3μA 。

MMA7260QT的关键组成部分加速度感应单元,利用半导体材料经过刻蚀加工成基于可变电容原理的机械结构。

当芯片受到外力产生加速度时,相当于两个极板之间的发生了相对变化,从而将加速度变化以电容值变化的形式体现出来。

再通过内部电路将电容转化为电压变化,经过滤波、放大处理后输出。

通过引脚1 、2 的输入搭配,可实现对加速度范围和灵敏度的选择。

1.2 单片机系统C8051F350是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU,具有高速、低功耗、集成度高、功能强大、体积小巧等优点,其内部有一个全差分24位A/D转换器,该转换器具有在片内校准功能。

风力发电机组状态监测系统设计与应用江苏龙源风力发电有限公司地区：江苏南通江苏；226000甘肃龙源风力发电有限公司地区：甘肃玉门甘肃：735200摘要：随着现代社会的快速发展，科学技术水平已经有了较大程度的提高，对新能源的利用需求也是日益的增多，这就需要不断加大对这些新能源的综合利用力度，对于那些可再生的新能源要充分利用其优异的应用特点，更好地适应现代社会的经济发展应用需求。

大型风力发电设备机组运行状态自动监测管理系统的出现和在实际工业生产过程中的广泛应用，不仅有利于对发电机组日常检修设备费用的有效节约，还可以为保证机组的正常运行提供一个更加可靠的技术保证。

基于结合上述情况，做好对大型风力发电设备机组运行状态自动监测管理系统的整体结构设计验证工作刻不容缓，本文主要针对其状态监测管理系统的结构设计和实际应用情况进行较为详细的描述，结合实际情况，进行了进一步的设计验证，有助于我们构建一个健康绿色环保的工业生产流程。

关键词：风力发电机；风力状态变化监测；系统；结构设计以及应用随着人类经济社会的不断进步发展，人们对自然资源的使用率也在增大，导致了目前全球性的能源危机日益严重，寻找可持续的能源和利用新型能源至关重要，这也是目前人们所关心的一个问题。

可再生的能源相对其它能源还是具有较多的优点，比如一些可再生资源可以重复使用，清洁性比较高等。

现阶段，对于可以使用风能的风力发电机组已经受到了许多发达国家的关注。

虽然目前我国在对于使用一些风力发电机组的相关技术有了较大的发展，但是由于风力发电机组主要还是安装在一些偏远地区或者环境恶劣的地方，所以就难免会因此发生很多的故障，而且位置偏僻造成一些故障维修困难，从而就可能会因此产生很高的故障维修费用。

一、风力发电机组状态监测系统设计1.1风力发电机组状态监测系统设计的功能风力发电机组的状态监测系统由多台安装在风力发电机组的视频监控摄像头、振动、声音、温度等信号采集装置及监控处理装置组成，远程监控中心通过网络光纤与机组监控单元进行数据交换，对状态信息进行存储与深入诊断。

风力发电机组状态监测与故障诊断系统风力发电机组状态监测与故障诊断系统风力发电机组是一种利用风能产生电能的设备，近年来得到了广泛的应用和发展。

然而，由于长时间的运行和恶劣的环境条件，风力发电机组容易出现各种故障和损坏。

为了有效监测风力发电机组的运行状态，并及时发现和诊断潜在的故障问题，研发风力发电机组状态监测与故障诊断系统变得尤为重要。

风力发电机组状态监测与故障诊断系统是一种利用传感器、数据采集和分析等技术手段，对风力发电机组的各种参数进行实时监测和分析，以实现对风力发电机组运行状态和故障情况的诊断与预测。

下面将从系统概述、监测参数和故障诊断方法几个方面来介绍该系统。

一、系统概述风力发电机组状态监测与故障诊断系统主要由硬件和软件两部分组成。

硬件部分包括传感器、数据采集模块、数据传输模块和数据存储模块等。

传感器用于实时采集风力发电机组的运行参数，如转速、温度、振动等。

数据采集模块将传感器采集到的数据进行处理和转换，然后通过数据传输模块将数据传输给软件部分。

软件部分包括数据分析和故障诊断模块。

数据分析模块对传感器采集到的数据进行处理和分析，生成相关的运行状态指标和故障诊断依据。

故障诊断模块根据数据分析模块生成的指标和依据，对风力发电机组的故障进行诊断和预测。

二、监测参数风力发电机组的状态监测需要采集多个参数进行分析。

首先是转速参数，通过监测风力发电机组的转速变化，可以判断转子的运行情况和负荷情况。

其次是温度参数，通过监测风力发电机组的温度变化，可以判断发电机组内部的温度是否正常，是否存在过热现象。

再次是振动参数，通过监测风力发电机组的振动情况，可以判断是否存在机械故障和失衡情况。

此外，还可以采集电流、电压等参数进行分析。

三、故障诊断方法针对风力发电机组可能出现的故障情况，可以采用多种方法进行诊断。

首先是基于规则的方法，该方法通过事先设定一系列规则和阈值，当监测到的参数超出规定范围时，系统会发出警报，提示可能存在故障。

风力发电机组在线振动监测系统及现场应用研究为了能够更好的避免和减少风力发电机故障带来的重大事故和安全隐患，并且在日常对风力发电机进行维护节省成本，在线振动监测系统必不可少。

本文介绍了在线监测系统的功能简介、工作原理、传感器测点选取和数据处理等关键技术及系统实际应用，对风电振动监测具有一定借鉴意义。

标签：风力发电机组；在线振动监测；现场应用1 系统功能简介风力发电机组工作条件通常比较艰苦，经常地处风沙四起的荒漠或海风盛行的海上，且在变速变载条件下运行。

因此，风电机组设备的相关零部件出故障的几率大大高出其他机械设备，为避免风电机组零件损坏造成的不必要经济损失，机组在线监测势在必行。

风电场中的在线监测系统，需对每一台机组都进行实时的状态监控与故障监测。

所以，监测系统采用分布式设计，主要由硬件和软件两个部分组成：硬件包括振动一体传感器、数据采集仪、现场服务器以及中心服务器等；软件部分包括数据传输和数据诊断分析与报警等功能。

系统软件设计较为复杂，数据传输功能，包括数据采集、数据存储、数据上传等单元；诊断分析功能，先进行信号提取，再进性处理，识别信号特征，接着对故障进行诊断，最后显示报警状态。

其中，采集的信号主要包括发电机前后轴承处的振动信号、发电机接地电压等信号。

2 系统工作原理目前，风力发电机组的故障检测与诊断技术有多种：振动检测、温度检测、声发射检测及润滑油分析检测等多种方法。

针对每种检测方法各有其优缺点：温度检测方法简单，但引起温度变化原因复杂多变；声发射检测技术通过故障设备本身发出的高频应力波信号检测，受周围环境噪声的干扰较小，但是相关测试设备费用贵、误报警率高，且对测试条件、测试环境以及测试信号的消噪预处理技术等环节要求较高；振动检测技术应用较为广泛，技术相对成熟，主要实时监测风电机组发电机前后轴承座表面的振动数据，这些实时的数据能够被规整在一个较长的周期内形成波形图，便于工作人员在这个周期内进行趋势分析，确定发电机前后轴承的工作情况，以及各个零件的健康状况，便于尽早发现发电机内部的零件损伤。

风电机组振动在线监测系统摘要：风电机组振动在线监测系统对于风力发电设备的正常运行具有重要意义。

本文旨在探讨风电机组振动在线监测系统的设计及其应用，通过对其原理、构成、性能进行深入分析，旨在提高风电机组的运行效率和安全性。

关键词：风电机组；在线监测引言随着可再生能源在全球范围内的持续发展，风力发电作为一种清洁、高效的能源形式，其重要性日益凸显。

然而，风力发电机组在运行过程中，由于风速的波动、机械部件的运动等多种因素，可能导致机组产生振动，进而引发设备损坏，影响电力生产。

因此，针对风电机组振动进行实时监测具有重要意义。

本文将重点介绍一种风电机组振动在线监测系统的设计及其应用情况。

关键词：风力发电机组；在线振动检测；振动；1.系统原理及相关组成部分风电机组振动在线监测系统包括振动传感器、仪表以及运行于仪表上的分析软件。

将振动传感器设置在弹性支撑的关键部位，通过电缆传输振动量至监测仪表，由仪表软件部分——“振动监测故障诊断系统”进行分析确定振动量级别，最后根据振动级别判断是否发生故障。

最终完成风机传动轴对中状况监测；弹性支撑老化情况监测；发电机轴承监测。

风电机组振动在线监测系统通过安装在工作机组上的振动传感器实时监测机组的振动情况。

传感器将采集到的振动信号传递给监测系统，系统通过对信号的处理和分析，判断机组当前的运行状态，以便在出现故障时及时发现并采取相应的措施。

1.1系统的总体设计系统应包括数据采集、数据处理和数据分析三个核心部分。

数据采集部分负责振动信号的采集，数据处理部分负责信号的处理，如去噪、滤波等，数据分析部分负责对数据进行深入分析，提取机组振动特征。

应根据机组类型和监测需求选择合适的振动传感器，如加速度传感器、速度传感器等，同时应考虑传感器的安装位置和安装方式。

此外，还需要选择合适的信号采集器和数据存储设备。

软件系统既要接受硬件的数据，实时显示波形数据、测量结果，又要发送命令对硬件系统的采集方式、放大倍数等参数进行控制。

引言在线监测系统是近20年来在大型发电机组上发展起来的一门新兴交叉性技术，是由于近代机械工业向机电一体化方向发展的产物，自动化、智能化、大型化在许多发电生产工况下保证了生产过程的安全性和可靠性，因此对设备工作状态的监视日益重要，随着大型风力发电机容量的迅猛增加，数字化在线监测系统已经成为发电设备的重要组成部分。

风力发电机工作在野外,各风机之间距离较远,且无人值守，现场维护人员较少，机舱、塔筒高，巡视人员很难对风机内部进行现场检查及维护，不能及时发现隐患。

由于风力发电机发电量具有非稳定性，设备频繁启动，极大的影响了发电设备的安全性和稳定性。

针对风力发电的特点，我公司开发了XSJ—2000风电数字化在线监测系统。

该系统实现以下4大功能：1.风机顶部与底部的环境（烟雾及温度）实时监测；2.风机内部电缆与变压器进线电缆温度实时监测；3.塔筒门的开、闭状态实时监测；4.开关柜触头温度与母排温度实时监测；XSJ—2000数字化在线监测系统采用了当今国际先进的光纤通讯技术及485总线通迅实现多点监控的手段，极大程度的减轻了安装及维护的工作量。

该系统具有良好的计算机画面，可显示监测点的实际安放位置，报警值可调整，报警时，动作光字牌及音响，显示画面自动切换到报警画面，并提示报警点处的最佳抢修路径。

计算机提供全部传感器一年的历史数据，有效指导检修工作，为动态检修提供了理论根据。

电话：（010）82896798/6799 E-mail：wabdl@电话：（010）82896798/6799 E-mail ：wabdl@一、系统结构（如图）开关柜红外测温装置系统图二、系统功能特点：1、系统操作、维护简单，友好的人机管理界面，采用先进的光纤通迅及485工业通讯技术，建立独立的数据通讯网络。

2、及时有效的监测风机塔筒顶部与底部的环境温度及烟雾浓度情况，避免人员登高巡检的作业。

3、能够实时监测风机机舱部位电缆、底部电缆和变压器进线电缆温度，并生成曲线分析，对设备的运行情况了如指掌。

金风直驱风力发电机组TCM在线振动监测系统技术方案（仅适用于国华赤城六期、柳山一期项目）北京观为时代科技有限公司（为丹麦格莱音（Gram&Juhl）中国合资公司中方母公司，建有MHCC TM设备健康体检中心）二零一三年五月目录一. 技术方案与系统主要设备指标 (3)1.1丹麦格莱音TCM®集成的风机状态监测系统简介 (3)1.2 金风直驱风机在线振动监测系统方案及主要技术指标 (4)1.2.1在线振动监测仪（M-System）技术性能指标 (5)1.2.2 加速度振动传感器的主要技术指标 (5)1.2.3 转速信号的获取 (6)1.2.4 在线振动监测仪安装与供电 (6)1.2.5在线振动监测仪的通讯 (8)1.2.6格莱音TCM在线振动监测与故障诊断分析软件系统 (8)1.2.7在线振动监测系统与SCADA系统的对接 (10)二. 技术支持与培训 (10)三. 质量保证与软件升级服务 (10)四. 供货范围 (10)签字页： (12)一.技术方案与系统主要设备指标1.1丹麦格莱音TCM®集成的风机状态监测系统简介丹麦格莱音(Gram&Juhl) 是全球风力发电机状态监测领域的领导者。

自1999年以来，格莱音已经为全球超过6000台风力发电机装备了其先进的TCM®风机状态监测系统，并提供及时可靠的远程诊断分析服务，是目前全球装机量最大的风力发电机组状态监测系统提供商。

格莱音(Gram&Juhl)也是全球最大的海上风力发电机状态监测系统提供商。

TCM®系统已经为全球超过1,500台海上风力发电机组提供在线振动监测和诊断分析服务。

格莱音(Gram&Juhl) TCM®系统为全球主要风机制造商和风电运营商广泛应用。

TCM®在中国已经成功应用于国电龙源、中国大唐、国华能源等风电场。

格莱音（Gram &Juhl）的TCM®系统通过了ISO 9001质量体系认证，取得了德国劳氏（GL）认证、美国UL认证以及丹麦FORCE认证，通过对超过5000台风机振动监测和分析实践，特别是对海上风力发电机组状态监测的规模应用经验，使TCM®成为目前响应能源局《导则》最佳的系统。