CN103364076A - 一种风电机组倾覆监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种风电机组倾覆监测系统，包括统计分析计算单元和两个第一振动监测单元、两个第二振动监测单元；所述两个第一/第二振动监测单元分别安装于塔筒上两个预定测试点处的X轴/Y轴方向上，用于实时对预定测试点的X轴/Y轴方向进行振动监测并将预定测试点的X轴/Y轴振动数据发送给统计分析计算单元；所述统计分析计算单元用于分析计算收到的两个预定测试点的X轴、Y轴振动数据并得到塔筒的倾覆数据；所述X轴方向为风电机组主轴方向，所述Y轴方向为垂直于风电机组主轴的方向。本发明提供的风电机组倾覆监测系统能够实时监测到塔筒的倾覆数据，便于管理人员实时管理查看，能够有效防止塔筒倒塌现象发生。
Description
技术领域
本发明涉及风能发电技术领域，特别是指一种风电机组倾覆监测系统。
背景技术
近年来，随着煤炭、石油等能源的不断紧缺，新能源发电尤其是风力发电成为了电力行业的一大研究热点。风电机组是风力发电系统中的关键设备，需要在使用过程中不断对其进行维护。长期以来对风电机组一直采用计划维修的方式，即对运行一定时间后的风电机组进行例行维护。这种维护方式无法全面、及时地了解设备的运行状况，而且这种事后维修则由于事先的准备不够充分，造成维修工作的耗时太长、损失严重。
塔筒是风电机组中的主要支承装置，它将机舱和风轮托举到所需的高度。在机组的整个寿命周期内，塔筒受到风轮、机舱以及自身重力作用的同时，还受到各种风况（正常风况、极端风况）引起的动载荷作用，用于承受大小和方向随时变化的疲劳载荷和极限载荷。由于风载荷的随机性，会引起塔筒的振动，而这种振动会产生惯性力，不但引起塔筒的附加应力，而且还会影响塔筒顶端叶轮的变形和振动。风电机组在运行过程中，控制系统和保护系统使机组启动、停车（包括紧急停车）、偏航、变桨、脱网时，都会引起机组结构和塔筒部件的载荷变化。一旦塔筒产生一定程度的倾斜时，就会出现塔筒倒塌事件，造成严重的损失。因此，对塔筒进行实时监测，实现提前维护就显得十分重要。
现有的对风电机组状态进行的在线监测的方案主要是振动监测，该方案通过监测风电机组各部件的运行状态来判断机组运行是够存在故障。但是现有的振动监测方法不能直接监测到塔筒的具体倾斜程度，因此无法在第一时间内发现塔筒是否存在倒塌的倾向。
综上所述，需要一种能够对风电机组的塔筒进行实时监测并能够监测到塔筒的实际倾斜程度的监测方法，以防止塔筒倒塌现象发生。
发明内容
本发明提供一种风电机组倾覆监测系统，用于解决现有技术中不能直接监测到塔筒的具体倾斜程度的问题。本发明提供的风电机组倾覆监测系统能够实时监测到塔筒的倾覆数据，便于管理人员实时管理查看，能够有效防止塔筒倒塌现象发生。
本发明提供的一种风电机组倾覆监测系统，包括统计分析计算单元和两个第一振动监测单元、两个第二振动监测单元；所述两个第一振动监测单元分别安装于塔筒上两个预定测试点处的X轴方向上，用于实时对预定测试点的X轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的X轴振动数据发送给所述统计分析计算单元；所述两个第二振动监测单元分别安装于塔筒上两个预定测试点处的Y轴方向上，用于实时对预定测试点的Y轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的Y轴振动数据发送给所述统计分析计算单元；所述统计分析计算单元用于对收到的两个预定测试点的X轴、Y轴振动数据分析计算得到塔筒的倾覆数据；其中，所述X轴方向为风电机组主轴方向，所述Y轴方向为垂直于风电机组主轴的方向。
优选地，所述塔筒的倾覆数据包括实时监测倾覆值，所述塔筒实时监测倾覆值包括塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值和X-Y轴方向的倾覆值；所述统计分析计算单元根据收到的两个预定测试点的X轴、Y轴振动数据分析计算得到塔筒实时监测倾覆值并根据所述实时监测倾覆值生成倾覆统计图。
优选地，所述风电机组倾覆监测系统还包括报警器；所述统计分析计算单元还用于将得到的塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值与预先设置的塔筒在X轴方向的倾覆阈值、Y轴方向的倾覆阈值、X-Y轴方向的倾覆阈值分别比较，并当塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值之中的至少一个达到预定倾覆阈值时，向所述报警器发出报警指令；所述报警器用于根据所述统计分析计算单元的报警指令发出警报。
优选地，所述塔筒的倾覆数据还包括倾覆趋势图；所述统计分析计算单元 还用于存储收到的所述塔筒实时监测倾覆值并生成倾覆趋势图。
优选地，所述风电机组倾覆监测系统还包括倾覆盒子，用于监测风机的自振频率和塔筒的自振频率，并将风机的自振频率和塔筒的自振频率发送给所述统计分析计算单元；所述统计分析计算单元还用于对收到的塔筒的自振频率计算得到当前塔筒的共振频率区间，并将收到的风机的自振频率和当前塔筒的共振频率区间进行比较，当所述统计分析计算单元比较得到当前风机的自振频率处于当前塔筒的共振频率区间内时，所述统计分析计算单元向所述报警器发送报警指令。
优选地，所述风电机组倾覆监测系统还包括数据发送单元和远程管理平台；所述数据发送单元和所述统计分析计算单元电连接，所述数据发送单元和所述远程管理平台通过无线或有线网络连接；所述数据发送单元用于在所述远程管理平台的控制下实时获取所述统计分析计算单元得到的塔筒实时监测倾覆值、倾覆统计图、倾覆趋势图、塔筒的自振频率、塔筒的共振频率区间和风机的自振频率中的至少一个，并将获取的数据发送给所述远程管理平台；所述远程管理平台用于将收到的所述塔筒实时监测倾覆值和/或倾覆统计图和/或倾覆趋势图和/或塔筒的自振频率和/或塔筒的共振频率区间和/或风机的自振频率数据提供给管理人员。
优选地，所述倾覆盒子还与所述第一振动监测单元、第二振动监测单元电连接，所述倾覆盒子和所述远程管理平台通过无线或有线网络连接；所述倾覆盒子还用于在所述远程管理平台的控制下控制所述第一振动监测单元和所述第二振动监测单元是否进行振动监测。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
本发明提供的风电机组倾覆监测系统通过对塔筒X轴方向和Y轴方向进行振动监测以从振动数据中获取塔筒的实时倾覆数据（如塔筒的实时监测倾覆值、自振频率图、共振区间图、倾覆统计图、倾覆趋势图等），从而得到塔筒的实时倾斜状态。解决了现有技术中无法实时监控得到塔筒实际倾斜状态数据的问题，降低了塔筒倒塌事件发生的概率。此外，本发明能够通过分析计算直接测得塔筒自身的自振频率值，因此能更准确、更有效地掌握塔筒的倾斜状况。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种风电机组倾覆监测系统结构示意图；
图2为某一时刻统计分析计算单元3所提供的塔筒倾覆统计图示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种风电机组倾覆监测系统结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种风电机组倾覆监测系统结构示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种风电机组倾覆监测系统结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种风电机组倾覆监测系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的风电机组状态监测的方法无法监测到塔筒的具体倾斜程度的问题，提供一种风电机组倾覆监测系统，该系统通过对塔筒在风电机组主轴方向和垂直于风电机组主轴的方向同时进行实时振动监测，并对检测到的数据进行实时分析统计以及时发现塔筒是否存在超过正常范围的倾斜。以下为方便说明，将风电机组主轴方向统一称为X轴方向，并将垂直于风电机组主轴的方向统一称为Y轴方向。
图1所示为本发明的实施例提供的风电机组倾覆监测系统结构示意图，该系统包括：两个第一振动监测单元1、两个第二振动监测单元2和一个统计分析计算单元3。塔筒上预先设置两个处于不同位置的预定测试点（图中用第一预定测试点和第二预定测试点表示），两个第一检测单元1分别安装于塔筒上两个预定测试点处的X轴方向上，用于实时对预定测试点的X轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的X轴振动数据发送给统计分析计算单元3；两个第二振动监测单元2分别安装于塔筒上两个预定测试点处的Y轴方向上，用于实时对预定测试点的Y轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的Y轴振动数据发送给统计分析计算单元3；统计分析计算单元3用于对收到的两个预定测试点的X轴和Y轴振动数据进行分析计算并得到塔筒的倾覆数据。
具体地，塔筒的倾覆数据包括实时监测倾覆值，所述塔筒实时监测倾覆值 包括塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值和X-Y轴方向的倾覆值。统计分析计算单元3根据收到的两个预定测试点的X/Y轴振动数据分析计算得到塔筒实时监测倾覆值并根据实时监测倾覆值生成倾覆统计图。如图2为某一时刻统计分析计算单元3所提供的塔筒倾覆统计图，其中，图中左上角的圆形表盘显示当前塔筒在X轴方向的倾覆值为0.0529倍重力加速度，左下角的圆形表盘显示当前塔筒在Y轴方向的倾覆值为0.0559倍重力加速度，右边的圆形表盘显示当前塔筒在X-Y轴方向的倾覆值为0.077倍重力加速度，其中，倾覆值在此表示振动加速度，反应塔筒上该预定测试点在相应方向上受到的冲击力大小。
优选地，如图3所示，本发明的实施例提供的风电机组倾覆监测系统还包括报警器4。统计分析计算单元3还用于将得到的塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值与预先设置的塔筒在X轴方向的倾覆阈值、Y轴方向的倾覆阈值、X-Y轴方向的倾覆阈值分别比较，并当塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值之中的至少一个达到预定倾覆阈值时，统计分析计算单元3向报警器4发出报警指令。所述报警器4用于根据统计分析计算单元3的报警指令发出警报，以提示工作人员当前塔筒可能倾斜，需对塔筒进行检查。
优选地，统计分析计算单元3还用于存储收到的塔筒在X轴方向、Y轴方向以及X-Y轴方向倾覆值，并经统计得到历史时刻至当前时刻塔筒在X轴方向、Y轴方向以及X-Y轴方向倾覆值随时间的变化关系图——倾覆趋势图。以供管理人员查看塔筒历史倾覆值记录，或结合历史倾覆趋势和当前倾覆值预判接下来塔筒是否将会超过倾覆阈值而发生倒塌事故，便于对塔筒倒塌的预防。
优选地，如图4所示，所述风电机组倾覆监测系统还包括倾覆盒子5，用于监测风机的自振频率和塔筒的自振频率并将测量到的风机的自振频率和塔筒的自振频率发送给统计分析计算单元3。统计分析计算单元3还用于对收到的塔筒的自振频率计算得到当前塔筒的共振频率区间，并将收到的风机的自振频率和当前塔筒的共振频率区间进行比较，当统计分析计算单元3当前收到的 倾覆盒子5发来的风机的自振频率处于当前塔筒的共振频率区间内时，统计分析计算单元3向报警器4发送报警指令。报警器4用于根据统计分析计算单元3的报警指令发出警报，以提示工作人员当前风机存在问题，需检验是否存在故障。
优选地，如图5所示，所述风电机组倾覆监测系统还包括数据发送单元6和远程管理平台7。所述数据发送单元6和统计分析计算单元3电连接，数据发送单元6和远程管理平台7通过无线或有线网络连接。数据发送单元6用于在远程管理平台7的控制下实时获取统计分析计算单元3得到的塔筒实时监测倾覆值、倾覆统计图、倾覆趋势图、塔筒的自振频率和共振频率区间中的一个或多个，并将获取的数据发送给远程管理平台7；远程管理平台7用于将数据发送单元6获取的数据提供给管理人员。
优选地，如图6所示，倾覆盒子5与第一振动监测单元1、第二振动监测单元2电连接，倾覆盒子5和远程管理平台7通过无线或有线网络连接。倾覆盒子5还用于在远程管理平台7的控制下控制第一振动监测单元1和第二振动监测单元2是否进行振动监测。
本发明提供的风电机组倾覆监测系统通过对塔筒X轴方向和Y轴方向进行振动监测以从振动数据中获取塔筒实时监测倾覆值，从而得到塔筒的实时倾斜状态。解决了现有技术中无法实时监控得到塔筒实际倾斜状态数据的问题，降低了塔筒倒塌事件发生的概率。此外，本发明能够通过分析计算直接测得塔筒自身的自振频率值，因此能更准确、更有效地掌握塔筒的倾斜状况。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，包括统计分析计算单元和两个第一振动监测单元、两个第二振动监测单元；
所述两个第一振动监测单元分别安装于塔筒上两个预定测试点处的X轴方向上，用于实时对预定测试点的X轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的X轴振动数据发送给所述统计分析计算单元；
所述两个第二振动监测单元分别安装于塔筒上两个预定测试点处的Y轴方向上，用于实时对预定测试点的Y轴方向进行振动监测，并将监测到的预定测试点的Y轴振动数据发送给所述统计分析计算单元；
所述统计分析计算单元用于对收到的两个预定测试点的X轴、Y轴振动数据分析计算得到塔筒的倾覆数据；
其中，所述X轴方向为风电机组主轴方向，所述Y轴方向为垂直于风电机组主轴的方向。
2.如权利要求1所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，所述塔筒的倾覆数据包括实时监测倾覆值，所述塔筒实时监测倾覆值包括塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值和X-Y轴方向的倾覆值；所述统计分析计算单元根据收到的两个预定测试点的X轴、Y轴振动数据分析计算得到塔筒实时监测倾覆值并根据所述实时监测倾覆值生成倾覆统计图。
3.如权利要求2所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，该系统还包括报警器；
所述统计分析计算单元还用于将得到的塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值与预先设置的塔筒在X轴方向的倾覆阈值、Y轴方向的倾覆阈值、X-Y轴方向的倾覆阈值分别比较，并当塔筒在X轴方向的倾覆值、Y轴方向的倾覆值以及X-Y轴方向的倾覆值之中的至少一个达到预定倾覆阈值时，向所述报警器发出报警指令；
所述报警器用于根据所述统计分析计算单元的报警指令发出警报。
4.如权利要求3所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，所述塔筒的倾覆数据还包括倾覆趋势图；所述统计分析计算单元还用于存储收到的所述塔筒实时监测倾覆值并生成倾覆趋势图。
5.如权利要求4所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，该系统还包括倾覆盒子，用于监测风机的自振频率和塔筒的自振频率，并将风机的自振频率和塔筒的自振频率发送给所述统计分析计算单元；
所述统计分析计算单元还用于对收到的塔筒的自振频率计算得到当前塔筒的共振频率区间，并将收到的风机的自振频率和当前塔筒的共振频率区间进行比较，当所述统计分析计算单元比较得到当前风机的自振频率处于当前塔筒的共振频率区间内时，所述统计分析计算单元向所述报警器发送报警指令。
6.如权利要求5所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，该系统还包括数据发送单元和远程管理平台；所述数据发送单元和所述统计分析计算单元电连接，所述数据发送单元和所述远程管理平台通过无线或有线网络连接；
所述数据发送单元用于在所述远程管理平台的控制下实时获取所述统计分析计算单元得到的塔筒实时监测倾覆值、倾覆统计图、倾覆趋势图、塔筒的自振频率、塔筒的共振频率区间和风机的自振频率中的至少一个，并将获取的数据发送给所述远程管理平台；
所述远程管理平台用于将收到的所述塔筒实时监测倾覆值和/或倾覆统计图和/或倾覆趋势图和/或塔筒的自振频率和/或塔筒的共振频率区间和/或风机的自振频率数据提供给管理人员。
7.如权利要求6所述的一种风电机组倾覆监测系统，其特征在于，所述倾覆盒子还与所述第一振动监测单元、第二振动监测单元电连接，所述倾覆盒子和所述远程管理平台通过无线或有线网络连接；
所述倾覆盒子还用于在所述远程管理平台的控制下控制所述第一振动监测单元和所述第二振动监测单元是否进行振动监测。
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