CN105738134A - 风机结构物健康诊断与预测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种风机结构物健康诊断与预测系统，包括风机处理单元、风场监测单元和风场管理单元，风机处理单元包括差阻式传感器、振弦式传感器、CPU控制器、差阻式采集装置和振弦式采集装置。通过在风机塔筒和基础的重点部位布置传感器，即采集塔筒挠度、钢板法兰应力和基础钢筋应力等数据，并通过采集装置将采集的数据传输至风场监测单元服务器，然后再将数据上传到风场管理单元服务器，能对风机塔筒和基础的健康状况进行诊断，并根据数据模型预测塔筒应力、位置等的变化趋势，对基础不均匀沉降和塔筒法兰部位螺栓强度能实时监控进行风机结构健康状况综合评判与关键指标研究，及时发现隐患，采取措施，避免重大损失。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电结构物安全监测技术领域，尤其是一种风机结构物健康诊断与预测系统。
背景技术
国内风电场监测技术随着风电规模的迅猛发展，得到国家、行业的广泛关注，已成为风电行业的一项重要研究、开发的技术。2012年，国家能源局开始筹划建立全国风电监测体系，当时计划将风电企业的信息上传情况与风电项目核准挂钩。但是直到目前，该技术还没有现行可依据的规范标准，对风机安全的监测设施严重缺失，风机安全监测健康诊断与预报方面的研究基本还是空白，多数风机监测系统仅侧重于机组监测。风力发电安全破坏引起的风电安全事故越来越多，迫切需要对风力发电机组的运行状态及健康状况进行实时监控与有效评估。
近年来风力发电结构物破坏引起的风电不安全事故比较频繁，如发电机轴承故障、齿轮箱轴系和齿轮损坏、风叶断裂、法兰破坏、塔筒折断、基础钢筋锚固破坏、机组倾覆等。与水力发电建筑物的安全监控技术相比，国内外在风机结构物安全监测健康诊断与预报方面的研究较少，风电工程安全监测项目也较少，没有全面的结构物监测数据，同时机组设备质量和风电场运行管理水平也参差不齐，即便是政府部门，也很难了解一线的真实情况，发生事故时往往“后知后觉”，不能及时发现隐患，从而延误了时机，造成不必要的损失。尤其是风力较强月份，需要及时了解风机的安全运行状况，这种矛盾显得尤为突出。1.5MW单机容量的风机，轮毂高度均在65m以上，轻微的地基不均匀沉降，将使风机产生较大的水平偏差,在机舱、叶片风力等荷载作用下，产生较大偏心弯矩，从而使原先在水平方向未能保持平整度的风机更加倾斜，法兰破坏和塔筒折断现象时有发生，给风电机组的运行带来了较大的安全隐患。目前多数是布置测量标点方式进行人工观测，采集数据少，测量误差大，无法实时的评判风机结构的安全运行状况。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种实时监控风机运行状况风机结构物健康诊断与预测系统。
实现本发明目的的技术方案是：风机结构物健康诊断与预测系统，包括风机处理单元、风场监测单元和风场管理单元，风机处理单元和风场监测单元通过第二通讯网络设备相连接，风场监测单元和风场管理单元通过第三通讯网络设备相连接，风机处理单元包括差阻式传感器、振弦式传感器、CPU控制器、差阻式采集装置和振弦式采集装置，差阻式传感器和差阻式采集装置通过第一通讯网络设备相连接，振弦式传感器和振弦式采集装置通过第一通讯网络设备相连接，CPU控制器分别与所述的差阻式采集装置和振弦式采集装置相连接。
作为本发明的优化方案，风场监测单元和风场管理单元均包含服务器。
作为本发明的优化方案，差阻式传感器包含钢板计、钢筋计、倾斜仪中的一种或几种组合。
作为本发明的优化方案，振弦式传感器包含差阻式钢板计、差阻式钢筋计、差阻式倾斜仪中的一种或几种组合。
作为本发明的优化方案，差阻式采集装置包括差阻式测量模块、通道切换模块和防雷模块，差阻式测量模块和防雷模块相连接，防雷模块和通道切换模块相连接，通道切换模块和CPU控制器相连接。
作为本发明的优化方案，振弦式采集装置包括振弦式测量模块、通道切换模块和防雷模块，振弦式测量模块和防雷模块相连接，防雷模块和通道切换模块相连接，通道切换模块和CPU控制器相连接。
本发明具有积极的效果：本发明通过提供风机结构物健康诊断与预测系统，在风机塔筒和基础的重点部位布置传感器，即采集塔筒挠度、钢板法兰应力和基础钢筋应力等数据，并通过采集装置将采集的数据传输至风场监测单元服务器，然后再将数据上传到风场管理单元服务器，能对风机塔筒和基础的健康状况进行诊断，并根据数据模型预测塔筒应力、位置等的变化趋势，对基础不均匀沉降和塔筒法兰部位螺栓强度能实时监控进行风机结构健康状况综合评判与关键指标研究，及时发现隐患，采取措施，避免重大损失。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明的结构框图。
其中：100、风机处理单元，200、风场监测单元，300、风场管理单元，400、第二通讯网络设备，500、第三通讯网络设备，110、差阻式传感器，120、振弦式传感器，130、CPU控制器，11、差阻式采集装置，12、振弦式采集装置，111、差阻式测量模块，112、通道切换模块，113、防雷模块，121、振弦式测量模块，122、通道切换模块，123、防雷模块。
具体实施方式
如图1所示，本发明公开一种风机结构健康诊断与预测系统，包括风机处理单元100、风场监测单元200和风场管理单元300，风机处理单元100和风场监测单元200通过第二通讯网络设备400相连接，风场监测单元200和风场管理单元300通过第三通讯网络设备500相连接，其中，风机处理单元100包括差阻式传感器110、振弦式传感器120、CPU控制器130、差阻式采集装置11和振弦式采集装置12，差阻式传感器110和差阻式采集装置11通过第一通讯网络设备140相连接，振弦式传感器120和振弦式采集装置12通过第一通讯网络设备140相连接，CPU控制器130分别与差阻式采集装置11和振弦式采集装置12相连接。其中，差阻式传感器110包含钢板计、钢筋计、倾斜仪中的一种或几种组合。振弦式传感器120包含差阻式钢板计、差阻式钢筋计、差阻式倾斜仪中的一种或几种组合，差阻式采集装置11包括差阻式测量模块111、通道切换模块112和防雷模块113，差阻式测量模块111和防雷模块113相连接，防雷模块113和通道切换模块112相连接，通道切换模块112和CPU控制器130相连接。振弦式采集装置12包括振弦式测量模块121、通道切换模块122和防雷模块123，振弦式测量模块121和防雷模块123相连接，防雷模块123和通道切换模块122相连接，通道切换模块122和CPU控制器130相连接。
使用时，为了判断风机的不均匀沉降，在风机的表面安装倾斜仪进行不均匀沉降监测，倾斜仪采集的数据传输给差阻式采集装置11中的防雷模块113，数据经防雷模块113传输给通道切换模块112，通过CPU控制器130对通道切换模块112进行通道切换控制，把数据经AD模数转换器等测量模块最后传输给CPU控制器130进行处理，处理后的数据经第二通讯网络设备400传输给风场监测单元200的服务器进行存储和处理，最后，数据经第三通讯网络设备500传输给风场管理单元300的服务器，风场管理单元300的服务器中存储有已经建立好的数学模型,在数学模型中输入影响因子等参数，自动生成各影响因子等的权重，再根据权重，进行综合分析，从而可以判断风机是否倾斜，法兰是否破坏或塔筒是否折断，以及时采取法兰安检措施。同时，通过服务器可提供全面的数据显示和传感器运行状态的显示，并可以设定通讯参数等，便于用户了解风机运行情况，其中，倾斜仪和差阻式采集装置11通过第一通讯网络设备140相连接，第一通讯网络设备可以是串口RS485等，第二通讯网络设备400可以是光纤或无线传输，第三通讯网络设备500通常为电力专线。
其中，测量模块主要通过模数转换、放大等处理把传感器的采集的模拟量装换为数字量，每个测量模块111、测量模块121最多可接4个通道切换模块，根据现场需要，可以直接外接传感器传输线，也可以外接防雷模块对CPU控制器提供保护；CPU控制器可以用常用的单片机、ARM等处理器实现，主要实现系统运行、数据通信、内部参数修改等功能；通道切换模块112、通道切换模块122主要用于传感器测量通道选择，一个通道切换模块112可以外接8个五线差动电阻传感器，通道切换模块用继电器来实现；防雷模块113、防雷模块123可实现传感器输入信号的防雷功能，抗雷击能力能达到国家电气标准4级；差阻式测量模块111针对的是五线制传感器可以接32支传感器，能分别实现单点测量、选点测量、定时测量。单点测量时在接收到命令后能对单个被测量元器件进行一次或者连续多次采集。选点测量能对选定的被测量依次单次采集。定时测量时按设定的采集时间、周期、通道自动采集。
同理的，为了监测风机法兰部位的钢板受力情况，在风机重点部位安装钢板计，进行风机结构上钢板应力的实时监测。通过埋设在风机结构物内的钢筋计测量结构物内部的钢筋应力，判断风机的安全运行状况。
本风机结构健康诊断与预测系统还外接其它类型的传感器包括压阻式、步进式、光电式、电感式、应变片式、电位器式、智能式传感器，同时配置了相应的采集装置，来实现风机塔筒钢板应力、塔筒挠度、基础钢筋应力及基础不均匀沉降等的监测。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：包括风机处理单元(100)、风场监测单元(200)和风场管理单元(300)，所述的风机处理单元(100)和风场监测单元(200)通过第二通讯网络设备(400)相连接，所述的风场监测单元(200)和风场管理单元(300)通过第三通讯网络设备(500)相连接，所述的风机处理单元(100)包括差阻式传感器(110)、振弦式传感器(120)、CPU控制器(130)、差阻式采集装置(11)和振弦式采集装置(12)，所述的差阻式传感器(110)和差阻式采集装置(11)通过第一通讯网络设备(140)相连接，所述的振弦式传感器(120)和振弦式采集装置(12)通过第一通讯网络设备(140)相连接，所述的CPU控制器(130)分别与所述的差阻式采集装置(11)和振弦式采集装置(12)相连接。
2.根据权利要求1所述的风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：所述的风场监测单元(200)和风场管理单元(300)均包含服务器。
3.根据权利要求1或2所述的风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：所述的差阻式传感器(110)包含钢板计、钢筋计、倾斜仪中的一种或几种组合。
4.根据权利要求1或2所述的风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：所述的振弦式传感器(120)包含差阻式钢板计、差阻式钢筋计、差阻式倾斜仪中的一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：所述的差阻式采集装置(11)包括差阻式测量模块(111)、通道切换模块(112)和防雷模块(113)，所述的差阻式测量模块(111)和防雷模块(113)相连接，所述的防雷模块(113)和通道切换模块(112)相连接，所述的通道切换模块(112)和CPU控制器(130)相连接。
6.根据权利要求1所述的风机结构物健康诊断与预测系统，其特征在于：所述的振弦式采集装置(12)包括振弦式测量模块(121)、通道切换模块(122)和防雷模块(123)，所述的振弦式测量模块(121)和防雷模块(123)相连接，所述的防雷模块(123)和通道切换模块(122)相连接，所述的通道切换模块(122)和CPU控制器(130)相连接。
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