CN107304750A - 用于风力发电机组塔架的异响检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法和系统。当风力发电机组的塔架发生异响时，所述异响检测方法包括：获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据；根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点；根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域。采用本发明实施例，可以提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

Description

用于风力发电机组塔架的异响检测方法和系统

技术领域

本发明涉及风力发电技术，尤其涉及一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法和系统。

背景技术

塔架和基础是风力发电机组的主要承载部件，其重要性随着风力发电机组的容量增加，高度增加，愈来愈明显。如果塔架出现异响或故障，将可能会影响风力发电机组的正常运行。

如何确定塔架中异响源的位置成为亟需解决的重要问题，通常，维护人员可以通过耳听来大致判断塔架中异响的位置。然而，通过耳听的方式，仅可以判断出大致的方位，然后再经过逐一排查确定异响源，从而使得排查过程消耗维护人员大量时间和精力，风力发电机组塔架的异响检测效率较低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法以及实现该方法的系统，以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，从而提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

根据本发明的一方面，提供一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法，当风力发电机组的塔架发生异响时，所述异响检测方法包括，获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据；根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点；根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域。

优选地，所述获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据的处理包括：获取所述塔架上多个检测点的振动电信号；根据所述振动电信号绘制对应检测点的冲击应力波的振动波形。

优选地，所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点的处理包括：根据所述振动波形在时间域内发生冲击的先后顺序确定最先发生振动的检测点。

优选地，所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理包括：确定所述塔架上异响源位于所述最先发生振动的检测点的振动检测区域。

优选地，在所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点的处理的之后，以及在所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理之前，所述异响检测方法还包括：根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定振动幅值最大的检测点；如果所述最先发生振动的检测点与所述振动幅值最大的检测点为相同的检测点，则根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域；如果所述最先发生振动的检测点与所述振动幅值最大的检测点为不同的检测点，则根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域。

优选地，所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定振动幅值最大的检测点的处理包括：根据所述振动波形的幅值确定振动幅值最大的检测点。

优选地，所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理包括：确定所述塔架上异响源位于所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域的重叠区域。

优选地，所述多个检测点分别布置在所述塔架的基础环、二段塔架塔底和二段塔架塔顶的内壁；或者，所述多个检测点分别布置在所述塔架的基础环、二段塔架塔底或二段塔架塔顶的内壁。

根据本发明的另一方面，提供一种用于风力发电机组塔架的异响检测系统，所述系统包括安装在塔架上的振动传感器和与所述振动传感器连接的异响检测装置，所述异响检测装置用于执行上述任意一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法。

优选地，所述振动传感器通过磁吸座安装在所述塔架上。

根据本发明实施例提供的用于风力发电机组塔架的异响检测方法和系统，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点，并将最先发生振动的检测点的振动检测区域确定为塔架上异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例一的用于风力发电机组塔架的异响检测方法的流程图；

图2是示出根据本发明实施例二的用于风力发电机组塔架的异响检测方法的流程图；

图3是示出根据本发明实施例二的塔架中设置加速度传感器检测点的示例性示意图；

图4是示出根据本发明实施例二的塔架异响发生时刻各检测点振动检测数据时域波形图的示例性示意图；

图5是示出根据本发明实施例二的基础环中设置加速度传感器检测点的示例性示意图；

图6是示出根据本发明实施例二的基础环异响发生时刻各检测点振动检测数据时域波形图的示例性示意图；

图7是示出根据本发明实施例三的用于风力发电机组塔架的异响检测系统的结构示意图。

图例说明：

310-基础环，311、312、313、314、315-基础环检测点，320-一段塔架，330-二段塔架，331-二段塔架塔底检测点，332-二段塔架塔顶检测点，340-塔架门，710-塔架，720-振动传感器，730-异响检测装置。

具体实施方式

本方案的发明构思是，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点，并将最先发生振动的检测点的振动检测区域确定为塔架上异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

下面结合附图详细描述本发明的示例性实施例。

实施例一

图1是示出根据本发明实施例一的用于风力发电机组塔架的异响检测方法的流程图。当风力发电机组的塔架发生异响时，执行所述异响检测方法。

参照图1，在步骤S110，获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据。

其中，振动检测数据可以是塔架受到异响源的振动冲击形成的信号的相关参数数据，如振动强度、振动加速度等。

具体地，风力发电机组塔架系统通常包括钢制塔架及基础，塔架系统发生异响可能与多种因素有关，例如与季节气候有关，一般冬季低温环境是塔架系统发生异响的高发时期，当温度升高后，异响可能会消除。由于风力发电机组多安装于荒凉、远离城镇村地带，并且风力发电机组具备无人值守，自起发电功能，故塔架系统发生异响不易发现。如果不能及时对异响进行检测可能会引起塔架系统故障，为此，当发现某个风力发电机组的塔架发生异响时，可以在该塔架的内壁上安装多个振动检测部件，其中，多个振动检测部件都相同。安装的过程中，如果相邻两个振动检测部件之间的距离较小，则两个振动检测部件检测到的振动数据将会非常接近，无法分辨，使得检测结果准确性下降，因此，相邻两个振动检测部件之间的距离尽可能大，这样，可以使得检测结果较准确。同时，安装的多个振动检测部件在塔架上的分布尽可能成一条直线，以提高检测的精度和减轻数据处理的负担。在塔架发生异响时，同时开启多个振动检测部件分别检测振动信号，并分别记录每个振动检测部件所在检测点检测的振动检测数据。

在步骤S120，根据多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点。

具体地，对每个振动检测部件所在检测点检测的振动检测数据进行分析，根据振动检测数据随时间的变化关系，可以将每个检测点检测的振动检测数据标记在随时间变化的坐标系中，可以根据坐标系中变化的曲线确定最先发生振动的检测点。

在步骤S130，根据最先发生振动的检测点的振动检测区域确定该塔架上异响源所在的区域。

具体地，最先发生振动的检测点所在位置或者最先发生振动的检测点与该检测点相邻的检测点之间的区域作为振动检测区域，可以将该振动检测区域确定为塔架上异响源所在的区域。进一步地，还可以在确定的塔架上异响源所在的区域安装多个振动检测部件，并通过振动检测部件分别获取振动检测数据，通过振动检测数据确定最先发生振动的检测点，从而确定塔架上异响源所在的区域，即执行上述步骤S110～步骤S130的处理，如果得到的结果没有达到预期的要求，还可以再次重复执行上述步骤S110～步骤S130的处理，直到得到的结果达到预期的要求为止。

本发明实施例提供的用于风力发电机组塔架的异响检测方法，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点，并将最先发生振动的检测点的振动检测区域确定为塔架上异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

实施例二

图2是示出根据本发明实施例二的用于风力发电机组塔架的异响检测方法的流程图，本实施例的技术方案与实施例一的不同之处在于，步骤S210和步骤S220时上述实施例一中步骤S110的拓展与细化，步骤S230和步骤S240时上述实施例一中步骤S120的拓展与细化，步骤S250和步骤S260时上述实施例一中步骤S130的拓展与细化，本实施例可视为图1的又一种具体的实现方案。

参照图2，在步骤S210，获取塔架上多个检测点的振动电信号。

其中，振动电信号可以是电压信号、电流信号等。

具体地，可以使用振动传感器获取振动电信号，其中，振动传感器具体可以是通常使用内嵌电荷放大器和压电元件的压电式加速度传感器或内嵌半导体元件的加速度传感器，如电容和压阻类加速度传感器。加速度传感器可以在其中的加速度计受振时，质量块加在加速度传感器上的力也随之变化，相应的加速度传感器产生电压信号，当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化(或电压信号的变化)与被测加速度成正比。

可以将出现异响的风力发电机组的塔架划分成多个部分，如图3所示，将塔架分成三个部分，即基础环310、一段塔架320和二段塔架330。可以在该塔架上设置多个检测点，多个检测点分别布置在塔架的基础环310、二段塔架塔底331和二段塔架塔顶332的内壁；或者，多个检测点分别布置在塔架的基础环310、二段塔架塔底331或二段塔架塔顶332的内壁。可在每个检测点设置一个加速度传感器，如图3所示，其中，多个加速度传感器都相同。一般一段塔架320较短，而二段塔架330相比较长，为清晰知道异响源的大概位置，测量时相邻两个加速度传感器之间的距离宜大不宜小，故一段塔架320未放置加速度传感器，当然，将二段塔架塔底331处的加速度传感器设置在一段塔架320处也可以。基于以往的异响问题经验，出现异响的一般是在塔架基础部分，如果确定异响源是在塔架基础部分的上部，则可能出现异响的是偏航系统、机舱或其他部件等，此时可以对上述异响部分进行相应检测即可，因此，本发明实施例可以不在二段塔架330以上的位置设置加速度传感器。本发明实施例中仅以三个检测点为例进行说明，在实际应用中，还可以根据实际情况设置不同数量的检测点，如四个检测点、五个检测点等，在此不再赘述。

为了方便加速度传感器安装在塔架的相应检测点上，可以通过磁吸座将加速度传感器安装在塔架内壁，加速度传感器线缆可靠固定，同时，加速度传感器接入数据采集设备，其中，数据采集设备通常包含不少于4路同步采集支持IEPE的模拟通道，同时可以还具有放大器、滤波器及信号处理软件(用于将振动电信号转化为振动加速度)。然后，可以在同一时间开始采集加速度传感器检测到的振动电信号，并根据时间顺序记录每个加速度传感器检测到的振动电信号。

在步骤S220，根据该振动电信号绘制对应检测点的冲击应力波的振动波形。

其中，振动波形可以是电压信号或电流信号随时间的变化波形，也可以是加速度随时间的变化波形，本发明实施例中以加速度随时间的变化波形为例进行说明，对于其它情况与此相同或相似，在此不再赘述。

具体地，通过数据采集设备采集异响时刻各检测点的振动电信号后，可以根据振动电信号与振动加速度的对应关系，对该振动电信号转化为振动加速度数值，并通过数据采集设备的时域数据显示功能将各检测点的振动加速度放在同一时间轴上观察、记录振动冲击的先后次序得到每个检测点的冲击应力波的振动波形，可如图4所示。

在步骤S230，根据该振动波形在时间域内发生冲击的先后顺序确定最先发生振动的检测点。

具体地，根据振动传播的相关理论，可以将最先发生振动的检测点作为距离异响源最近的检测点。基于上述图4的示例，风力发电机组的塔架异响时，基础环检测点处检测到的冲击应力波超前于二段塔架塔底检测点331处检测到的冲击应力波，二段塔架塔底检测点331处检测到冲击应力波超前于二段塔架塔顶检测点332处检测到的冲击应力波，因此，可以确定基础环检测点311为最先发生振动的检测点。

进一步地，除了可以通过最先发生振动的检测点确定异响源的位置外，还可以通过或者结合振动幅值的大小判断异响源的位置，具体可包括以下如步骤S240～步骤S260的处理。

在步骤S240，根据该多个检测点分别对应的振动检测数据，确定振动幅值最大的检测点。

具体地，振动检测数据即为上述步骤S210中振动电信号的数据。可以将各加速度传感器同一时刻检测到的振动检测数据进行对比，查找到振动幅值最大的检测点。

此外，基于上述图4的示例，上述步骤S240的处理可以包括以下内容：根据所述振动波形的幅值确定振动幅值最大的检测点。

具体地，参见图4，风力发电机组的塔架发生异响时，从振动波形的振动幅值可得，基础环检测点311检测到的冲击应力波的振动幅值明显高于二段塔架塔底检测点331和二段塔架塔顶检测点332处检测到的冲击应力波的振动幅值，因此，可以确定基础环检测点311为振动幅值最大的检测点。

在步骤S250，如果最先发生振动的检测点与振动幅值最大的检测点为相同的检测点，则塔架上异响源位于最先发生振动的检测点的振动检测区域。

具体地，基于图4的示例，最先发生振动的检测点为基础环检测点311，振动幅值最大的检测点仍然为基础环检测点311，因此，最先发生振动的检测点与振动幅值最大的检测点为相同的检测点，此时，可以确定塔架上异响源位于所述最先发生振动的检测点的振动检测区域，具体处理可以参见上述实施例一中步骤S130的处理，在此不再赘述。

在步骤S260，如果最先发生振动的检测点与振动幅值最大的检测点为不同的检测点，则根据最先发生振动的检测点的振动检测区域和振动幅值最大的检测点的振动检测区域确定塔架上异响源所在的区域。

具体地，考虑到检测点的加速度传感器检测到的振动幅值的大小可能会受到加速度传感器自身因素或外界环境的影响，如灵敏度、外界温度等，加速度传感器检测到的振动幅值的最大值的检测点不一定是最先发生振动的检测点，而且，振动幅值的最大值的检测点不一定是距离异响源最近的检测点，因此，如果最先发生振动的检测点与振动幅值最大的检测点为不同的检测点，则可以将最先发生振动的检测点作为距离异响源最近的检测点。

需要说明的是，除了可以将最先发生振动的检测点作为距离异响源最近的检测点外，还可以将最先发生振动的检测点的振动检测区域和振动幅值最大的检测点的振动检测区域的重叠区域作为塔架上异响源所在区域。

通过上述过程确定异响源所在的区域后，还可以通过循环执行上述过程继续对异响源所在的精确位置进行确定，即在确定出的塔架上异响源所在的区域内安装多个加速度传感器，然后，通过加速度传感器对相应的检测点进行检测，得到振动检测数据，进而确定最先发生振动的检测点，最后，可根据最先发生振动的检测点的振动检测区域确定塔架上异响源所在的位置，直到确定出的异响源所在的区域足够小或满足预先设定的条件为止。

基于上述图4的示例，异响源所在的区域为基础环检测点311所在的区域，即异响源接近于基础环检测点311。将多个加速度传感器分别安装在最先发生振动的检测点的位置，如上为基础环检测点311的位置。具体可以设置四个加速度传感器，其位置可分别为：在塔架内壁以塔架门340位置为0°，顺时针90°、180°、270°分别安装一个加速度传感器，如图5所示，其中，0°位置为基础环检测点312，90°位置为基础环检测点313，180°位置为基础环检测点314，270°位置为基础环检测点315。加速度传感器通过磁吸座安装在塔架内壁，传感器线缆可靠固定，传感器接入数据采集设备，并且要求振动检测数据同步采集。通过四个检测点只能大概定位异响源在某90°的范围内，当然，可以根据实际情况增加或减少检测点的数量，在误差允许的范围内，检测点越多，检测的结果越精确。

通过数据采集设备采集异响时刻各检测点的振动检测数据，通过数据采集设备的时域数据显示功能将各检测点的振动检测数据放在同一时间轴上观察、记录振动冲击的先后次序，根据异响源靠近首先发生振动冲击的加速度传感器位置，进一步确定异响源所在的区域或位置。如图6所示，风力发电机组的塔架发生异响时，基础环检测点的振动波形在时间域内发生冲击的先后次序依次为基础环检测点313、基础环检测点312、基础环检测点314、基础环检测点315，即异响源位于基础环检测点312与基础环检测点313之间，且靠近基础环检测点313。此时，维护人员可以对基础环检测点312与基础环检测点313之间的区域进行检测，确定异响源的位置，进而判断异响源是否会造成风力发电机组故障，并采取相应的措施消除异响。

另外，还可以通过上述过程进一步对异响源的准确位置进行确定，在此不再赘述。

本发明实施例提供的用于风力发电机组塔架的异响检测方法，一方面，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动电信号，并基于此绘制对应检测点的冲击应力波的振动波形，根据振动波形在时间域内发生冲击的先后顺序确定异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率；另一方面，从振动角度进行塔架系统异响检测，系统组成简单，成本较低，能够明显提高塔架系统异响检查、定位工作的效率，降低劳动强度。

实施例三

基于相同的技术构思，图7是示出根据本发明实施例三的用于风力发电机组塔架的异响检测系统的结构示意图。参照图7，该系统包括安装在塔架710上的振动传感器720和与振动传感器720连接的异响检测装置730，异响检测装置730用于执行上述实施例的用于风力发电机组塔架的异响检测方法。

此外，振动传感器720通过磁吸座安装在塔架710上。

本发明实施例提供的用于风力发电机组塔架的异响检测系统，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点，并将最先发生振动的检测点的振动检测区域确定为塔架上异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率。

进一步地，本发明实施例中，一方面，通过在风力发电机组的塔架发生异响时，获取的塔架上多个检测点分别对应的振动电信号，并基于此绘制对应检测点的冲击应力波的振动波形，根据振动波形在时间域内发生冲击的先后顺序确定异响源所在的区域，从而可以方便快速的确定异响源所在的区域或位置，提高风力发电机组塔架的异响检测效率；另一方面，从振动角度进行塔架系统异响检测，系统组成简单，成本较低，能够明显提高塔架系统异响检查、定位工作的效率，降低劳动强度。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

上述根据本发明的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可存储在记录介质(诸如CD ROM、RAM、软盘、硬盘或磁光盘)中的软件或计算机代码，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程记录介质或非暂时机器可读介质中并将被存储在本地记录介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件(诸如ASIC或FPGA)的记录介质上的这样的软件处理。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件(例如，RAM、ROM、闪存等)，当所述软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现在此描述的处理方法。此外，当通用计算机访问用于实现在此示出的处理的代码时，代码的执行将通用计算机转换为用于执行在此示出的处理的专用计算机。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于风力发电机组塔架的异响检测方法，其特征在于，当风力发电机组的塔架发生异响时，所述异响检测方法包括：

获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据；

根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点；

根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域。

2.根据权利要求1所述的异响检测方法，其特征在于，所述获取塔架上多个检测点分别对应的振动检测数据的处理包括：

获取所述塔架上多个检测点的振动电信号；

根据所述振动电信号绘制对应检测点的冲击应力波的振动波形。

3.根据权利要求2所述的异响检测方法，其特征在于，所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点的处理包括：

根据所述振动波形在时间域内发生冲击的先后顺序确定最先发生振动的检测点。

4.根据权利要求3所述的异响检测方法，其特征在于，所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理包括：

确定所述塔架上异响源位于所述最先发生振动的检测点的振动检测区域。

5.根据权利要求4所述的异响检测方法，其特征在于，在所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定最先发生振动的检测点的处理的之后，以及在所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理之前，所述异响检测方法还包括：

根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定振动幅值最大的检测点；

如果所述最先发生振动的检测点与所述振动幅值最大的检测点为相同的检测点，则根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域；

如果所述最先发生振动的检测点与所述振动幅值最大的检测点为不同的检测点，则根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域。

6.根据权利要求5所述的异响检测方法，其特征在于，所述根据所述多个检测点分别对应的振动检测数据，确定振动幅值最大的检测点的处理包括：

根据所述振动波形的幅值确定振动幅值最大的检测点。

7.根据权利要求6所述的异响检测方法，其特征在于，所述根据所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域确定所述塔架上异响源所在的区域的处理包括：

确定所述塔架上异响源位于所述最先发生振动的检测点的振动检测区域和所述振动幅值最大的检测点的振动检测区域的重叠区域。

8.根据权利要求1至7任一项所述的异响检测方法，其特征在于，所述多个检测点分别布置在所述塔架的基础环、二段塔架塔底和二段塔架塔顶的内壁；或者，所述多个检测点分别布置在所述塔架的基础环、二段塔架塔底或二段塔架塔顶的内壁。

9.一种用于风力发电机组塔架的异响检测系统，其特征在于，所述异响检测系统包括安装在塔架上的振动传感器和与所述振动传感器连接的异响检测装置，所述异响检测装置用于执行如权利要求1至8任一项所述的异响检测方法。

10.根据权利要求9所述的异响检测系统，其特征在于，所述振动传感器通过磁吸座安装在所述塔架上。