CN108386324A - 一种风力发电机扭矩限制器健康监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法，包括以下步骤：a)在风电机组高速轴处安装动态打滑角度检测装置；b)检测扭矩限制器的打滑角度；c)将打滑角度数据无线传输给信号处理模块；d)信号处理模块对打滑角度数据进行处理，获得扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度及累计打滑次数，并判断扭矩限制器的状态；e)根据扭矩限制的状态进行机组控制策略的调整，当扭矩限制器的健康状态为损伤时，进行限功率运行；当扭矩限制器的状态为失效时，进行停机保护。以及提供一种风力发电机组扭矩限制器健康监测装置。本发明有效监测扭矩限制器打滑情况，判断其健康状态，从而提高风电机组运行安全性和降低备件成本。

Description

一种风力发电机扭矩限制器健康监测方法及装置

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风力发电机扭矩限制器健康监测方法及装置。

背景技术

风力发电机齿轮箱输出轴和发电机轴之间通过联轴器进行连接，联轴器带有扭矩限制器，当电网或发电机发生故障导致发电机轴转矩过大时，扭矩限制器发生打滑，阻断过大扭矩的传输，起到保护齿轮箱的作用。

对于打滑，根据过载时间长短分为两类，一是持续性打滑，在此种过载情况下扭矩限制器内部摩擦片发生长时间的摩擦，产生高温造成破坏，无法继续传输转矩。二是瞬时打滑，如电网故障或发电机短路等导致在发电机轴上有一个瞬时的转矩冲击，此时扭矩限制器发生小角度的滑动，但由于时间极短，摩擦片只发生微量的摩擦，扭矩限制器仍然可以正常地传输转矩。对于第一种打滑需要及时监测和报警，防止扭矩限制器持续打滑产生高温造成安全事故；对于第二种打滑，在联轴器的设计中为了充分利用联轴器的打滑特性，允许在小的角度范围内打滑一定次数或角度后保持能正常传输扭矩，如果能准确监测到已经发生的打滑情况，就可以在扭矩限制器失效之前，进行检修重新校准扭矩限制器打滑力矩从而延长其使用寿命，降低备件成本。

目前风电行业没有专门针对扭矩限制器健康状态的监测方法和装置，普遍的做法是通过比较联轴器两端测量的转速差来判断联轴器是否失效，该方法误差较大，往往不能及时检测到第二类打滑情况，并且在第一类打滑情况发生时也不能及时检测到。

发明内容

为了克服现有风力发电机组的无法监测扭矩限制器打滑情况、运行安全性较低和备件成本较高的不足，为了有效监测扭矩限制器打滑情况，判断其健康状态，从而提高风电机组运行安全性和降低备件成本，本发明提出了一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法及其装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法，所述方法包括以下步骤：

a)在风电机组高速轴处安装用于实时监测扭矩限制器健康状态的动态打滑角度检测装置；

b)通过动态打滑角度检测装置检测扭矩限制器的打滑角度；

c)动态打滑角度检测装置将打滑角度数据无线传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度数据进行处理，获得扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度及累计打滑次数，并判断扭矩限制器的状态；

e)根据扭矩限制的状态进行机组控制策略的调整，当扭矩限制器的健康状态为损伤时，进行限功率运行；当扭矩限制器的状态为失效时，进行停机保护。

进一步，所述步骤d)中，比较单次打滑角度θ与扭矩限制器单次打滑角度限定值θ_k；若θ大于θ_k，则判断扭矩限制器健康状态为失效；若θ小于θ_k，则比较累计打滑角度θ_l、累计打滑次数N_l与扭矩限制器累计打滑角度限定值θ_lk、累计打滑限定值N_lk；若θ_l大于θ_lk或N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为损伤；若θ_l大于θ_lk且N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为失效。

一种风力发电机组扭矩限制器健康监测装置，所述装置包括：

动态打滑角度测量装置，由激光发射器和激光接收法兰盘组成，用于测量扭矩限制器单次打滑角度，并将实时的角度信号发送给信号处理模块；

信号处理模块，用于接收激光接收法兰盘传输过来的扭矩限制器的实时打滑角度信号，分析得出扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数；通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态；

监控系统，用于接收信号处理模块传输过来的扭矩限制器的健康状态，实施监控报警。

进一步，所述信号处理模块，接受激光接收法兰盘发出的激光实时位置信号，分析扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数；通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态；

所述信号处理模块安装于联轴器下方的主机架上。

所述监控系统集成于风电机组主控系统中，当扭矩限制器健康状态为损伤时，进行警告报警，当扭矩限制器健康状态为失效时，对机组进行停机保护。

本发明的有益效果主要表现在：准确监测扭矩限制器打滑情况，在扭矩限制器发生超出性能要求且无法修复的大角度打滑时给出预警，机组根据此预警信息停机可避免发生安全事故；在扭矩限制器发生小角度打滑，未超出技术性能要求的打滑值之前预警，根据此预警信息对扭矩限制器进行重新校准可提高其使用寿命，极大地降低备件成本。

附图说明

图1为风力发电机组扭矩限制器健康监测方法示意图

图2为激光发射装置安装示意图

图3为激光接收法兰盘外形图

图4为扭矩限制器健康状态判断示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法，所述方法包括以下步骤：

a)在风电机组高速轴处安装可以实时监测扭矩限制器健康状态的动态打滑角度检测装置；

b)通过动态打滑角度检测装置检测扭矩限制器的打滑角度；

c)动态打滑角度检测装置将打滑角度数据无线传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度数据进行处理，获得扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度及累计打滑次数，并判断扭矩限制器的状态；

e)根据扭矩限制的状态进行机组控制策略的调整，当扭矩限制器的健康状态为损伤时，进行限功率运行；当扭矩限制器的状态为失效时，进行停机保护。

进一步，所述步骤d)中，比较单次打滑角度θ与扭矩限制器单次打滑角度限定值θ_k。若θ大于θ_k，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。若θ小于θ_k，则比较累计打滑角度θ_l、累计打滑次数N_l与扭矩限制器累计打滑角度限定值θ_lk、累计打滑限定值N_lk。若θ_l大于θ_lk或N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为损伤，机组进行限功率运行，待机组停机时，对扭矩限制器进行检修；若θ_l大于θ_lk且N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。

一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法实现的装置，所述装置包括：

动态打滑角度测量装置，由激光发射器和激光接收法兰盘组成，用于测量扭矩限制器单次打滑角度，并将实时的角度信号发送给信号处理模块。

信号处理模块，用于接收激光接收法兰盘传输过来的扭矩限制器的实时打滑角度信号，分析得出扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数。通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态。

监控系统，用于接收信号处理模块传输过来的扭矩限制器的健康状态，实施监控报警。

进一步，所述信号处理模块，接受激光接收法兰盘发出的激光实时位置信号，分析扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数。通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态。

所述信号处理模块安装于联轴器下方的主机架上。

所述监控系统集成于风电机组主控系统中，当扭矩限制器健康状态为损伤时，进行警告报警，当扭矩限制器健康状态为失效时，对机组进行停机保护。

本实施例的风力发电机组扭矩限制器健康监测方法如图1所示。主要包括激光发射器14、激光接收法兰盘16、信号处理器20、监控系统21。图中11为齿轮箱、12为齿轮箱输出轴、13为法兰、15为中间轴、17为扭矩限制器、18为发电机输入轴、19为发电机。所述激光接收法兰盘接收激光发射器发出的激光信号，同时向信号处理器通过无线传输的方式实时输出扭矩限制器的打滑角度信号，信号处理器，通过对打滑角度信号的分析处理，得出扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数。通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态。

所述激光发射装置如图2所示。主要包括激光发射器21、发射器安装支架22、发射器安装法兰23。激光发射器随联轴器一起转动，同时发射出激光信号。

所述激光接收法兰盘如图3所示。激光接收法兰盘环向分成n等分，本实施例中n取60，对每个分区按顺时针方向从1到60进行编号，激光发射器发出的激光信号落在该区域时则输出相应编号，信号处理模块实时接收激光接收法兰盘输出的编号信号，并将其转换成角度，同时分析出打滑次数。举例：如t₀时刻(初始时刻)，信号处理模块接收的编号为n₀，t_i-1时刻，信号处理模块接收的编号为n_i-1，t_i时刻，信号处理模块接收的编号为n_i。

单次打滑角度θ为：

累计打滑角度θ_l为：

累计打滑次数N_l的分析方法：如果n_i-1≠n_i，则判定扭矩限制器打滑一次，如果从n₀到n_i发生了l次变化，则判定，扭矩限制器累计打滑N_l。注意，t_i-t_i-1不大于0.015s，保证一定的采样频率。

所述扭矩限制器健康状态判断示意图如图4所示。信号处理器读取激光接收器发出的编号信号n_i，然后分析出单次打滑角度θ，累计打滑角度θ_l，累计打滑次数N_l。比较单次打滑角度θ与扭矩限制器单次打滑角度限定值θ_k。若θ大于θ_k，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。若θ小于θ_k，则比较累计打滑角度θ_l、累计打滑次数N_l与扭矩限制器累计打滑角度限定值θ_lk、累计打滑次数限定值N_lk。若θ_l大于θ_lk或N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为损伤，机组进行限功率运行，待机组停机时，对扭矩限制器进行检修；若θ_l大于θ_lk且N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。某2MW机组的参数设置见下表：

参数名称	设定值
		单次打滑角度限定值θk	60度
累计打滑角度限定值θlk	10,000度
		累计打滑次数限制值Nlk	160次

若θ大于60度，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。若θ小于60度，则比较累计打滑角度θ_l、累计打滑次数N_l与扭矩限制器累计打滑角度限定值θ_lk、累计打滑次数限定值N_lk。若θ_l大于10,000度或N_l大于160次，则判断扭矩限制器健康状态为损伤，机组进行限功率运行，待机组停机时，对扭矩限制器进行检修；若θ_l大于10,000度且N_l大于160次，则判断扭矩限制器健康状态为失效，机组进行停机，更换扭矩限制器。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修订，或者对其中部分技术特性进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修订、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

a)在风电机组高速轴处安装用于实时监测扭矩限制器健康状态的动态打滑角度检测装置；

b)通过动态打滑角度检测装置检测扭矩限制器的打滑角度；

c)动态打滑角度检测装置将打滑角度数据无线传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度数据进行处理，获得扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度及累计打滑次数，并判断扭矩限制器的状态；

e)根据扭矩限制的状态进行机组控制策略的调整，当扭矩限制器的健康状态为损伤时，进行限功率运行；当扭矩限制器的状态为失效时，进行停机保护。

2.如权利要求1所述的一种风力发电机组扭矩限制器健康监测方法，其特征在于，所述步骤d)中，比较单次打滑角度θ与扭矩限制器单次打滑角度限定值θ_k；若θ大于θ_k，则判断扭矩限制器健康状态为失效；若θ小于θ_k，则比较累计打滑角度θ_l、累计打滑次数N_l与扭矩限制器累计打滑角度限定值θ_lk、累计打滑限定值N_lk；若θ_l大于θ_lk或N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为损伤；若θ_l大于θ_lk且N_l大于N_lk，则判断扭矩限制器健康状态为失效。

3.一种如权利要求1所述的风力发电机组扭矩限制器健康监测方法实现的装置，其特征在于，所述装置包括：

动态打滑角度测量装置，由激光发射器和激光接收法兰盘组成，用于测量扭矩限制器单次打滑角度，并将实时的角度信号发送给信号处理模块；

信号处理模块，用于接收激光接收法兰盘传输过来的扭矩限制器的实时打滑角度信号，分析得出扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数；通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态；

监控系统，用于接收信号处理模块传输过来的扭矩限制器的健康状态，实施监控报警。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述信号处理模块，接受激光接收法兰盘发出的激光实时位置信号，分析扭矩限制器的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑次数；通过分析得到的单次打滑角度、累计打滑角度和累计打滑此次与扭振限制器相应的预设值进行比较，通过信号线向监控系统输出扭矩限制器的健康状态；

所述信号处理模块安装于联轴器下方的主机架上。

5.如权利要求3或4所述的装置，其特征在于：所述监控系统集成于风电机组主控系统中，当扭矩限制器健康状态为损伤时，进行警告报警，当扭矩限制器健康状态为失效时，对机组进行停机保护。