CN108757340B - 一种风力发电机高速轴运行实时状态监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，包括以下步骤：a)在风电机组高速轴处安装有打滑角度及对中值检测装置；b)测量高速轴扭矩限制器打滑角度及高速轴对中值；c)将打滑角度及高速轴对中值通过无线方式传输给信号处理模块；d)对打滑角度及对中值进行分析，得到扭矩限制器的健康状态及高速轴的对中状态；e)根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态输出与之相应的功率预设值，当扭矩限制器状态为失效或高速轴对中状态为差时，机组停机保护。以及提供一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控系统。本发明有效监控高速轴的运行实时状态并减小不对中对机组的危害。

Description

一种风力发电机高速轴运行实时状态监控方法及系统

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高速轴运行实时状态监控方法及系统。

背景技术

风力发电机组齿轮箱将风轮的低速旋转转换成发电机轴的高速旋转，在此过程中，联轴器发挥着传输转矩及纠正齿轮箱轴和发电机轴的同轴度偏差的功能，联轴器上设置打滑保护装置，当发生发电机短路或电网故障时，联轴器发生打滑阻止过大的扭矩对齿轮箱高速轴的冲击，起到保护齿轮箱的作用。因此有必要对高速轴运行实时状态进行实时监测，当发生比较严重的问题时，及时进行报警，防止严重故障发生。目前行业整机对高速轴的运行实时状态监测做的工作比较缺乏，导致问题发生时无法及时有效地找到解决办法，造成经济损失。总体来说，存在以下问题：

1、因齿轮箱及发电机和机架是通过弹性支撑连接的，机组运行过程中高速轴的对中偏差值是一个变化量，如果不能及时进行监控，当偏差值超过允许的范围仍然继续运行将对机组造成很大破坏；

2、当高速轴发生过载时，打滑保护装置会发生打滑，说明存在一定的冲击，如果没有监测高速轴的对中状态，则有可能在持续的不对中状态下运行一段时间后，造成联轴器或两端轴承的损坏。

3、打滑保护装置发生持续的打滑，没有及时监测和报警，会导致联轴器产生高温，对机组安全运行是一个大的隐患。

发明内容

为了克服现有的风力发电机无法实时监控高速轴运行状态的不足，为了有效监控高速轴的运行实时状态并减小不对中对机组的危害，本发明提供了一种风力发电机高速轴运行实时状态监控方法及其系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，所述方法包括以下步骤：

a)在风电机组高速轴处安装有打滑角度及对中值检测装置；

b)通过打滑角度及对中值检测装置测量高速轴扭矩限制器打滑角度及高速轴对中值；

c)打滑角度及对中值检测装置将打滑角度及高速轴对中值通过无线方式传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度及对中值进行分析，得到扭矩限制器的健康状态及高速轴的对中状态；

e)根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态输出与之相应的功率预设值，当扭矩限制器状态为失效或高速轴对中状态为差时，机组停机保护。

进一步，所述步骤d)中，通过对比实测打滑角度θ和预设打滑角度极限值θ_l，当θ>θ_l时，扭矩限制器状态判定为失效，机组停机；当θ<θ_l时，扭矩限制器状态判定为正常。

再进一步，所述步骤d)中，ΔR为不对中偏差，ΔR_l为预设极限偏差值，ΔR_p为预设允许偏差值；当ΔR＜ΔR_p，判定机组对中状态为良好，满功率运行；当ΔR_p≤ΔR＜ΔR_l，判定机组对中状态为中等，机组限功率运行，择期进行重新对中；当ΔR≥ΔR_l，判断机组对中状态为差，机组停机保护。

更进一步，所述步骤e)，当扭矩限制器的状态为失效时，则机组停机；当扭矩限制器的状态为正常时，进一步判定机组的对中状态；当机组对中状态为良好时，机机组可满功率运行；当机组对中状态为中等时，限功率运行；当机组对中状态为差时，机组停机。

一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控系统，所述系统包括：

打滑角度及对中值检测装置，用于对扭矩限制器实时打滑角度和高速轴实时对中数据进行测量；

信号处理模块，用于根据扭矩限制器的实时打滑角度和高速轴对中实时数据，分析扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态。

监控模块，用于根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态进行机组的功率调节和系统控制，保护机组安全。

进一步，所述打滑角度及对中值检测装置包括激光发射装置和激光接收装置，激光接收装置接收激光信号，并通过无线的方式将实时打滑角度输出给信号处理模块；所述激光发射器安装于高速轴联轴器左端，靠近齿轮箱侧；所述激光接收装置安装于高速轴右端，靠近发电机侧。

更进一步，所述信号处理模块安装于发电机前端下方的机架上。

所述监控模块集成于主控系统中，所述监控模块安装于机舱主控柜中。

本发明的有益效果主要表现在：1、同时实现高速轴打滑监测和对中监测；2、及时监测联轴器打滑失效，确保机组安全运行；3、通过功率的调节，控制不对中偏差在要求的范围内，降低不对中对机组的危害。

附图说明

图1是一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法示意图。

图2是打滑角度及对中值检测装置示意图，其中，(a)是激光发射装置示意图，(b)是激光接收装置示意图。

图3是高速轴运行实时状态监控流程图。

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3，一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，所述方法包括以下步骤：

a)在风电机组高速轴处安装有打滑角度及对中值检测装置、信号处理模块组成的可实时监测扭矩限制器健康状态及高速轴对中状态的监测系统；

b)通过打滑角度及对中值检测装置测量高速轴扭矩限制器打滑角度及高速轴对中值；

c)打滑角度及对中值检测装置将打滑角度及高速轴对中值通过无线方式传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度及对中值进行分析，得到扭矩限制器的健康状态及高速轴的对中状态；

e)根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态输出与之相应的功率预设值，当扭矩限制器状态为失效或高速轴对中状态为差时，机组停机保护。

进一步，所述步骤d)中，通过对比实测打滑角度θ和预设打滑角度极限值θ_l，当θ>θ_l时，扭矩限制器状态判定为失效，机组停机；当θ<θ_l时，扭矩限制器状态判定为正常。

所述步骤d)中，ΔR为不对中偏差，ΔR_l为预设极限偏差值，ΔR_p为预设允许偏差值；当ΔR＜ΔR_p，判定机组对中状态为良好，满功率运行；当ΔR_p≤ΔR＜ΔR_l，判定机组对中状态为中等，机组限功率运行，择期进行重新对中；当ΔR≥ΔR_l，判断机组对中状态为差，机组停机保护。

所述步骤e)，当扭矩限制器的状态为失效时，则机组停机；当扭矩限制器的状态为正常时，进一步判定机组的对中状态；当机组对中状态为良好时，机机组可满功率运行；当机组对中状态为中等时，限功率运行；当机组对中状态为差时，机组停机。

一种风力发电机组高速轴运行实时状态监测系统，所述系统包括：

打滑角度及对中值检测装置，用于对扭矩限制器实时打滑角度和高速轴实时对中数据进行测量；

信号处理模块，用于根据扭矩限制器的实时打滑角度和高速轴对中实时数据，分析扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态。

监控模块，用于根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态进行机组的功率调节和系统控制，保护机组安全。

进一步，所述打滑角度及对中值检测装置，主要包括激光发射装置、激光接收装置。激光接收装置接收激光信号，并通过无线的方式将实时打滑角度输出给信号处理模块。

所述激光发射器安装于高速轴联轴器左端，靠近齿轮箱侧。

所述激光接收装置安装于高速轴右端，靠近发电机侧。

进一步，所述信号处理模块，用于根据扭矩限制器实时打滑角度和对中实时数据，分析扭矩限制器的健康状态和高速轴对中状态。

所述信号处理模块安装于发电机前端下方的机架上。

所述监控模块集成于主控系统中，监控模块根据扭矩限制器的健康状态和高速轴对中状态，对机组的功率进行调节和控制，保证机组安全。

所述监控模块安装于机舱主控柜中。

本实施例的风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法如图1所示，主要包括激光发射装置11、激光接收装置12、信号处理模块13、监控模块14。激光发射装置产出激光信号，激光接收装置接受激光信号，并将实时的扭矩限制器的实时打滑角度信号和实时对中数据通过无线传输的方式传输给信号处理模块，信号处理模块根据扭矩限制器的实时打滑角度和高速轴不对中数据，分析扭矩限制器的健康状态和高速轴对中状态，监控系统根据扭矩限制器的健康状态和高速轴对中状态，进行相应的功率控制，并保证机组的安全。

所述激光检测装置如图2所示，包括激光发射装置21、激光接收装置22。激光接收盘沿径向划分成M个同心圆，沿周向被划分成N个小格子。每个小格I_i含有位置信息(M_i,N_i)，其中M_i是小格子到同心圆圆心的距离R_i，N_i是编码,表示周向的第i个格子。由N_i可以推出格子I_i相对于上一测点格子I_i-1的角度偏差Δθ，具体计算如下：

同时可以求出不对中偏差ΔR：

ΔR＝R_i-R_i-1 (0.2)

所述高速轴运行实时状态监控流程图如图所示。当扭矩限制器的状态为失效时，则机组停机，更换扭矩限制器；当扭矩限制器的状态为正常时，进一步判定机组的对中状态。当机组对中状态为良好时，机机组可满功率运行；当机组对中状态为中等时，限功率运行，择期进行机组对中；当机组对中状态为差时，机组停机，立即进行对中检修。某2MW机组参数设定值为表1：

参数	设定值
		打滑角度限定值θ<sub>l</sub>	60度
不对中预设允许偏差ΔR<sub>p</sub>	2.82mm
		不对中预设极限偏差ΔR<sub>l</sub>	12.8mm

表1

当θ>60度时，扭矩限制器状态判定为失效，机组停机；当θ<60度时，扭矩限制器状态判定为正常。当ΔR＜2.82mm，判定机组对中状态为良好，可满功率运行；当2.82mm≤ΔR＜12.8mm，判定机组对中状态为中等，机组限功率运行，择期进行重新对中；当ΔR≥12.8mm，判断机组对中状态为差，机组停机保护。

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 (8)

1.一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，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有打滑角度及对中值检测装置；所述打滑角度及对中值检测装置包括激光发射装置和激光接收装置；激光接收盘沿径向划分成M个同心圆，沿周向被划分成N个小格子，每个小格I_i含有位置信息(M_i,N_i)，其中M_i是小格子到同心圆圆心的距离R_i，N_i是编码,表示周向的第i个格子，由N_i推出格子I_i相对于上一测点格子I_i-1的角度偏差Δθ，计算如下：

同时求出不对中偏差ΔR：

ΔR＝R_i-R_i-1 (2)

b)通过打滑角度及对中值检测装置测量高速轴扭矩限制器打滑角度及高速轴对中值；

c)打滑角度及对中值检测装置将打滑角度及高速轴对中值通过无线方式传输给信号处理模块；

d)信号处理模块对打滑角度及对中值进行分析，得到扭矩限制器的健康状态及高速轴的对中状态；

e)根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态输出与之相应的功率预设值，当扭矩限制器状态为失效或高速轴对中状态为差时，机组停机保护。

2.如权利要求1所述的一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，其特征在于，所述步骤d)中，通过对比实测打滑角度θ和预设打滑角度极限值θ_l，当θ>θ_l时，扭矩限制器状态判定为失效，机组停机；当θ<θ_l时，扭矩限制器状态判定为正常。

3.如权利要求1或2所述的一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，其特征在于，所述步骤d)中，ΔR为不对中偏差，ΔR_l为预设极限偏差值，ΔR_p为预设允许偏差值；当ΔR＜ΔR_p，判定机组对中状态为良好，满功率运行；当ΔR_p≤ΔR＜ΔR_l，判定机组对中状态为中等，机组限功率运行，择期进行重新对中；当ΔR≥ΔR_l，判断机组对中状态为差，机组停机保护。

4.如权利要求1或2所述的一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法，其特征在于，所述步骤e)，当扭矩限制器的状态为失效时，则机组停机；当扭矩限制器的状态为正常时，进一步判定机组的对中状态；当机组对中状态为良好时，机机组可满功率运行；当机组对中状态为中等时，限功率运行；当机组对中状态为差时，机组停机。

5.一种如权利要求1或2所述的一种风力发电机组高速轴运行实时状态监控方法实现的系统，其特征在于，所述系统包括：

打滑角度及对中值检测装置，用于对扭矩限制器实时打滑角度和高速轴实时对中数据进行测量；

信号处理模块，用于根据扭矩限制器的实时打滑角度和高速轴对中实时数据，分析扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态；

监控模块，用于根据扭矩限制器的健康状态和高速轴的对中状态进行机组的功率调节和系统控制，保护机组安全。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述打滑角度及对中值检测装置包括激光发射装置和激光接收装置，激光接收装置接收激光信号，并通过无线的方式将实时打滑角度输出给信号处理模块；所述激光发射器安装于高速轴联轴器左端，靠近齿轮箱侧；所述激光接收装置安装于高速轴右端，靠近发电机侧。

7.如权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述信号处理模块安装于发电机前端下方的机架上。

8.如权利要求5或6所述的系统，其特征在于，所述监控模块集成于主控系统中，所述监控模块安装于机舱主控柜中。

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