CN111472942A - 一种三点式风机塔筒监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三点式风机塔筒监测装置及方法，该装置包括位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点、位于塔筒底部的第三测点、交换机和工控机，通过第一测点、第二测点和第三测点采集静态量倾角信号和动态量晃度信号，其中，动态量，用于分析塔筒三个点位的固有频率的变化趋势，进行超限预警；静态量，用于分析塔筒三个点位的位置变化趋势，进行超限预警。采样动静结合的方法，加强了对于塔筒的监测。

Description

一种三点式风机塔筒监测装置及方法

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种三点式风机塔筒监测装置及方法。

背景技术

风电机组塔筒的安全稳定是风场运行监测中一个重要环节。塔筒监测的重要性日益凸显。塔筒监测主要包含塔筒晃度监测和塔筒非均匀沉降监测两方面的内容，其中，塔筒晃度是动态量变化，塔筒非均匀沉降是静态量趋势。塔筒晃度过大，将导致塔筒结构变化，引发塔筒螺栓松动，塔筒变形等问题；塔筒地基发生非均匀沉降变化，容易引起倒塔事故。

传统的塔筒晃度和非均匀沉降是采用不同的设备，基于静态传感器、动态传感器、定位传感器、采集器、数据转换器等部件，实现的塔筒监测。涉及传感器类型多，部件安装复杂，监测难度相对较大，这些设备对于塔筒结构变化没有针对性监测方案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种三点式风机塔筒监测装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种三点式风机塔筒监测装置，包括：位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点、位于塔筒底部的第三测点、交换机和工控机；

所述第一测点、第二测点和第三测点通过所述交换机与所述工控机连接。

本发明的有益效果是：根据塔筒在倾斜和形变时反映在塔筒各部位的变化规律，通过在塔筒顶端、塔筒中部和塔筒底部设置三个测点，从而能够在三个测点使用同类传感器采集塔筒的动静态信号，进一步由工控机通过交换机获取三个测点采集的信号来获知塔筒的动静变化，降低了塔筒监测在传感器选型和安装方面的难度，实现了针对塔筒倾斜和形变的有效监测。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述交换机包括第一交换机、第二交换机和第三交换机；

所述第一交换机、第二交换机和第三交换机分别与所述第一测点、第二测点和第三测点连接，所述第一交换机还与所述第二交换机连接，所述第二交换机还与所述第三交换机连接，所述第三交换机还与所述工控机连接。

进一步，所述第一测点、第二测点和第三测点采用同一型号的塔筒监测仪。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种三点式风机塔筒监测方法，包括：

获取位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点和位于塔筒底部的第三测点采集的静态量倾角信号；

根据所述静态量倾角信号确定三个测点的静态数值，所述静态数值包括测点偏离塔筒垂线的距离的静态数值和偏离原始参考平面的倾斜角度；

如果第二测点的距离小于第一测点的距离，大于第三测点的距离，并且第三测点的倾斜角度大于第一预警阈值，则判断塔筒发生倾斜。

本发明的有益效果是，根据塔筒发生倾斜时塔筒由底部到顶部偏离塔筒垂线的距离逐渐变大，并且塔筒底部的倾斜角度发生变化的情况，通过三个测点所测得的静态量倾角信号来判断塔筒是否发生倾斜。

进一步，所述根据所述静态量倾角信号确定三个测点的静态数值，具体包括：

对所述静态量倾角信号进行AD转换和配置，得到三个测点的静态数值。

进一步，还包括：

获取所述第一测点、第二测点和第三测点采集的动态量晃度信号；

根据所述动态量晃度信号确定三个测点的固有频率；

如果有任意两个测点的固有频率的差值超过第二预警阈值，并且第一测点的距离小于第二测点的距离，大于第三测点的距离，则判断塔筒发生形变。

进一步，所述根据所述动态量晃度信号确定三个测点的固有频率，具体包括：

对所述动态晃度信号进行FFT变换，得到三个测点的固有频率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种三点式风机塔筒监测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种三点式风机塔筒监测方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的塔筒在正常、倾斜和变形三种状态的原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为本发明实施例提供的一种三点式风机塔筒监测装置的结构示意图，如图1所示，该装置包含位于塔筒顶端的测点A、位于塔筒中部的测点B、位于塔筒底部的测点C、交换机和工控机五部分，分别介绍如下：

测点A、测点B、测点C：三个测点采用基于MEMS芯片集成数据传感、采集、转换、通讯于一体的塔筒监测仪。测点A布置在塔筒顶端机舱底部不干涉位置，测点B布置在塔筒中部的塔筒壁上，测点C布置在塔筒底部的塔基平台上。三个测点同步采集。

MEMS的全称是微型电子机械系统(Micro-ElectroMechanicalSystem)，微机电系统是指可批量制作的，将微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。你可以把它理解为利用传统的半导体工艺和材料，用微米技术在芯片上制造微型机械，并将其与对应电路集成为一个整体的技术。所以它是以半导体制造技术为基础发展起来的一种先进的制造技术平台。

交换机：分别给三个测点分配IP地址，并将三个测点的信号传输至工控机。

工控机：运行塔筒监测逻辑程序，预警信息通过开关量进入塔基柜PLC，在风电机组控制界面上能看到改预警提示信息。另外，存储三个测点的数据。以备后期数据提取和分析。

相应地，本发明实施例提供的一种三点式风机塔筒监测方法如下：

S1、获取位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点和位于塔筒底部的第三测点采集的静态量倾角信号；

S2、根据所述静态量倾角信号确定三个测点的静态数值，所述静态数值包括测点偏离塔筒垂线的距离的静态数值和偏离原始参考平面的倾斜角度；

S3、如果第二测点的距离小于第一测点的距离，大于第三测点的距离，并且第三测点的倾斜角度大于第一预警阈值，则判断塔筒发生倾斜。

具体的，本实施例中，如图2所示，通过三个测点同步采集塔筒三个部位的静态量倾角信号。对于静态量倾角信号，经过AD转换和配置，可以数值的形式展示和存储。数据精确到小数点后四两位，四舍五入。

如图3所示，塔筒在正常情况下，是直立的。可简化成一根竖线，便于分析。当塔筒发生倾斜时，无形变的情况下，可以简化成一根斜线，A测点偏离原始设定位置(即塔筒垂线)的距离的静态数值是最大的。

并且，塔筒的塔基是固定的，塔基测点C静态数值倾角变化，可最为塔筒倾斜程度的依据。A和B测点没有参考连接点。C点与大地有参考连接点。判定过程：C点与大地相连，其偏离位置是0.由于水土流失或者煤矿开采造成地基不均匀下沉时，C测点与原始参考平面会产生夹角，夹角在0.1°以内视为正常；夹角大于0.12视为预警。0.12°为预警阈值。

因此，在比较三个测点静态量的第一个判断逻辑过程中，比较距离的大小，如果测点A的距离>测点B的距离>测点C的距离，且C测点的倾斜角度大于预警阈值，则工控机即判定塔筒发生倾斜，进一步，工控机还可发出塔筒倾斜预警信号。

例如，某塔筒高度90m，正常情况下，设定三个测点的位置为A(0，0°)、B(0,0°)、C(0,0°)。

其中，括号左边的数值是测点偏离塔筒垂线的距离，单位是毫米。括号右边的数值是测点偏离原始参考平面的角度，单位是角度

当塔筒发生倾斜时，无形变的情况下，三个测点的位置会发生变化，A点的位置描述为A(532.4423mm,0.3346°)、B点的位置描述为B(282.4423mm,0.3346°)、C点的位置描述为C(0mm,0.3346°)。

可选地，在该实施例中，该方法还包括：

S4、获取所述第一测点、第二测点和第三测点采集的动态量晃度信号；

S5、根据所述动态量晃度信号确定三个测点的固有频率；

S6、如果有任意两个测点的固有频率的差值超过第二预警阈值，并且第一测点的距离小于第二测点的距离，大于第三测点的距离，则判断塔筒发生形变。

具体的，如图2所示，动态量晃度信号是一组波形，通过FFT变换，可提取塔筒的固有频率。如图3所示，当塔筒发生形变时，B测点偏离原始设定位置的静态数值是最大的。并且，正常情况下，塔筒三个测点A、B、C的动态量中提取的固有频率是基本相同的，如相差较大，则说明其塔筒出现形变，塔筒结构有变。

举例：塔筒高度90m，塔筒发生形变的情况下，三个测点的位置会发生变化，A点的位置描述为A(132.4423mm,0.1124°)、B点的位置描述为B(282.4423mm,0.3346°)、C点的位置描述为C(0mm,0.3346°)。

另外，根据计算(风力发电机组塔筒振动频率的计算)，塔筒一阶固有频率在0.3H-05Hz之间。为保证本专利实时的全面性，取0.3Hz的百分之十作为预警触发信号。如果三个测点提取出来的固有频率的差值小于0.03Hz，即认为是相同的，发出塔筒工况正常的信号；如果大于等于0.03Hz，即认为是不同的，发出塔筒发生形变的信号。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三点式风机塔筒监测装置，其特征在于，包括：位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点、位于塔筒底部的第三测点、交换机和工控机；

所述第一测点、第二测点和第三测点通过所述交换机与所述工控机连接。

2.根据权利要求1所述的一种三点式风机塔筒监测装置，其特征在于，所述交换机包括第一交换机、第二交换机和第三交换机；

所述第一交换机、第二交换机和第三交换机分别与所述第一测点、第二测点和第三测点连接，所述第一交换机还与所述第二交换机连接，所述第二交换机还与所述第三交换机连接，所述第三交换机还与所述工控机连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种三点式风机塔筒监测装置，其特征在于，所述第一测点、第二测点和第三测点采用同一型号的塔筒监测仪。

4.一种三点式风机塔筒监测方法，其特征在于，包括：

获取位于塔筒顶端的第一测点、位于塔筒中部的第二测点和位于塔筒底部的第三测点采集的静态量倾角信号；

根据所述静态量倾角信号确定三个测点的静态数值，所述静态数值包括测点偏离塔筒垂线的距离的静态数值和偏离原始参考平面的倾斜角度；

如果第二测点的距离小于第一测点的距离，大于第三测点的距离，并且第三测点的倾斜角度大于第一预警阈值，则判断塔筒发生倾斜。

5.根据权利要求4所述的一种三点式风机塔筒监测方法，其特征在于，所述根据所述静态量倾角信号确定三个测点的静态数值，具体包括：

对所述静态量倾角信号进行AD转换和配置，得到三个测点的静态数值。

6.根据权利要求4或5所述的一种三点式风机塔筒监测方法，其特征在于，还包括：

获取所述第一测点、第二测点和第三测点采集的动态量晃度信号；

根据所述动态量晃度信号确定三个测点的固有频率；

如果有任意两个测点的固有频率的差值超过第二预警阈值，并且第一测点的距离小于第二测点的距离，大于第三测点的距离，则判断塔筒发生形变。

7.根据权利要求6所述的一种三点式风机塔筒监测方法，其特征在于，所述根据所述动态量晃度信号确定三个测点的固有频率，具体包括：

对所述动态晃度信号进行FFT变换，得到三个测点的固有频率。

Images