CN111677021B - 一种风电基础应变全寿命监测方法 - Google Patents

Abstract

一种风电基础应变全寿命监测方法，包括步骤：1)测点埋设、测线外引；2)塔基上安装监控设备；3)外置电源供电；4)前期野外短期监测数据读取；5)数据传输线路桥接；6)供电系统转换；7)后期升压站长期监测。该方法能够对风机基础混凝土强度形成过程中的应力变化、风机安装过程中上部荷载增加的应力变化、风机运行过程中的应力变化进行监测，形成基础全过程监测体系，为风机运行提供安全监测保障。

Description

一种风电基础应变全寿命监测方法

技术领域

本发明涉及基础监测领域，特别适用于风力发电钢筋混凝土基础应变监测方向，主要为从基础浇筑后强度形成至上部加风机荷载及风机运行过程中的基础应变监测。

背景技术

现行的“风电机组塔筒安全及基础沉降在线监测”技术的监测点一般采用后置外置式埋设，即在风机安装完毕后进行监测，测点采用粘贴式、铆接式等外置安装方式，监测过程中一般采用风机设备内的系统电(运营过程中)或电网倒送电(全场停止运行中)。

现行的监测方法无法达到全寿命应变监测，无法对风机基础混凝土强度形成过程中的应力变化、风机安装过程中上部荷载增加的应力变化、风机运行过程中的应力变化进行监测，从而无法形成一个基础全过程监测体系，对风机的运行不能提供足够的安全监测保障。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种风电基础应变全寿命监测方法，该方法能够对风机基础混凝土强度形成过程中的应力变化、风机安装过程中上部荷载增加的应力变化、风机运行过程中的应力变化进行监测，形成基础全过程监测体系，为风机运行提供安全监测保障。

为了实现本发明的目的，所采用的技术文案为提供了一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)测点埋设、测线外引：在风机基础钢筋全部绑扎完成后，在常年迎风向和背风向的塔基断面结构突变处埋设应变计，在应变计数据线上套设保护套管，应变计数据线引至塔筒内部并伸出结构面至少5cm，应变计数据线保护套管的出口处用防水胶布多层封闭缠绕；

2)塔基上安装监控设备：混凝土浇筑完成初凝后，立即在塔基面上，塔筒底部投影线内，布置监控设备；监控设备放置于收纳箱内，收纳箱上开有连接孔，把应变计数据线及电源线从孔穿入并与监控设备连接；连接孔在线路连接后用防水胶封闭；

3)外置电源供电：采用微型太阳能发电系统供电方式为监控设备进行外置电源供电；

4)前期野外短期监测数据读取：外置电源供电后，开机进行监测，监控设备启动，下载监测数据并运行数据，证明数据正常后根据监控设备的硬盘容量和每天产生的数据包大小设置监测数据读取间隔；

5)数据传输线路桥接：风机安装完毕后，从监控设备中引出数据网线，通过光纤收发器把网线数字电信号转换成光信号连接至塔基平台的通讯柜中光纤预留转接盒接口，通过风机至升压站的备用光纤进行远距离数据传输升压站，通过升压站侧的光纤收发器把光信号转换成网线数字电信号，然后通过网线连接至电脑形成数据传输线路；

6)供电系统转换：升压站倒送电送到监控设备所在的风机后，断掉微型太阳能发电系统供电方式，转换成在风机塔基柜取用220V交流系统电源，为监控设备长期供电；

7)后期升压站长期监测：在升压站进行数据自动存取、运算分析和报警提示，达到长期长线监测的目的。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，应变计埋设在塔基断面结构突变处的塔筒基础环和上锚板内侧下部。

作为本发明的进一步改进，步骤1)中，应变计的埋设方式为应变计上设置钢保护装置，应变计及其钢保护装置先与独立钢筋焊接，之后整体与绑扎完成后的风机基础钢筋焊接在一起。

作为本发明的进一步改进，所述监控设备为数据采集仪。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，微型太阳能发电系统中的太阳能组件安装支架并与地面多点锚接，太阳能板面常年迎风向。

作为本发明的进一步改进，步骤3)中，微型太阳能发电系统采用500瓦光伏组件、200安时蓄电池以及1000瓦逆变控制器，其中蓄电池与逆变控制器置于微型太阳能发电系统主机内部。

作为本发明的进一步改进，步骤4)中，每30天读取一次监控设备的监测数据。

作为本发明的进一步改进，步骤4)中，采用G01NET信号分析2018V2软件来运行数据。

作为本发明的进一步改进，步骤7)中，采用G01NET信号分析2018V2软件进行数据自动存取、运算分析和报警提示。

本发明的有益效果为：

(1)形成一套规范、可行的风机基础全寿命应变监测工艺流程。从测点埋设、设备参数配置、连接方法、数据传输、短期数据临时采集及长期自动采集、传输、供电方式选择转换都以规范、可行的方式进行了明确，形成了整套规范、可行的风机基础全寿命应变监测工艺流程。

(2)全寿命监测期。在混凝土浇筑之前埋设测点，混凝土初凝后即进行数据采集，监测期覆盖了混凝土强度增长期、风机吊装安装调试期、风机运行期监，形成基础全过程监测体系，为风机运行提供安全监测保障。

(3)利于科研。本方法采集的数据包括风机基础混凝土强度形成过程中的应力变化、风机安装过程中上部荷载增加的应力变化、风机运行过程中的应力变化，通过比较分析三个时期的应力变化，可以分析各期对混凝土应力应变影响，为风机基础科学研究提供数据支撑和指导设计优化。

(4)野外设备仪器防水防尘方法。通过收纳箱和在收纳箱侧壁上打孔连接及封堵孔间隙的方法实现了野外设备仪器防水、防尘。

(5)安全监控。可为风机全寿命运行过程中的安全监控提供基础报警功能，把因塔基问题导致倒塔安全隐患消灭于萌芽状态。

(6)推广性强。本发明理念不但可以应用到陆域上风机中，还可以应用到海上风电的基础监测中。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本方法已经成功应用于山东沾化粤水电风力发电项目和广东乳源大布粤水电风力发电项目中。

技术原理如下：

1)电力储放不间断供电原理。

采用微型太阳能发电系统供电方式进行外置电源供电，发电系统参数根据采集仪的耗电量(12W)确定，一般根据常年天气情况以满足采集仪5天工作用电量为基准。

2)封闭防水防尘原理。

对上引线与套管用防水胶布缠绕，防止水通过套管渗入基础混凝土中；数据采集仪、电池安放于防水收纳箱中，收纳箱上设置连线孔，孔洞连线后采用防水胶封堵，防止雨水或养护水、粉尘等进入核心设备。

3)数据采集及远程输送原理

风机数据远程传输前，应力数据直接在采集仪上下载即可，风机数据具备远程传输后，采用合用风机数据传输系统及桥接原理即可实现数据远程传输至升压站中控室。

4)测点前置埋设最不利点原理

测点采用预制埋设引线法，将应变计在钢保护装置下埋入风机基础的常年风向一侧及其背侧的基础断面突变处，埋设时段为基础钢筋绑扎安装完毕后，混凝土浇筑前进行。

具体方法如下：

1)测点埋设、测线外引：在风机基础钢筋全部绑扎完成后，在常年迎风向和背风向的塔基断面结构突变处的塔筒基础环或上锚板内侧下部分别埋设应变计，埋设方式为应变计上设置钢保护装置，应变计及其钢保护装置先与独立钢筋焊接，之后整体与绑扎完成后的风机基础钢筋焊接在一起。在应变计数据线上套设保护套管，应变计数据线引至塔筒内部并伸出结构面5cm，应变计数据线保护套管的出口处用防水胶布多层封闭缠绕，达到防止水及杂物通过套管进入混凝土内部的作用。

2)塔基上安装监控设备：混凝土浇筑完成初凝后，立即在塔基面上，塔筒底部投影线内，布置监控设备，监控设备主要为数据采集仪，数据采集仪放置于防水的收纳箱内，收纳箱上开有三个连接孔，把两条应变计数据线及一条电源线从孔穿入并与数据采集仪连接；连接孔在线路连接后用防水胶封闭，防止施工过程中的养护水、雨水、尘土等进入收纳箱内影响数据采集仪正常工作。

3)外置电源供电：外置电源采用微型太阳能发电系统供电方式为监控设备进行外置电源供电；发电系统参数根据数据采集仪的耗电量(12W)确定，一般根据常年天气情况以满足数据采集仪5天工作用电量为基准。本实施例微型太阳能发电系统采用500瓦光伏组件、200安时蓄电池以及1000瓦逆变控制器，其中蓄电池与逆变控制器置于微型太阳能发电系统主机内部。光伏板、太阳能发电系统主机及连线根据相关说明书进行安装。安装过程中，光伏板等组件必须安装支架并与地面多点锚接，同时需要考虑常年风向的影响，使光伏板面向常年迎风向位置安装，以提高抗倾覆能力，保持稳固。

4)前期野外短期监测数据读取：外置电源供电后，启动数据采集仪进行监测，采集的监测数据可用外置鼠标和U盘从数据采集仪中读取拷贝，通过专用软件“G01NET信号分析2018V2”运行。运行证明监测数据正常后根据数据采集仪的硬盘容量和每天产生的数据包大小设置监测数据读取间隔，原则上每30天读取拷贝一次数据采集仪中的监测数据。

5)数据传输线路桥接：风机安装完毕后，从数据采集仪中引出数据网线，网线连接至光纤收发器，通过光纤收发器把网线数字电信号转换成光信号连接至塔基平台的通讯柜中光纤预留转接盒接口，通过风机至升压站的备用光纤与预留转接盒接口连接将数据远距离数据传输升压站，通过升压站侧的光纤收发器把光信号转换成网线数字电信号，然后通过网线连接至电脑形成数据传输线路。

6)供电系统转换：升压站倒送电送到数据采集仪所在的风机后，断掉微型太阳能发电系统供电方式，转换成在风机塔基柜取用220V交流系统电源，为数据采集仪长期供电；

7)后期升压站长期监测：通过“G01NET信号分析2018V2”软件，在升压站进行数据自动存取、运算分析和报警提示，从而实现长期长线监测的目的。

本方法通过前置测点埋设，在塔基混凝土浇筑阶段埋设测点，对混凝土强度形成过程中的应力变化、塔身及风机加载过程中的混凝土内部应力变化、风机运行过程中的混凝土内部应力变化等进行全过程监测，形成基础全过程监测体系，为风机运行提供安全监测保障。

以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。

Claims (7)

1.一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于包括以下步骤：

1）测点埋设、测线外引：在风机基础钢筋全部绑扎完成后，在常年迎风向和背风向的塔基断面结构突变处埋设应变计，应变计埋设在塔基断面结构突变处的塔筒基础环和上锚板内侧下部，应变计的埋设方式为应变计上设置钢保护装置，应变计及其钢保护装置先与独立钢筋焊接，之后整体与绑扎完成后的风机基础钢筋焊接在一起，在应变计数据线上套设保护套管，应变计数据线引至塔筒内部并伸出结构面至少5cm，应变计数据线保护套管的出口处用防水胶布多层封闭缠绕；

2）塔基上安装监控设备：混凝土浇筑完成初凝后，立即在塔基面上，塔筒底部投影线内，布置监控设备；监控设备放置于收纳箱内，收纳箱上开有连接孔，把应变计数据线及电源线从孔穿入并与监控设备连接；连接孔在线路连接后用防水胶封闭；

3）外置电源供电：采用微型太阳能发电系统供电方式为监控设备进行外置电源供电；

4）前期野外短期监测数据读取：外置电源供电后，开机进行监测，监控设备启动，下载监测数据并运行数据，证明数据正常后根据监控设备的硬盘容量和每天产生的数据包大小设置监测数据读取间隔；

5）数据传输线路桥接：风机安装完毕后，从监控设备中引出数据网线，通过光纤收发器把网线数字电信号转换成光信号连接至塔基平台的通讯柜中光纤预留转接盒接口，通过风机至升压站的备用光纤进行远距离数据传输，通过升压站侧的光纤收发器把光信号转换成网线数字电信号，然后通过网线连接至电脑形成数据传输线路；

6）供电系统转换：升压站倒送电送到监控设备所在的风机后，断掉微型太阳能发电系统供电方式，转换成在风机塔基柜取用220V交流系统电源，为监控设备长期供电；

7）后期升压站长期监测：在升压站进行数据自动存取、运算分析和报警提示，达到长期监测的目的，在混凝土浇筑之前埋设测点，混凝土初凝后即进行数据采集，监测期覆盖了混凝土强度增长期、风机吊装安装调试期、风机运行期，形成基础全过程监测体系。

2.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：所述监控设备为数据采集仪。

3.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：步骤3）中，微型太阳能发电系统中的太阳能组件安装支架并与地面多点锚接，太阳能板面常年迎风向。

4.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：步骤3）中，微型太阳能发电系统采用500瓦光伏组件、200安时蓄电池以及1000瓦逆变控制器，其中蓄电池与逆变控制器置于微型太阳能发电系统主机内部。

5.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：步骤4）中，每30天读取一次监控设备的监测数据。

6.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：步骤4）中，采用G01NET信号分析2018V2软件来运行数据。

7.根据权利要求1所述的一种风电基础应变全寿命监测方法，其特征在于：步骤7）中，采用G01NET信号分析2018V2软件进行数据自动存取、运算分析和报警提示。