CN112267979A - 一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统 - Google Patents

一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统，本发明通过对风机有功功率进行分箱并且拟合机舱加速度和有功功率，计算拟合直线的斜率和截距进行偏航轴承异常预警，相对于目前现有的通过计算偏航轴承各部件的载荷来预估其生命周期以及性能的变化，从而预警轴承故障问题的方法，本申请通过对偏航运行参数的分析计算，实现难度小，成本低，且评估效果有很大改善，通过失效预警，可提前发现偏航轴承的隐患及趋势，避免隐患加剧发展带来故障的发生。

Description

一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统
技术领域
本发明涉及风电技术领域，特别是一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统。
背景技术
风电行业作为清洁能源在最近时期得到了快速发展，风力发电已经成为重要的电力能源解决方案。伴随风电行业快速发展的同时，风机部件的可靠性也更加重要，因部件失效带来的损失也在逐年上升。偏航轴承作为偏航系统的核心部件，若失效后不能被及时发现和检修，不仅影响风能的利用率，还可能导致高昂的维修成本和发电量损失，提前预警偏航轴承的异常问题，对于风机设备健康管理具有十分重要的意义。
由于很多风电机组没有偏航轴承直接的测点以及相关数据，例如偏航轴承振动数据、音频数据，无法直接分析偏航时偏航轴承的状态，没有偏航电机电流等数据，无法计算扭矩等。
如何建立有效便捷的预警机制，通过风机参数的计算来评估偏航轴承运行状态来尽早发现变桨轴承的异常状态，为偏航轴承预防性维护提供数据依据，减少机组带病运行的时间，从而避免机组的偏航轴承开裂导致的风电机组损坏和恶性事故发生，成为风电行业急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统，旨在解决现有技术中无法直接提取轴承故障特征的问题，实现提高失效预警准确度，降低分析成本，提前发现偏航轴承隐患。
为达到上述技术目的，本发明提供了一种判断偏航轴承失效的预警方法，所述方法包括以下操作：
读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
优选地，所述采集数据的字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。
优选地，所述预处理包括过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。
本发明还提供了一种判断偏航轴承失效的预警系统，所述系统包括：
数据处理模块，用于读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
参数阈值获取模块，用于以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
当前参数获取模块，用于采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
失效预警模块，用于当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
优选地，所述采集数据的字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。
优选地，所述预处理包括过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。
本发明还提供了一种判断偏航轴承失效的预警设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
本发明还提供了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
与现有技术相比，本发明通过对风机有功功率进行分箱并且拟合机舱加速度和有功功率，计算拟合直线的斜率和截距进行偏航轴承异常预警，相对于目前现有的通过计算偏航轴承各部件的载荷来预估其生命周期以及性能的变化，从而预警轴承故障问题的方法，本申请通过对偏航运行参数的分析计算，实现难度小，成本低，且评估效果有很大改善，通过失效预警，可提前发现偏航轴承的隐患及趋势，避免隐患加剧发展带来故障的发生。
附图说明
图1为本发明实施例中所提供的一种判断偏航轴承失效的预警方法流程图；
图2为本发明实施例中所提供的1#风机数据分布图；
图3为本发明实施例中所提供的2#风机数据分布图；
图4为本发明实施例中所提供的3#风机数据分布图；
图5为本发明实施例中所提供的4#风机数据分布图；
图6为本发明实施例中所提供的5#风机数据分布图；
图7为本发明实施例中所提供的一种判断偏航轴承失效的预警系统框图。
具体实施方式
为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
下面结合附图对本发明实施例所提供的一种判断偏航轴承失效的预警方法及系统进行详细说明。
如图1所示，本发明公开了一种判断偏航轴承失效的预警方法，所述方法包括以下操作：
读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
假设偏航轴承失效不会引起机舱较大的振动，但会引起机舱振动的改变，因此可通过机舱加速度挖掘出部分的失效机组。
读取每台机组一段时间的数据，数据字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。采集相关数据至少一个月的数据量，采集精度为10s一个点，并将采集后的数据存储至数据库中。
对数据进行预处理，过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。以有功功率10kW为单位分箱计算机舱加速度的均值，并用线性回归拟合训练数据的有功功率以及机舱加速度均值，获取斜率阈值P1和截距阈值P2。
在训练时，拟合收集到的机组有功功率和机舱加速度的大量数据，得到不同条拟合直线。通过分析，正常的偏航轴承机舱y方向加速度会随着功率的增加而增加，失效的偏航轴承的机舱y方向加速度会随着功率的增加而增加，但增加的幅度比正常的机组要小。刹车片严重磨损的情况可能会使得机组偏航时振动较大，随着功率的增加，反而减小。将所有直线中最小的斜率设置为直线斜率的阈值，即P1；将所有直线中截距的最大值设置为直线截距的阈值，即P2。通过对收集的数据训练后，得到的P1为0.000027、P2为0.02526。
对训练数据的具体分析过程如下：
如图2、3，其为正常机组，其斜率分别为0.00004、0.00003，均大于训练所得斜率阈值P1，截距分别为0.01546、0.00242均小于训练所得截距阈值P2。
如图4-6，其为异常机组，其斜率分别为0.00002、0.00001、-0.00002，均小于训练所得斜率阈值P1，截距分别为0.02727、0.02898、0.09594，均大于训练所得截距阈值P2。尤其在图6中，刹车片磨损严重，拟合直线的截距为0.09594，与现场风机真实状态基本吻合，所以斜率P1和截距P2取适当的阈值会将正负案例区分开。根据测试结果，可认为正常的偏航轴承机舱y方向加速度会随着功率的增加而随之增加，失效轴承也会随功率增加而随之增加但增加的幅度比正常的机组稍小。刹车片严重磨损的情况可能会使得机组偏航时振动较大，随着功率的增加，反而减小。
对于实际数据，用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取斜率和截距，当斜率k小于P1且截距b大于P2时，则进行偏航轴承失效预警。
本发明实施例通过对风机有功功率进行分箱并且拟合机舱加速度和有功功率，计算拟合直线的斜率和截距进行偏航轴承异常预警，相对于目前现有的通过计算偏航轴承各部件的载荷来预估其生命周期以及性能的变化，从而预警轴承故障问题的方法，本申请通过对偏航运行参数的分析计算，实现难度小，成本低，且评估效果有很大改善，通过失效预警，可提前发现偏航轴承的隐患及趋势，避免隐患加剧发展带来故障的发生。
如图7所示，本发明实施例还公开了一种判断偏航轴承失效的预警系统，所述系统包括：
数据处理模块，用于读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
参数阈值获取模块，用于以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
当前参数获取模块，用于采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
失效预警模块，用于当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
读取每台机组一段时间的数据，数据字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。采集相关数据至少一个月的数据量，采集精度为10s一个点，并将采集后的数据存储至数据库中。
对数据进行预处理，过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。以有功功率10kW为单位分箱计算机舱加速度的均值，并用线性回归拟合训练数据的有功功率以及机舱加速度均值，获取斜率阈值P1和截距阈值P2。
在训练时，拟合收集到的机组有功功率和机舱加速度的大量数据，得到不同条拟合直线。通过分析，正常的偏航轴承机舱y方向加速度会随着功率的增加而增加，失效的偏航轴承的机舱y方向加速度会随着功率的增加而增加，但增加的幅度比正常的机组要小。刹车片严重磨损的情况可能会使得机组偏航时振动较大，随着功率的增加，反而减小。将所有直线中最小的斜率设置为直线斜率的阈值，即P1；将所有直线中截距的最大值设置为直线截距的阈值，即P2。
对于实际数据，用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取斜率和截距，当斜率k小于P1且截距b大于P2时，则进行偏航轴承失效预警。
本发明实施例还公开了一种判断偏航轴承失效的预警设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
本发明实施例还公开了一种可读存储介质，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种判断偏航轴承失效的预警方法，其特征在于，所述方法包括以下操作：
读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
2.根据权利要求1所述的一种判断偏航轴承失效的预警方法，其特征在于，所述采集数据的字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。
3.根据权利要求1所述的一种判断偏航轴承失效的预警方法，其特征在于，所述预处理包括过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。
4.一种判断偏航轴承失效的预警系统，其特征在于，所述系统包括：
数据处理模块，用于读取每台机组一段时间的采集数据，并进行数据预处理，作为训练数据；
参数阈值获取模块，用于以有功功率为单位分箱计算机舱加速度的均值，并采用线性回归拟合训练数据的有功功率和机舱加速度的均值，获取斜率阈值和截距阈值；
当前参数获取模块，用于采用线性回归拟合测试数据的有功功率、机舱加速度均值，获取当前测试数据拟合直线的斜率和截距；
失效预警模块，用于当拟合直线的斜率小于斜率阈值且截距大于截距阈值时，进行偏航轴承失效预警。
5.根据权利要求4所述的一种判断偏航轴承失效的预警系统，其特征在于，所述采集数据的字段信息包括：时间、风机编号、有功功率、偏航速度以及机舱加速度。
6.根据权利要求4所述的一种判断偏航轴承失效的预警系统，其特征在于，所述预处理包括过滤掉空值数据、偏航速度为0m/s的数据以及有功功率小于20kW的数据。
7.一种判断偏航轴承失效的预警设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序，以实现根据权利要求1-3任意一项所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
8.一种可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-3任意一项所述的判断偏航轴承失效的预警方法。
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