CN112556820A - 一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，检测振动装置包括用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件，试验装置，通信线缆，交流电源。光束分离器将激光束分成参考光束和测量光束；参考光束由偏转器向下偏转，测量光束在通过第二个光束分离器后聚焦到样本上，并进行反射，该反射光束由第二个光束分离器向下分离，然后与参考光束合并到激光检测器上，测量电路检测出干涉条纹的数据，分析振动。其他部件完成检测、判定、试验。装置能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，抗光、电干扰能力强。
Description
技术领域
本发明涉及一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，属于风电机组振动检测领域。
背景技术
近年来，全球可再生能源利用年增长率达到25%。可再生能源的利用将以电力行业为主导，非水力可再生能源的发电比例将扩大两倍。据统计，2030年可再生能源的消费将超过22亿t油当量。风能发电作为除水力发电外技术最成熟的一种可再生能源发电，其装机容量占整个可再生能源发电装机总容量的绝大部分。
风力发电机组包括风轮、发电机；风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成；它有叶片受风力旋转发电、发电机机头转动等功能。风力发电电源由风力发电机组、支撑发电机组的塔架、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组等组成。
设备复杂的风电机组快速发展的同时，风电机组的监控却还处在开发阶段。
风电控制系统的现场控制站包括：塔座主控制器机柜、机舱控制站机柜、变桨距系统、变流器系统、现场触摸屏站、以太网交换机、现场总线通讯网络、UPS电源、紧急停机后备系统等。
1、塔座控制站
塔座控制站即主控制器机柜是风电机组设备控制的核心，主要包括控制器、I/O模件等。控制器硬件采用32位处理器，系统软件采用强实时性的操作系统，运行机组的各类复杂主控逻辑通过现场总线与机舱控制器机柜、变桨距系统、变流器系统进行实时通讯，以使机组运行在最佳状态。
控制器的组态采用功能丰富、界面友好的组态软件，采用符合IEC61131-3标准的组态方式，包括：功能图（FBD）、指令表（LD）、顺序功能块（SFC）、梯形图、结构化文本等组态方式。
2、机舱控制站
机舱控制站采集机组传感器测量的温度、压力、转速以及环境参数等信号，通过现场总线和机组主控制站通讯，主控制器通过机舱控制机架以实现机组的偏航、解缆等功能，此外还对机舱内各类辅助电机、油泵、风扇进行控制以使机组工作在最佳状态。
3、变桨距系统
大型MW级以上风电机组通常采用液压变桨系统或电动变桨系统。变桨系统由前端控制器对3个风机叶片的桨距驱动装置进行控制，其是主控制器的执行单元，采用CANOPEN与主控制器进行通讯，以调节3个叶片的桨距工作在最佳状态。变桨系统有后备电源系统和安全链保护，保证在危急工况下紧急停机。
4、变流器系统
大型风力发电机组目前普遍采用大功率的变流器以实现发电能源的变换，变流器系统通过现场总线与主控制器进行通讯，实现机组的转速、有功功率和无功功率的调节。
5、现场触摸屏站
现场触摸屏站是机组监控的就地操作站，实现风力机组的就地参数设置、设备调试、维护等功能，是机组控制系统的现场上位机操作员站。
6、以太网交换机（HUB）
系统采用工业级以太网交换机，以实现单台机组的控制器、现场触摸屏和远端控制中心网络的连接。现场机柜内采用普通双绞线连接，和远程控制室上位机采用光缆连接。
7、现场通讯网络
主控制器具有CANOPEN、PROFIBUS、MODBUS、以太网等多种类型的现场总线接口，可根据项目的实际需求进行配置。
8、UPS电源
UPS电源用于保证系统在外部电源断电的情况下，机组控制系统、危急保护系统以及相关执行单元的供电。
风电机组设备庞大、结构复杂、安全隐患繁多，并且安全隐患原因多种多样，近年来多次发生因为风电机组机舱内瓦振横向振动加速度超标造成的风电机组倒塔等事故，目前风力发电机组振动监控系统的测量灵敏度低、反应速度慢、抗光、电干扰能力不强，不仅严重威胁到风力发电机组主设备安全，还影响到风电场长期安全可靠运行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，其特征在于：风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置包括用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件，试验装置，通信线缆，交流电源；所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件安装于风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器的前方，所述风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件安装于风机机舱控制柜内，同其他风机控制柜布置在一排；所述试验装置布置在风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件的下方，所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件和风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器的数据均输入风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件，所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件、试验装置通过通信线缆相连接，所述交流电源为整个装置供电。
进一步的，所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件包括激光器、光束分离器、第二光束分离器、偏转器、激光检测器和测量电路等；所述光束分离器将激光束分成参考光束和测量光束，参考光束由偏转器向下偏转，测量光束在通过第二个光束分离器后聚焦到样本上，并进行反射，该反射光束由第二个光束分离器向下分离，然后与参考光束合并到激光检测器上，测量电路检测出干涉条纹的数据分析振动。上述部件的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
进一步的，试验装置设计在风电机组机舱控制柜内，控制回路短，保护反应迅速。
本发明的设计目的：
检测风电机组瓦振横向振动加速度，当风电机组瓦振横向振动加速度运行异常，风电机组控制系统无法控制风电机组的瓦振横向振动加速度运行在正常范围内时，为防止损害风电机组，控制装置使风电机组前置顺浆保护或者跳闸(风电机组快速顺浆)。
风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的功能：
监视风电机组的机舱内瓦振和变化速率参数，当这些参数超过其运行限制值时，该系统将提供如下功能：
1）在危险工作状态下，对风电机组提供跳闸逻辑。
2）在危险工作状态下，对风电机组提供顺浆逻辑。
3）当风电机组启动条件确定时，在集控室中手动做风电机组复位工作。
所述检测方法如下：
1）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件检测机舱内瓦振横向振动加速度的信号；
2）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件将检测到的机舱内瓦振横向振动加速度的信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器；
3）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器通过通信线缆将信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件；
4）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件将用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件收到机舱内瓦振横向振动加速度的高1值时，发出自动收浆的命令，作用于变桨系统；当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件收到机舱内瓦振横向振动加速度的高2值或者机舱内瓦振横向振动加速度达到安全链的振动模块定值时，触发逻辑出口；
6）逻辑出口为：
①风电机组叶片（三只）快速顺浆至90度位置；
②同时风电机组发电机跳闸，脱离电网；
③同时风电机组偏航至对风的方向；
7）当用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件中故障信号复归后再次启动风电机组并网发电；
8）通过试验装置来试验控制装置的性能是否处于良好备用状态；试验装置应用双通道设计（开关打至“试验位置1”时，只有“试验1通道”连通；开关打至“试验位置2”时，只有“试验2通道”连通；当开关打至“正常位置”时，两通道都连通，有且只有两通道都连通时逻辑出口才能触发），允许重要信号在线试验；试验前，将试验开关打至“试验”位置，逐步触发用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件中故障信号（模拟信号），验证风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件中各信号灯亮；试验后，将所有用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件中故障信号（虚拟信号）复归，复位逻辑出口，将试验开关打至“正常”位置；
9）试验装置每年进行一次试验，确保风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置动作正常。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、实用性强，适合风电行业使用，具备可操作性，实践证明是一种很好的方法。
2、具备科学性，能满足危及情况时保护风电机组的要求。
3、具有灵敏度高、结果直观形象等优点。
4、可操作性强，在考虑科学性的基础上，指标有理有据，原始数据方便获取，具备可操作性。
5、检测速度快。
6、抗光电干扰能力强。
7、具有广泛适用性。
8、风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
附图说明
图1是本发明风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的结构示意图。
图中：用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3，试验装置4，通信线缆5，交流电源6。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
参见图1，本实施例中，一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置包括用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3，试验装置4，通信线缆5，交流电源6；用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1安装于风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2的前方，风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3安装于风机机舱控制柜内，同其他风机控制柜布置在一排；试验装置4布置在风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3的下方，用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1和风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2的数据均输入风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3，用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3、试验装置4通过通信线缆5相连接，交流电源6为整个装置供电；
检测方法如下：
1）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1检测机舱内瓦振横向振动加速度的信号；
2）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1将检测到的机舱内瓦振横向振动加速度的信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2；
3）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器2通过通信线缆5将信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3；
4）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3将用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3收到机舱内瓦振横向振动加速度的高1值时，发出自动收浆的命令，作用于变桨系统；当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3收到机舱内瓦振横向振动加速度的高2值或者机舱内瓦振横向振动加速度达到安全链的振动模块定值时，触发逻辑出口；
6）逻辑出口为：
①风电机组叶片（三只）快速顺浆至90度位置；
②同时风电机组发电机跳闸，脱离电网；
③同时风电机组偏航至对风的方向；
7）当用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1中故障信号复归后再次启动风电机组并网发电；
8）通过试验装置4来试验控制装置的性能是否处于良好备用状态；试验装置应用双通道设计（开关打至“试验位置1”时，只有“试验1通道”连通；开关打至“试验位置2”时，只有“试验2通道”连通；当开关打至“正常位置”时，两通道都连通，有且只有两通道都连通时逻辑出口才能触发），允许重要信号在线试验；试验前，将试验开关打至“试验”位置，逐步触发用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1中故障信号（模拟信号），验证风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件3中各信号灯亮；试验后，将所有用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1中故障信号（虚拟信号）复归，复位逻辑出口，将试验开关打至“正常”位置；
9）试验装置4每年进行一次试验，确保风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置动作正常。
具体的，用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件1包括激光器、光束分离器、第二光束分离器、偏转器、激光检测器和测量电路等；光束分离器将激光束分成参考光束和测量光束，参考光束由偏转器向下偏转，测量光束在通过第二个光束分离器后聚焦到样本上，并进行反射，该反射光束由第二个光束分离器向下分离，然后与参考光束合并到激光检测器上，测量电路检测出干涉条纹的数据分析振动。上述部件的优点是能实现无接触远距离测量，速度快，精度高，量程大，抗光、电干扰能力强等。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，其特征在于：风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置包括用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1），风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2），风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3），试验装置（4），通信线缆（5），交流电源（6）；所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）安装于风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2）的前方，所述风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）安装于风机机舱控制柜内，同其他风机控制柜布置在一排；所述试验装置（4）布置在风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）的下方，所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）和风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2）的数据均输入风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3），所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2）、风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）、试验装置（4）通过通信线缆（5）相连接，所述交流电源（6）为整个装置供电；
所述检测方法如下：
1）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）检测机舱内瓦振横向振动加速度的信号；
2）用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）将检测到的机舱内瓦振横向振动加速度的信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2）；
3）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度前置器（2）通过通信线缆（5）将信号传输至风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）；
4）风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）将用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）中同类测点通过三取二判断信号为“真”；
5）当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）收到机舱内瓦振横向振动加速度的高1值时，发出自动收浆的命令，作用于变桨系统；当风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）收到机舱内瓦振横向振动加速度的高2值或者机舱内瓦振横向振动加速度达到安全链的振动模块定值时，触发逻辑出口；
6）逻辑出口为：
①风电机组叶片快速顺浆至90度位置；
②同时风电机组发电机跳闸，脱离电网；
③同时风电机组偏航至对风的方向；
7）当用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）中故障信号复归后再次启动风电机组并网发电；
8）通过试验装置（4）来试验控制装置的性能是否处于良好备用状态；试验装置应用双通道设计，允许重要信号在线试验；试验前，将试验开关打至“试验”位置，逐步触发用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）中故障信号，验证风电机组机舱内瓦振横向振动加速度判定部件（3）中各信号灯亮；试验后，将所有用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）中故障信号复归，复位逻辑出口，将试验开关打至“正常”位置；
9）试验装置（4）每年进行一次试验，确保风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置动作正常。
2.根据权利要求1所述的风电机组瓦振横向振动加速度激光干涉检测振动装置的检测方法，其特征在于：所述用于检测风电机组机舱内瓦振横向振动加速度的激光干涉检测振动部件（1）包括激光器、光束分离器、第二光束分离器、偏转器、激光检测器和测量电路；所述光束分离器将激光束分成参考光束和测量光束，参考光束由偏转器向下偏转，测量光束在通过第二个光束分离器后聚焦到样本上，并进行反射，该反射光束由第二个光束分离器向下分离，然后与参考光束合并到激光检测器上，测量电路检测出干涉条纹的数据分析振动。
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2020
- 2020-11-10 CN CN202011243955.1A patent/CN112556820A/zh active Pending
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