CN115247630A - 一种风电机组状态监测与故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风电机组状态监测与故障诊断系统，包括：风电机组、控制柜、多状态监测装置和故障诊断服务器，多状态监测装置包括设置在机舱内的振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器，控制柜内设置有控制器以及数据融合模块、无线通信模块，数据融合模块连接信号调理模块，信号调理模块连接多状态监测装置；控制器通过无线通信模块与故障诊断服务器无线通信连接，工作人员的手持终端通过访问故障诊断服务器获取风电机组状态数据和风电机组的故障状态。本发明能够采集振动、局放、温度、转速等多项状态参数，对风电机组运行状态进行多维度实时监测诊断，并将数据上传到故障诊断终端，实现远程监测，提升风电机组运检工作质量。

Description

一种风电机组状态监测与故障诊断系统

技术领域

本发明涉及风电机组运行维护技术领域，特别是涉及一种风电机组状态监测与故障诊断系统。

背景技术

风力发电与火电、核电相比，单机容量小，占地面积广，且大多位于偏远地区，技术与运行条件都比较差，因此为了使各个风电机组都能够完全运行，以及对风电方面相关的信息进行有效的规范化管理，提高风电场的效率，一套性能完善的监控与管理系统对于风电场的运行是至关重要的。

风电机组是将风能转化为电能的装置，其运行状况是否正常直接影响着风电的产量，风电机组的故障可能导致自身零件的损坏，甚至有可能造成更严重的后果。为了保障风电机组的安全运行，就需要对风电机组的运行状况进行监测，对可能发生的故障进行及时诊断。现有的风电机组的状态监测与故障诊断的技术是通过对风电机组所发出的振动信号进行定期监测，利用振动频率是否与正常情况有差异来判断其运行状态，从而提前发现潜在的故障部位，及时进行检修。由于风电机组运行工况复杂，影响因素众多，同一种故障往往有不同的表现，同一种症状又常常是几种故障共同作用的结果，严格说来，检测量与故障特征之间，故障特征与故障源之间都是一种非线性映射，仅依靠单个传感器得到的故障特征量一般无法有效地完成故障诊断。而现有技术仅利用振动频率作为诊断风电机组的运行状态和故障的唯一依据，其准确度比较差，常常出现误判，影响风电机组运行维护效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种风电机组状态监测与故障诊断系统，采用多种传感器，能够采集振动、局放、温度、转速等多项状态参数，对风电机组运行状态进行多维度实时监测诊断，并将数据上传到故障诊断终端，实现远程监测，提升风电机组运检工作质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种风电机组状态监测与故障诊断系统，包括：风电机组以及设置在风电机组的机舱外的控制柜、多状态监测装置和故障诊断服务器，所述多状态监测装置用于监测风电机组状态数据，所述多状态监测装置包括设置在机舱内的振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器，所述控制柜内设置有控制器以及与控制器电性连接的数据融合模块、无线通信模块，所述数据融合模块连接有信号调理模块，所述信号调理模块分别与所述振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器电性连接；所述控制器通过所述无线通信模块与故障诊断服务器无线通信连接，所述故障诊断服务器设置在风力发电中控室，所述故障诊断服务器对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的故障状态；所述故障诊断服务器与多个手持终端无线通信连接，工作人员的手持终端通过访问故障诊断服务器获取风电机组状态数据和风电机组的故障状态。

进一步的，所述信号调理模块包括依次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器，所述模数转换器与所述数据融合模块相连，所述滤波器与所述控制器连接。

进一步的，所述无线通信模块为GPRS无线通信模块，所述故障诊断服务器与所述控制器之间采用GPRS无线通信协议通信。

进一步的，所述故障诊断服务器包括风机运行状态诊断模块和故障风机锁定模块，所述风机运行状态诊断模块与所述故障风机锁定模块连接，所述风机运行状态诊断模块用于对风场内的风电机组运行状态进行实时的状态诊断评价，所述风机运行状态诊断模块的故障分析方式包括趋势图分析、时域分析、频域分析和包络分析中的一个或多个，所述故障风机锁定模块用于对存在故障的风机进行定位锁定。

进一步的，所述控制柜内还设置有显示器和报警器，所述显示器和报警器分别与所述控制器电性连接，所述控制器控制所述显示器显示振动、局放、温度、转速数据，所述控制器内设置有振动、局放、温度、转速的报警阈值，当多状态监测装置采集到的风电机组状态数据超出报警阈值，所述控制器控制所述报警器报警。

进一步的，所述报警器包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯用于通过灯光显示报警信息；所述蜂鸣器用于通过声音提示报警信息。

进一步的，所述控制器电性连接有GPS定位模块，用于对控制柜所在风电机组进行定位。

进一步的，所述温度传感器采用SAW测温传感器，所述局部放电传感器采用UHF局部放电传感器，所述振动传感器采用型号PCB356A15的振动传感器。

进一步的，所述系统还包括设置在风电机组塔筒上的摄像头，所述摄像头通过通信线缆与所述控制器连接，所述摄像头用于采集所述风电机组的图像信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的风电机组状态监测与故障诊断系统，通过设置振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器等多种传感器，实现风电机组多类运行状态参数的实时监测，避免了传统运维方式下单一传感参数无法准确判断运行状态和故障的问题；控制柜中的控制器通过无线通信模块与故障诊断服务器远程通信，实现远程自动化监测；风电机组发生故障时，工作人员通过手持终端得到故障诊断服务器下发的故障信息，第一时间得知故障电机及位置，及时抢修，提升风电机组运检工作质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例风电机组状态监测与故障诊断系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种风电机组状态监测与故障诊断系统，采用多种传感器，能够采集振动、局放、温度、转速等多项状态参数，对风电机组运行状态进行多维度实时监测诊断，并将数据上传到故障诊断终端，实现远程监测，提升风电机组运检工作质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明实施例提供的风电机组状态监测与故障诊断系统，包括：风电机组以及设置在风电机组的机舱外的控制柜、多状态监测装置和故障诊断服务器，所述多状态监测装置用于监测风电机组状态数据，所述多状态监测装置包括设置在机舱内的振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器，分别采集风电机组的振动数据、局放数据、工作温度、运行转速等；

所述控制柜内设置有控制器以及与控制器电性连接的数据融合模块、无线通信模块，所述数据融合模块连接有信号调理模块，所述信号调理模块分别与所述振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器电性连接；所述控制器通过所述无线通信模块与故障诊断服务器无线通信连接，所述无线通信模块为GPRS无线通信模块，所述故障诊断服务器与所述控制器之间采用GPRS无线通信协议通信。所述故障诊断服务器设置在风力发电中控室，所述故障诊断服务器对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的故障状态；所述故障诊断服务器与多个手持终端无线通信连接，工作人员的手持终端通过访问故障诊断服务器获取风电机组状态数据和风电机组的故障状态。

其中，所述信号调理模块包括依次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器，所述模数转换器与所述数据融合模块相连，所述滤波器与所述控制器连接。

所述故障诊断服务器包括风机运行状态诊断模块和故障风机锁定模块，所述风机运行状态诊断模块与所述故障风机锁定模块连接，所述风机运行状态诊断模块用于对风场内的风电机组运行状态进行实时的状态诊断评价，所述风机运行状态诊断模块的故障分析方式包括趋势图分析、时域分析、频域分析和包络分析中的一个或多个，所述故障风机锁定模块用于对存在故障的风机进行定位锁定。

例如，所述风机运行状态诊断模块对振动信号进行频域分析，对所述振动信号进行频域分析，以获得风电机组振动状态的频域特征值，具体步骤为：

对振动信号进行快速傅里叶变换，得到振动信号的第一频谱；对所述第一频谱进行频率校正，得到第二频谱；对所述第二频谱进行幅值校正，得到第三频谱；根据所述第三频谱提取风电机组的固有频率及固有频率的频谱幅值，作为所述频域特征值。

所述故障诊断服务器还设置有历史数据查询模块，包括查询子模块和存储子模块，能够存储风电机组的历史监测数据，便于工作人员后期进行查询分析。

所述控制柜内还设置有显示器和报警器，所述显示器和报警器分别与所述控制器电性连接，所述控制器控制所述显示器显示振动、局放、温度、转速数据，所述控制器内设置有振动、局放、温度、转速的报警阈值，当多状态监测装置采集到的风电机组状态数据超出报警阈值，所述控制器控制所述报警器报警。所述报警器包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯用于通过灯光显示报警信息；所述蜂鸣器用于通过声音提示报警信息。

所述控制器电性连接有GPS定位模块，用于对控制柜所在风电机组进行定位。所述控制器可以采用PLC。所述温度传感器采用SAW测温传感器，所述局部放电传感器采用UHF局部放电传感器，所述振动传感器采用型号PCB356A15的振动传感器。

所述系统还包括设置在风电机组塔筒上的摄像头，所述摄像头通过通信线缆与所述控制器连接，所述摄像头用于采集所述风电机组的图像信息。安装于风电机组塔筒的摄像头应根据所需监控的范围、角度、场景以及现场条件来选择安装方法和安装数量。

本发明中，控制柜和风电机组设置在各个监测节点，故障诊断服务器作为中心节点，每个风电机组的监测节点具有唯一的身份标识号，各风电机组的监测节点具有相同结构以及数据处理和通信能力；各个监测节点用于采集不同位置的风电机组状态数据，中心节点收集所有监测节点的风电机组状态数据，并将收集的风电机组状态数据传递给故障诊断服务器，实现全面监测布局。

所述风电机组状态监测与故障诊断系统的工作原理如下：

(1)通过设置在风电机组机舱内的振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器监测风电机组状态数据；

(2)对采集到的数据进行滤波处理，控制柜内的控制器对采集到的风电机组状态数据进行初步评估，并根据振动、局放、温度、转速的报警阈值，进行比较；同时，控制器将风电机组状态数据通过无线通信模块传输到故障诊断服务器；

(3)经过控制器比较若不满足要求，通过报警器发出报警信号，便于现场工作人员及时发现；故障诊断服务器接收到数据，对风电机组状态数据再作进一步分析，处理后的风电机组状态数据在经故障诊断后，诊断出具体的故障部位；

(4)故障诊断服务器向工作人员的手持终端发出风电机组故障信号，工作人员便可以了解机组实时信息。

本发明提供的风电机组状态监测与故障诊断系统，通过设置振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器等多种传感器，实现风电机组多类运行状态参数的实时监测，避免了传统运维方式下单一传感参数无法准确判断运行状态和故障的问题；控制柜中的控制器通过无线通信模块与故障诊断服务器远程通信，实现远程自动化监测；风电机组发生故障时，工作人员通过手持终端得到故障诊断服务器下发的故障信息，第一时间得知故障电机及位置，及时抢修，提升风电机组运检工作质量。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种风电机组状态监测与故障诊断系统，包括风电机组以及设置在风电机组的机舱外的控制柜，其特征在于，还包括：多状态监测装置和故障诊断服务器，所述多状态监测装置用于监测风电机组状态数据，所述多状态监测装置包括设置在机舱内的振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器，所述控制柜内设置有控制器以及与控制器电性连接的数据融合模块、无线通信模块，所述数据融合模块连接有信号调理模块，所述信号调理模块分别与所述振动传感器、局部放电传感器、温度传感器、转速传感器电性连接；所述控制器通过所述无线通信模块与故障诊断服务器无线通信连接，所述故障诊断服务器设置在风力发电中控室，所述故障诊断服务器对风电机组状态数据进行数据分析和处理，及时判断风电机组的故障状态；所述故障诊断服务器与多个手持终端无线通信连接，工作人员的手持终端通过访问故障诊断服务器获取风电机组状态数据和风电机组的故障状态。

2.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述信号调理模块包括依次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器，所述模数转换器与所述数据融合模块相连，所述滤波器与所述控制器连接。

3.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述无线通信模块为GPRS无线通信模块，所述故障诊断服务器与所述控制器之间采用GPRS无线通信协议通信。

4.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述故障诊断服务器包括风机运行状态诊断模块和故障风机锁定模块，所述风机运行状态诊断模块与所述故障风机锁定模块连接，所述风机运行状态诊断模块用于对风场内的风电机组运行状态进行实时的状态诊断评价，所述风机运行状态诊断模块的故障分析方式包括趋势图分析、时域分析、频域分析和包络分析中的一个或多个，所述故障风机锁定模块用于对存在故障的风机进行定位锁定。

5.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述控制柜内还设置有显示器和报警器，所述显示器和报警器分别与所述控制器电性连接，所述控制器控制所述显示器显示振动、局放、温度、转速数据，所述控制器内设置有振动、局放、温度、转速的报警阈值，当多状态监测装置采集到的风电机组状态数据超出报警阈值，所述控制器控制所述报警器报警。

6.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述报警器包括指示灯和蜂鸣器，所述指示灯用于通过灯光显示报警信息；所述蜂鸣器用于通过声音提示报警信息。

7.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述控制器电性连接有GPS定位模块，用于对控制柜所在风电机组进行定位。

8.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述温度传感器采用SAW测温传感器，所述局部放电传感器采用UHF局部放电传感器，所述振动传感器采用型号PCB356A15的振动传感器。

9.根据权利要求1所述的风电机组状态监测与故障诊断系统，其特征在于，所述系统还包括设置在风电机组塔筒上的摄像头，所述摄像头通过通信线缆与所述控制器连接，所述摄像头用于采集所述风电机组的图像信息。

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