CN201820109U - 风力发电机组试验台用在线状态监测系统 - Google Patents

风力发电机组试验台用在线状态监测系统 Download PDF

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王建维
张海华
吴得宗
郝君勇
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Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机组试验台用在线状态监测系统，振动传感器组设置在试验台上风力发电机的传动链上；数据采集单元采集并处理振动传感器组检测的振动传感信号，服务器对数据采集单元处理后的数据进行分析并根据分析结果设定报警信号数值范围，报警信号数值范围设定后，当数据采集单元再次发送给服务器的数据超出报警信号数值范围时，服务器发送给试验台控制器报警信号，试验台控制器发送控制信号给风机控制器，风机控制器控制风电机组停机。本实用新型的有益效果是：统能够在较短的时间内确定风机正常振动范围和报警值，能迅速控制停止试验，避免损坏和事故发生。

Description

风力发电机组试验台用在线状态监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种监测系统，特别涉及一种应用在风力发电机组试验台上，用于检查风机装配质量并监测风电机组的振动状态，提前预测风机的振动报警范围的风力发电机组试验台用在线状态监测系统。
背景技术
目前，由于预测维修较之被动维修(坏了再修)和计划维修(定期维修)有着巨大的优点，所以国内状态监测故障诊断技术在石油、化工、电力、冶金等行业得到了广泛的应用，并且应用效果很好。
预测维修有以下特点：1.仅在机器需要维修时进行维修，降低了维修费用；2.可在机器装配后或检修后验证装配检修质量；3.减少机器停机时间，提高了生产率；4.很大程度上避免了灾难事故的发生；5.不必大量存储备件以保证设备的高可靠性，降低库存费用。
随着风电技术的逐渐成熟，风力发电机以极快的速度发展，机组制造的越来越大，安装的越来越高，而安装环境却通常是在无人区或偏远地区。由于工况非常恶劣，风机在20年的设计寿命期间会出现不同形式的故障，如不平衡、不对中、机械松动、齿轮失效、齿轮磨损、电机故障、轴承故障等。这些故障有的是在车间组装时就已经存在，有的是在机器运行中逐年累积形成。对于前者，如果故障要等到风机吊装到风场再发现，将耗费更多的人力、物力和财力；对于后者如果得不到及时的处理和修正，故障有可能会进一步扩大，对风机造成不可估量的损害。这些故障是可以通过在线状态监测系统来避免或减少的，目前大型风电机组上基本都配备了状态监测，但是对于不同形式的机组，其振动正常范围和报警值的设定需要机组运行至少半年时间经过不断调整才能最终确定。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本实用新型提供了一种可以在风机出厂试验过程中检查风机装配质量，并实时监测风机正常振动范围，预测风机振动报警值的风力发电机组试验台用在线状态监测系统。
本实用新型是通过以下措施实现的：
本实用新型的一种风力发电机组试验台用在线状态监测系统，包括相连接的振动传感器组、数据采集单元、服务器、试验台控制器和风机控制器，所述服务器还连接有客户端计算机，振动传感器组设置在试验台上风力发电机的传动链上；
数据采集单元采集并处理振动传感器组检测的振动传感信号，服务器对数据采集单元处理后的数据进行分析并根据分析结果设定报警信号数值范围，报警信号数值范围设定后，当数据采集单元再次发送给服务器的数据超出报警信号数值范围时，服务器发送给试验台控制器报警信号，试验台控制器发送控制信号给风机控制器，风机控制器控制风电机组停机。
为了更加全面的掌握风力发电机的运行状况，上述振动传感器组包括前主轴轴承径向振动传感器、前主轴轴承轴向振动传感器、后主轴轴承轴向振动传感器、弹性支撑架振动传感器Ⅰ、弹性支撑架振动传感器Ⅱ、齿轮箱入口端轴向振动传感器、齿轮箱齿圈振动传感器、一级平行轴径向振动传感器、高速轴输出轴轴向振动传感器、发电机内侧负载端振动传感器和发电机外侧负载端振动传感器。
本实用新型的有益效果是：(1)在试验台上通过状态监测系统进行测试将极大的消除由于车间装配不当引起的故障。(2)风机样机在型式试验时，须在试验台上做各种模拟试验，包括各种转速下的空载测试、加载测试、超载测试、风况模拟测试、电网模拟测试、低电压穿越测试、变桨试验和紧急制动测试，各种工况都会涉及，振动监测系统能够在较短的时间内确定风机正常振动范围和报警值。(3)风机测试期间如果发现传动链振动异常，能迅速控制停止试验，避免损坏和事故发生。
附图说明
图1：为本实用新型的流程框图；
图2：是状态监测系统(CMS)服务器与风机试验台的通讯流程框图；
图3：本实用新型振动传感器组在风力发电机上布置结构示意图。
图中：图中：1-前主轴轴承径向振动传感器，2-前主轴轴承轴向振动传感器，3-后主轴轴承轴向振动传感器，4-弹性支撑架振动传感器Ⅰ，5-弹性支撑架振动传感器Ⅱ，6-齿轮箱入口端轴向振动传感器，7-齿轮箱齿圈振动传感器，8-一级平行轴径向振动传感器，9-高速轴输出轴轴向振动传感器，10-发电机内侧负载端振动传感器，11-发电机外侧负载端振动传感器。
具体实施方式
本实用新型包括振动传感器组、数据采集单元、带有分析软件和数据库的服务器、试验台控制器、风机控制器和客户端计算机。其关键技术在于：(1)风机在试验台上做整机测试期间，在风力发电机传动链预先选定的位置安装振动传感器组，风力发电机传动链主要包括主轴、齿轮箱和发电机；(2)振动传感器组将其采集的信号通过铠装屏蔽电缆接入到数据采集单元；(3)数据采集单元将处理完的数据通过有线网络发送到事先装有分析软件的服务器中，根据分析数据结果服务器的分析软件中设置报警数值范围，包括警告值和报警值，实验工程师可通过客户端软件察看该风机的运行数据，以便进行深入分析；(4)试验台控制器随时接收报警信息，根据报警级别来控制试验是否继续进行或停机检查。
如附图1所示，本实用新型的流程框图，包括振动传感器组、数据采集单元、带有分析软件和数据库的服务器、客户端计算机、试验台控制器和风机控制器。其中包括振动传感器组、数据采集单元和服务器组成了状态监测系统(CMS)，上述服务器也可称为CMS服务器。如图2所示，状态监测系统(CMS)服务器与风机试验台的通讯流程框图。如图3所示，试验台被测风电机组传动链上共设置了11个振动传感器，按照安装位置命名，分别为前主轴轴承径向振动传感器1、前主轴轴承轴向振动传感器2、后主轴轴承轴向振动传感器3、弹性支撑架振动传感器Ⅰ4、弹性支撑架振动传感器Ⅱ5、齿轮箱入口端轴向振动传感器6、齿轮箱齿圈振动传感器7、一级平行轴径向振动传感器8、高速轴输出轴轴向振动传感器9、发电机内侧负载端振动传感器10和发电机外侧负载端振动传感器11。
其工作原理为：振动传感器径向方向的运动将会挤压传感器中的压电晶体，由于装填的质量块的惯性力，产生临时的电荷，通过传感器集成电路转换为电压信号。数据采集单元配有16个模拟量采集信号输入通道，通过设置11个通道来测量和分析来自振动传感器组的电压信号。数据采集单元同时能够进行数据处理，包括时域波形、FFT、加速度包络分析等。处理完的数据通过有线(TCP/IP协议)网络发送到事先装有分析软件的服务器中，在服务器的分析软件中可以设置报警信号数值范围，包括警告值和报警值，实验工程师可通过客户端计算机软件察看该风机的运行数据(服务器和客户端可以是同一台电脑)，以便对数据进行深入分析。报警信号数值范围设定好以后，当数据采集单元再次发送给服务器的数据超出报警信号数值范围时，服务器通过OPC接口向试验台控制器发送报警信号。由试验台控制器根据报警级别来判断是否需要停机检修，如果需要，试验台控制器发送停机指令给风机控制器，由风机控制器控制风电机组停机，如果不需要，试验台不进行任何操作。不管需不需要停机，试验台操作界面都显示报警级别，操作状态、报警来源及专家建议。
综上所述，通过振动传感器检测试验台被测风机的振动状态，经过数据采集单元对数据进行处理并传送到带有分析软件的服务器，从而能够监测风机振动状态，预测风机振动报警范围；同时形成的报警信号传送到试验台控制系统，实现试验台自动根据报警级别进行停机控制，进而实现了对装配质量的检查。
上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (2)

1.一种风力发电机组试验台用在线状态监测系统，其特征在于：包括相连接的振动传感器组、数据采集单元、服务器、试验台控制器和风机控制器，所述服务器还连接有客户端计算机，振动传感器组设置在试验台上风力发电机的传动链上；
数据采集单元采集并处理振动传感器组检测的振动传感信号，服务器对数据采集单元处理后的数据进行分析并根据分析结果设定报警信号数值范围，报警信号数值范围设定后，当数据采集单元再次发送给服务器的数据超出报警信号数值范围时，服务器发送给试验台控制器报警信号，试验台控制器发送控制信号给风机控制器，风机控制器控制风电机组停机。
2.根据权利要求1所述风力发电机组试验台用在线状态监测系统，其特征在于：所述振动传感器组包括前主轴轴承径向振动传感器、前主轴轴承轴向振动传感器、后主轴轴承轴向振动传感器、弹性支撑架振动传感器Ⅰ、弹性支撑架振动传感器Ⅱ、齿轮箱入口端轴向振动传感器、齿轮箱齿圈振动传感器、一级平行轴径向振动传感器、高速轴输出轴轴向振动传感器、发电机内侧负载端振动传感器和发电机外侧负载端振动传感器。
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