CN202326011U - 一种风电机组的状态监测与故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电机组的状态监测与故障诊断系统。该系统包括：信号调理模块、数据采集模块、机舱控制柜、中央控制器、数据库服务器以及设置于风电机组的机舱内部的加速度传感器；其中，加速度传感器连接信号调理模块；信号调理模块和机舱控制柜分别与数据采集模块相连；数据采集模块与中央控制器具有通信连接；中央控制器与数据库服务器相连。本实用新型能提高状态监测和故障诊断的准确度。

Description

一种风电机组的状态监测与故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及风电机组的状态监测与故障诊断技术领域，特别是涉及一种风电机组的状态监测与故障诊断系统。

背景技术

风能是太阳能的一种转换形式，取之不尽、用之不竭。在将风能转换为电能的过程中，不会产生任何有害气体和废料，不污染环境，因而风能的利用受到世界各国政府的广泛重视。近几年，风力发电产业进入一个高速增长期。

风力发电机组(简称风电机组)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。但是，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，影响风电生产效率。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种风电机组的状态监测与故障诊断系统，能提高状态监测和故障诊断的准确度。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种风电机组的状态监测与故障诊断系统，该系统包括：信号调理模块、数据采集模块、机舱控制柜、中央控制器、数据库服务器以及设置于所述风电机组的机舱内部的加速度传感器；其中，

所述加速度传感器连接所述信号调理模块；

所述信号调理模块和所述机舱控制柜分别与所述数据采集模块相连；

所述数据采集模块与所述中央控制器具有通信连接；

所述中央控制器与所述数据库服务器相连。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步，所述中央控制器设置于所述风电机组的中央监控室内。

进一步，所述机舱控制柜与所述数据采集模块通过CAN总线相连。

进一步，所述信号调理模块包括顺次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器；

所述模数转换器与所述数据采集模块相连。

进一步，还包括与所述中央控制器相连的报警器。

进一步，还包括与所述中央控制器相连的终端设备。

进一步，述终端设备包括显示装置。

进一步，所述终端设备包括输入装置。

本实用新型的有益效果是：本实用新型中，加速度传感器将检测到的风电机组机舱内的振动信息以电信号的形式发送到信号调理模块，信号调理模块对其进行处理后，即将得到的适合数据采集模块识别的数据发送到数据采集模块；机舱控制柜与数据采集模块也相连，就可以将其从风电机组其他设备获得的实时过程量信号(如发电机转速、有功功率、无功功率、发电机励磁电流、齿轮箱润滑油温等)发送到数据采集模块，这样，数据采集模块就可以将信号调理模块送来的含有风电机组振动信息的数据与机舱控制柜送来的实时过程量信号封装成数据包发送到中央控制器，由中央控制器进行分析，计算得到时域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和频域特征值，并根据ISO国际振动标准并结合该风电机组的振动特性来设置该风电机组的时域报警值、频域报警值以及停机值，在任一时域特征值、频域特征值超过相应预定的报警值时，中央控制器转入故障诊断程序，例如，可以采用模糊聚类分析方法，根据经验、资料统计和故障机理来分析建立征兆论域与故障论域之间的模糊关系矩阵，确定引起风电机组振动过大的原因。在该过程中，数据库服务器能够保存中央控制器所接收的数据、实时过程量信号，同时还预存各种模糊关系矩阵以及该风电机组的时域报警值、频域报警值和停机值。可见，本实用新型结合了振动数据与实时过程量信号两方面的信息来对风电机组的状态监测与故障诊断，其准确度要比现有技术高得多。

附图说明

图1为本实用新型提出的风电机组的状态监测与故障诊断系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

图1为本实用新型提出的风电机组的状态监测与故障诊断系统的结构图。如图1所示，该系统包括：信号调理模块102、数据采集模块103、机舱控制柜104、中央控制器105、数据库服务器106以及设置于风电机组的机舱内部的加速度传感器101。

如图1所示，加速度传感器101的数量为一个以上，其设置于机舱内部需要监测振动情况的位置。加速度传感器是一种能检测到加速度并将其转换成电信号输出的传感器，通过对其测得的电信号进行分析，可获得机舱内部加速度传感器所在位置的振动信息。

各加速度传感器101连接信号调理模块102，从而将电信号输出到信号调理模块102。这里的信号调理模块102承担着将电信号转换为数据采集模块103能够识别的数据的职责，具体的，信号调理模块102可以包括顺次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器，从而依次实现对电信号的滤波、放大和模数转换，最终得到表征加速度传感器101所在位置的振动信息的数字信号。

图1中，信号调理模块102和机舱控制柜104分别与数据采集模块103相连，在信号调理模块102包括滤波器、功率放大器和模数转换器的情况下，可将模数转换器与数据采集模块103相连。

这样，信号调理模块102(进一步，其中的模数转换器)所得到的数字信号即被输出到数据采集模块103。机舱控制柜104是风电机组的一个固有组件，其可对风电机组运行过程中的一些实时过程量信号(如发电机转速、有功功率、无功功率、发电机励磁电流、齿轮箱润滑油温等)进行分析处理，本实用新型将机舱控制柜104与数据采集模块103相连，可将机舱控制柜104中的实时过程量信号发送到数据采集模块103，由此，数据采集模块103处就同步集中了风电机组运行过程中的振动信息(即上述的数字信号)和实时过程量信号，其可将这两种信号封装为一个数据包，通过将数据采集模块103与中央控制器105进行通信连接，上述的数据包即被送到中央控制器105，接着就可以被中央控制器105送到与其相连的数据库服务器106进行保存了。

通常情况下，在风电机发生故障的前后，除了伴随有振动从小到大的变化之外，一定还会伴随有实时过程量信号的变化，如轴承磨损会伴随滚动轴承润滑脂温度的升高，发电机转子热弯曲会伴随发电机励磁电流的增大等，因此，本实用新型在监测风电机组的运行状况以及诊断风电机组的故障时，可将风电机组的实时过程量信号与表征振动信息的数字信号同时接入中央控制器，通过将功率变化趋势、齿轮箱润滑油温变化趋势、发电机励磁电流变化趋势等过程量变化趋势与振动变化趋势作对比，判断振动发生的可能原因，进而将这些特征数据作为故障征兆域信息，通过模糊数学的聚类理论计算出可能的故障原因。

由此可见，本实用新型中，加速度传感器将检测到的风电机组机舱内的振动信息以电信号的形式发送到信号调理模块，信号调理模块对其进行处理后，即将得到的适合数据采集模块识别的数据发送到数据采集模块；机舱控制柜与数据采集模块也相连，就可以将其从风电机组其他设备获得的实时过程量信号(如发电机转速、有功功率、无功功率、发电机励磁电流、齿轮箱润滑油温等)发送到数据采集模块，这样，数据采集模块就可以将信号调理模块送来的含有风电机组振动信息的数据与机舱控制柜送来的实时过程量信号封装成数据包发送到中央控制器，由中央控制器进行分析，计算得到时域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和频域特征值，并根据ISO国际振动标准并结合该风电机组的振动特性来设置该风电机组的时域报警值、频域报警值以及停机值，在任一时域特征值、频域特征值超过相应预定的报警值时，中央控制器转入故障诊断程序，例如，可以采用模糊聚类分析方法，根据经验、资料统计和故障机理来分析建立征兆论域与故障论域之间的模糊关系矩阵，确定引起风电机组振动过大的原因。在该过程中，数据库服务器能够保存中央控制器所接收的数据、实时过程量信号，同时还预存各种模糊关系矩阵以及该风电机组的时域报警值、频域报警值和停机值。可见，本实用新型结合了振动数据与实时过程量信号两方面的信息来对风电机组的状态监测与故障诊断，其准确度要比现有技术高得多。

上述的模糊关系矩阵可以包括如下三种类型：

第一种：根据振动与频谱的关系建立的“频谱特性关系矩阵”；

第二种：根据振动与运行工况的关系建立的“运行特性关系矩阵”；

第三种：根据振动部位的不同所建立的“振动特性关系矩阵”。

诊断时，中央控制器根据模糊数学理论的阈值原则、最大隶属度原则和聚类中心向量即可诊断出引起风电机组振动过大的原因。

通常情况下，中央控制器105是设置于风电机组的中央监控室内的，数据采集模块103则一般设置于靠近风电机组的位置，如机舱内部等，这样，数据采集模块103与中央控制器105之间的通信连接就有多种实现方式，如有线方式、无线方式等。

本实用新型中，机舱控制柜104与数据采集模块103之间的通信链路是提高该系统的状态监测和故障诊断的准确度的保障，因而二者之间的通信必须可靠，一个较佳实施例为二者之间通过控制器局域网络(CAN)总线相连。

如图1所示，该系统还可以包括与中央控制器105相连的报警器107，这样，中央控制器105在判断出风电机组的故障情况后，可以通过报警的方式将故障信息通知给维护人员，有利于风电机组维护的及时有效。

除了报警器107，本实用新型还可以设置与中央控制器105相连的终端设备108，这样，中央控制器105所获得的各种数据、监测到的风电机组的运行状态、诊断出的故障信息都可以实时提供给维护人员，实现了人机交互，保证了风电机组运行信息的有效反馈。这里的终端设备108包括显示器、触摸屏等显示装置，也可以包括键盘、鼠标、触摸屏等输入装置。

由此可见，本实用新型具有以下优点：

(1)本实用新型中，加速度传感器将检测到的风电机组机舱内的振动信息以电信号的形式发送到信号调理模块，信号调理模块对其进行处理后，即将得到的适合数据采集模块识别的数据发送到数据采集模块；机舱控制柜与数据采集模块也相连，就可以将其从风电机组其他设备获得的实时过程量信号(如发电机转速、有功功率、无功功率、发电机励磁电流、齿轮箱润滑油温等)发送到数据采集模块，这样，数据采集模块就可以将信号调理模块送来的含有风电机组振动信息的数据与机舱控制柜送来的实时过程量信号封装成数据包发送到中央控制器，由中央控制器进行分析，计算得到时域特征值(如均方根值、峰值、峭度等)和频域特征值，并根据ISO国际振动标准并结合该风电机组的振动特性来设置该风电机组的时域报警值、频域报警值以及停机值，在任一时域特征值、频域特征值超过相应预定的报警值时，中央控制器转入故障诊断程序，例如，可以采用模糊聚类分析方法，根据经验、资料统计和故障机理来分析建立征兆论域与故障论域之间的模糊关系矩阵，确定引起风电机组振动过大的原因。在该过程中，数据库服务器能够保存中央控制器所接收的数据、实时过程量信号，同时还预存各种模糊关系矩阵以及该风电机组的时域报警值、频域报警值和停机值。可见，本实用新型结合了振动数据与实时过程量信号两方面的信息来对风电机组的状态监测与故障诊断，其准确度要比现有技术高得多。

(2)本实用新型包括与中央控制器相连的报警器，这样，中央控制器在判断出风电机组的故障情况后，可以通过报警的方式将故障信息通知给维护人员，有利于风电机组维护的及时有效。

(3)本实用新型设置了与中央控制器相连的终端设备，这样，中央控制器所获得的各种数据、监测到的风电机组的运行状态、诊断出的故障信息都可以实时提供给维护人员，实现了人机交互，保证了风电机组运行信息的有效反馈。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种风电机组的状态监测与故障诊断系统，其特征在于，该系统包括：信号调理模块、数据采集模块、机舱控制柜、中央控制器、数据库服务器以及设置于所述风电机组的机舱内部的加速度传感器；其中，

所述加速度传感器连接所述信号调理模块；

所述信号调理模块和所述机舱控制柜分别与所述数据采集模块相连；

所述数据采集模块与所述中央控制器具有通信连接；

所述中央控制器与所述数据库服务器相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中央控制器设置于所述风电机组的中央监控室内。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述机舱控制柜与所述数据采集模块通过CAN总线相连。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号调理模块包括顺次相连的滤波器、功率放大器和模数转换器；

所述模数转换器与所述数据采集模块相连。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括与所述中央控制器相连的报警器。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的系统，其特征在于，还包括与所述中央控制器相连的终端设备。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括显示装置。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括输入装置。

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