CN203822543U - 一种新型的风力发电机组的监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤、光谱分析模块和上位机，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤，所述的光纤敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤上分别设有光纤光栅振动传感器，所述应变监测点处的光纤上分别设有光纤光栅应变传感器，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网，光纤环网的一端设有光源，光谱分析模块设于光纤环网的另一端，光谱分析模块通过通讯电缆与上位机相连接。本实用新型采用光纤作为光信号传递的介质且不需供电，效避免电磁波对信号的影响，且单根光纤便可作为温度、振动和应变监测信息传递的载体，监测结果准确，系统简单，成本较低。

Description

一种新型的风力发电机组的监控系统

技术领域

本实用新型涉及一种风力发电机组的监控系统，尤其是一种新型的风力发电机组的监控系统。

背景技术

风能作为一种可再生资源，越来越受到世界各国的重视，尤其是我国的环境问题日益突出，风力发电的规模不断在扩大。由于我国的风力发电的兴起较晚，在使用一段时间后，发现了很多亟待解决问题。截至目前，风力发电机所发生的安全事故中，其中很大一部分是由于风力发电机的某个装置不能正常工作导致火灾的出现甚至整台风力发电机损坏，并造成严重的经济损失；另外，由于风力发电机的工作环境比较复杂，而且不同区域的自然环境也不近相同，其中风力发电机的某个装置运行异常都会引起火灾的发生，因此针对风力发电机的各个装置容易出现的异常进行合理的监控至关重要，目前主要是对风力发电机的各个装置的温度、应变和振动进行针对性监测。

目前，风力发电机的温度通常使用热电偶温度传感器或热敏电阻温度传感器，都采用电信号作为传递信息的载体，经实践证实，这些传感器的信号极容易受到电磁波的干扰，导致监测的结果不准确，而在风力发电机内会有大量的电磁波，这些传感器运用到风力发电机中时，达不到温度监测的精度要求，甚至监测结果不准确。而常用的振动传感器是加上应力就会产生电荷的电压器件，这种传感器也是采用电信号作为传递信息的载体，同样会遇到上述的问题；风力发电机的应变主要是通过应变片来监测，也主要是通过产生的电信号来测量应变量的大小，在环境恶劣的条件下极容易受到损坏，另外，由于风力发电机温度、振动和应变的监测点较多，采用上述的温度、振动和应变传感器造成风机的监控系统相当复杂，导致该系统的建造成本较高，并增大了设计和安装的难度，且其监测的结果不准确，亟待需要对其进行优化设计。

光纤传感器具有灵敏度较高，抗电磁干扰性较强，可以用于高温、高压腐蚀等恶劣的环境和具有与光纤遥测技术相容的优点，因此光纤传感器可以被应用到风力发电机的监测领域。

鉴于此提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的为克服现有技术的不足，提供一种建造成本较低，安装方便，使用安全可靠，数据采集准确并可对风力发电机的运行数据进行监测的新型的风力发电机组的监控系统。

为了实现该目的，本实用新型采用如下技术方案：一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤、光谱分析模块和上位机，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤，所述的光纤敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤上分别设有光纤光栅振动传感器，所述应变监测点处的光纤上分别设有光纤光栅应变传感器，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网，所述的光纤环网的一端设有光源，光谱分析模块设于光纤环网的另一端，所述的光谱分析模块通过通讯电缆与上位机相连接。经研究发现，由于温度会对光纤中传播的光的波长产生一定的影响，光纤除了传递信号的功能外，光纤还具有温度传感器的功能，其信息容量较大，靠单纯的光纤完全可以实现对风力发电机组的温度进行监测，虽然其灵敏度的监测范围在3米以内，却完全可以实现对风力发电机内部各部分的温度监测点进行监测，减少温度传感器的使用，极大程度地降低了风力发电机的该系统的建造成本，并可以在同领域中进行广泛推广；另外，光纤光栅振动传感器可以对风力发电机内部各部分的振动和应变情况进行监测，其原理是当光纤光栅所处环境的振动或应变异常时，光栅的周期或纤芯折射率将发生变化，从而使反射光的波长发生变化，通过测量物理量变化前后反射光波长的变化，就可以获得待测物理量的变化情况，实现振动、温度和应变的监测。该系统在使用过程中，光源会发出一定波长的光线，光线会在光纤环网中的每根光纤中传播，传播后得到的光会被光谱分析模块采集并做分析，并将分析后的结果通过通讯电缆传输给上位机，当出现异常时上位机可显示异常的位置，以此实现对风力发电机内部温度、振动和应变监测点进行监测。通过该系统可以很好地实现对风力发电机内部温度和振动进行监测并及时采取相应措施，降低了传统的监测系统的的复杂程度，具有较好的抗电磁波干扰的性能，提高了监测系统的监测精度并降低了该系统的建造成本。其中光谱分析模块对接收到的光的波长进行解析并将其转化成传递温度、应变和振动信息的电信号，再采集的电信号通过通信电缆(RS485电缆)传递给上位机，上位机的可以对风力发电机各个监测点的温度、应变和振动进行监测，并对监测的数据进行存储。一旦出现异常，上位机就会发出警示。以此来实现对风力发电机组进行系统地监测。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的温度监测点的光纤上还设有光纤光栅温度传感器。为了使监测的范围更加准确可以在风力发电机的易引起火灾的监测点设置光纤光栅温度传感器。风力发电机中的机舱内部的装置和电控柜极易发生火灾，为了实现其精准的定位监测，可以在这些地方装设光纤光栅温度传感器。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的光纤光栅振动传感器和光纤光栅应变传感器分别串接于振动监测点和应变监测点处的光纤上。由于光纤的信息容纳量较大，可以将多个光纤光栅振动传感器和光纤光栅应变传感器串接在同一根或多根光纤上。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的光纤光栅温度传感器串接于光纤上。由于光纤的信息容纳量较大，可以将光纤光栅温度传感器串接在一根光纤上。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的光纤光栅振动传感器、光纤光栅温度传感器和光纤光栅应变传感器串接于同一根光纤上，且所述的光纤敷设于风力发电机内部的振动、应变和温度监测点处。通过光纤光栅振动传感器和光纤光栅应变传感器对发电机内部的振动监测点进行监测，光纤光栅温度传感器可以对风力发电机内部的温度监测点进行监测。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的光纤光栅振动传感器和光纤光栅应变传感器串接于同一根光纤上，所述的光纤敷设于风力发电机内部应变和振动监测点。可以通过同一根光纤以及串接在光纤上的光纤光栅应变传感器和光纤光栅振动传感器对风力发电机内部温度和振动监测点进行监测。光纤可以对风力发电机内部的温度监测点进行监测。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤，光纤光栅振动传感器串接于其中一根光纤上，设有光纤光栅振动传感器的光纤敷设于风力发电机内部的振动监测点，光纤光栅应变传感器设于另一根光纤敷设于风力发电机内部的应变监测点。可选取其中的一根光纤作为温度传感器对风力发电机内部的温度进行监测。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的振动监测点包括风力发电机的桨叶、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上，桨叶出现断裂、发电机和齿轮箱的工作状态异常时，都会产生异常的振动甚至引发严重的安全事故，因此将其作为振动监测点；所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上，桨叶应变不正常会导致其塑形变形或断裂；塔筒内壁应变不正常会导致塔筒发生倾斜或断裂；发电机应变不正常可能会导致飞车；齿轮箱应变不正常可能会导致内部的齿轮组损坏，上述的这些应变监测点对整台风力发电机起到很好的监测作用，工作人员可以根据监测出的异常进行及时的采取相应的措施，很好地对风力发电机进行监控。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱。所述的这些地方的非正常发热都可能引发火灾，因此将风力发电机的这些部位作为温度的监测点，使该监控系统更可靠。

前述的这种新型的风力发电机组的监控系统中，所述的通讯电缆为RS485电缆。通过RS485电缆可以实现联网的功能。

采用本实用新型所述的技术方案后，带来以下有益效果：

本实用新型所述新型的风力发电机组的监控系统，采用光纤作为光信号传递的介质，光纤可有效避免电磁波对信号的影响且使用安全，还可利用光纤作为温度传感器对风力发电机内部各点的温度进行监测，极大程度地降低了风力发电机的监控系统的建造成本。通过光纤光栅振动传感器和光纤光栅温度传感器分别对风力发电机需要监测的振动和温度监测点进行准确监测，其接线线路简单，安装方便；另外采集的监测结果相对集中，可为风力发电机的优化设计提供数据支撑。

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

图1：本实用新型的示意图一；

图2：本实用新型的示意图二；

图3：本实用新型的示意图三。

其中：1、光纤，2、光谱分析模块，3、上位机，4、光纤光栅振动传感器，5、光纤环网，6、光源，7、光纤光栅温度传感器，8、光纤光栅应变传感器。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例1：一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅振动传感器4，所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器8，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的温度监测点的光纤1上还设有光纤光栅温度传感器7。所述的光纤光栅振动传感器4和光纤光栅应变传感器8分别串接于振动监测点和应变监测点处的光纤1上。所述的光纤光栅温度传感器7串接于光纤1上。如图1所示，所述的光纤光栅振动传感器4、光纤光栅温度传感器7和光纤光栅应变传感器8串接于同一根光纤1上，且所述的光纤1敷设于风力发电机内部的振动、应变和温度监测点处。所述的振动监测点包括风力发电机的桨叶、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱。所述的通讯电缆为RS485电缆。

本实用新型的具体实施例2：一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅振动传感器4，所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器8，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤1，如图2所示，光纤光栅振动传感器4串接于其中一根光纤1上，设有光纤光栅振动传感器4的光纤1敷设于风力发电机内部的振动监测点，光纤光栅应变传感器8设于另一根光纤1敷设于风力发电机内部的应变监测点。所述的振动监测点包括风力发电机的桨叶、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱。所述的通讯电缆为RS485电缆。

本实用新型的具体实施例3：一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅振动传感器4，所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器8，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。如图3所示，所述的光纤光栅振动传感器4和光纤光栅应变传感器8分别串接于振动监测点和应变监测点处的光纤1上。所述的光纤光栅振动传感器4和光纤光栅应变传感器8串接于同一根光纤1上，所述的光纤1敷设于风力发电机内部应变和振动监测点。所述的振动监测点包括风力发电机的桨叶、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱。所述的通讯电缆为RS485电缆。

本实用新型的具体实施例4：一种新型的风力发电机组的监控系统，包括：光纤1、光谱分析模块2和上位机3，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤1，所述的光纤1敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅振动传感器4，所述应变监测点处的光纤1上分别设有光纤光栅应变传感器8，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网5，所述的光纤环网5的一端设有光源6，光谱分析模块2设于光纤环网5的另一端，所述的光谱分析模块2通过通讯电缆与上位机3相连接。所述的温度监测点的光纤1上还设有光纤光栅温度传感器7。所述的光纤光栅振动传感器4和光纤光栅应变传感器8分别串接于振动监测点和应变监测点处的光纤1上。所述的光纤光栅振动传感器4、光纤光栅温度传感器7和光纤光栅应变传感器8串接于同一根光纤1上，且所述的光纤1敷设于风力发电机内部的振动、应变和温度监测点处。所述的通讯电缆为RS485电缆。

以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型原理前提下，还可以做出多种变形和改进，这也应该视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：包括：光纤(1)、光谱分析模块(2)和上位机(3)，每台风力发电机内部至少敷设一根光纤(1)，所述的光纤(1)敷设于风力发电机内部温度、振动和应变监测点，且所述振动监测点处的光纤(1)上分别设有光纤光栅振动传感器(4)，所述应变监测点处的光纤(1)上分别设有光纤光栅应变传感器(8)，所敷设于每台风力发电机内部光纤组合成传递信息的光纤环网(5)，所述的光纤环网(5)的一端设有光源(6)，光谱分析模块(2)设于光纤环网(5)的另一端，所述的光谱分析模块(2)通过通讯电缆与上位机(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的温度监测点的光纤(1)上还设有光纤光栅温度传感器(7)。

3.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅振动传感器(4)和光纤光栅应变传感器(8)分别串接于振动监测点和应变监测点处的光纤(1)上。

4.根据权利要求2所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅温度传感器(7)串接于光纤(1)上。

5.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅振动传感器(4)、光纤光栅温度传感器(7)和光纤光栅应变传感器(8)串接于同一根光纤(1)上，且所述的光纤(1)敷设于风力发电机内部的振动、应变和温度监测点处。

6.根据权利要求2所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的光纤光栅振动传感器(4)和光纤光栅应变传感器(8)串接于同一根光纤(1)上，所述的光纤(1)敷设于风力发电机内部应变和振动监测点。

7.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的每台风力发电机内部敷设两根光纤(1)，光纤光栅振动传感器(4)串接于其中一根光纤(1)上，设有光纤光栅振动传感器(4)的光纤(1)敷设于风力发电机内部的振动监测点，光纤光栅应变传感器(8)设于另一根光纤(1)敷设于风力发电机内部的应变监测点。

8.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的振动监测点包括风力发电机的桨叶、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上；所述的应变监测点包括风力发电机的桨叶、塔筒内壁、发电机、齿轮箱以及风力发电机的基础上。

9.根据权利要求2所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的温度监测点包括风力发电机的机舱、塔筒内壁、电控柜、发电机、齿轮箱。

10.根据权利要求1所述的新型的风力发电机组的监控系统，其特征在于：所述的通讯电缆为RS485电缆。