CN205260225U - 一种风机综合健康状态远程集中监测系统 - Google Patents

Abstract

一种风机综合健康状态远程集中监测系统，包括依次相连的监测单元、信号处理单元、塔基交换机、塔基信号集中处理单元、风场风机健康管理中心，所述监测单元在多个能够反映被测风机设备状态的监测点设置相应的传感器，所述传感器通过信号电缆与相应的信号处理单元相连。本实用新型将每个单一设备的监测诊断系统进行综合，形成一套完整的健康管理系统，包含了齿轮箱、机舱、塔筒、叶片、变桨装置油泵、塔筒内螺栓等设备状态的监测。本实用新型将风机的定期维护或补救性维护模式转换为基于状态的维护模式，通过修护模式的转变，可有效降低风机的维护成本。还能够为业主提供风机主要设备的健康参数，为业主对风机健康状体的判定提供数据。

Description

一种风机综合健康状态远程集中监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种风机健康状态监测方法，特别是涉及一种应用于风力发电齿轮箱、机舱、塔筒、叶片、变桨装置油泵、塔筒内螺栓等设备的健康状态监测方法。

背景技术

风电作为可再生能源发展迅速，风机数量急剧增加。但与此同时，由于风电运行环境条件恶劣，不可避免地会出现风电机组故障，导致风电机组非正常停机维修，从而严重降低发电效率，并直接影响业主的经济效益。

目前大型风电机组都带有数据采集与监视控制(SCADA)系统，SCADA可以对风电机组进行监视和控制，实现发电运营的数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能，为提高风电场的稳定可靠运行提供了有力的技术平台和支撑；但是SCADA系统对风电机组的传动系统、发电机系统、塔筒本体结构、叶片、油泵等本体设备的状态和早期故障缺乏有效的监测及分析方法，传动系统、发电机系统、变桨系统、塔筒本体结构、叶片等设备经常带病运行，内部缺陷或隐患逐渐发展，将导致严重的故障。

SCADA系统虽然能对风机发电运行状态进行监控，但不能对风机本体设备做出预防性健康管理。风场业主无法对风机本体设备的健康状态进行判定。需要定期通过第三方的检测机构方能判断设备的状态。

目前国内外的研究主要集中在单一设备的健康诊断方面，比如风机齿轮箱的振动分析、油液的离线监测分析等，还没有形成一套完整的风机设备健康状态管理系统。但风力发电机的故障种类和类型多种多样，仅凭振动、温度、转速等信号并不能对风电设备健康状态进行有效地检测和准确地识别，并且现有风力发电机故障监测系统的检测指标和检测精度反映状态能力有限，不能满足故障监测的要求，很难做到故障预测，远没有达到客户要求。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种风机综合健康状态远程集中监测系统，本实用新型有效解决了现有风力发电机故障监测系统难以有效监测和准确识别风电设备健康状态的技术问题。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种风机综合健康状态远程集中监测系统，包括依次相连的监测单元、信号处理单元、塔基交换机、塔基信号集中处理单元、风场风机健康管理中心，所述监测单元在多个能够反映被测风机设备状态的监测点设置相应的传感器，所述传感器通过信号电缆与相应的信号处理单元相连。

所述监测点包括齿轮箱油液监测单元、机舱振动监测单元、叶片应变监测单元、塔筒状态监测单元和辅助状态监测单元。

所述齿轮箱油液监测单元包括设置在齿轮箱检测旁路中的油液温度传感器、电容传感器、声波传感器、颗粒度传感器和水分传感器中的至少一个。

所述机舱振动监测单元包括设置在主轴前后轴承、齿轮箱一级行星、齿轮箱低速轴、齿轮箱高速轴和电机前后轴承上的至少一个的振动传感器。

所述叶片应变监测单元包括设置在叶片根部、叶片中部、叶片尖部的至少一个的应力传感器。

所述塔筒状态监测单元包括塔筒顶部振动传感器、塔筒上部应力传感器和振动传感器、塔筒中部应力和振动传感器、塔筒下部应力和振动传感器和塔筒基础振动传感器中的至少一个。

所述辅助状态监测单元包括设置在变桨装置油泵箱内的电极传感器、设置在塔筒门体上的红外传感器和振动传感器、设置在塔筒内螺栓上的应力传感器、设置在机舱与塔筒连接部位的应力传感器中的至少一个。

各个信号处理单元和塔基交换机之间、塔基交换机和塔基信号集中处理单元之间通过工业以太网连接。塔基信号集中处理单元和风场风机健康管理中心之间通过光纤以太网连接。

所述风场风机健康管理中心包括一健康管理与诊断终端、一数据服务器，所述健康管理与诊断终端包括一CPU，以及分别与CPU相连的数据辨析处理单元、报警单元、显示单元和报告生成单元。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

（a）大型风力发电机用的传感器数量很多，通过对这些信号进行标准的本地化处理，可以简化控制设备的设计，同时将风机监控的信号汇总，利用传感器之间信息的冗余度，可以对传感器故障进行监测和重构，从而对风机各个部分的状态给出更为准备和可靠的判断，减少因为传感器故障或状态判断失误引发的误动作，比如停机等。

（b）本实用新型实现了风机性能参数测试自动化，有效的提高了性能测试工作的效率，使风机的质量得到有效的保障，操作简单，维护方便，可靠性好，准确性高。

（c）本实用新型将每个单一设备的监测诊断系统进行综合，形成一套完整的健康管理系统，包含了齿轮箱、机舱、塔筒、叶片、变桨装置油泵、塔筒内螺栓等设备状态的监测。本实用新型将风机的定期维护或补救性维护模式转换为基于状态的维护模式，通过修护模式的转变，可有效降低风机的维护成本。还能够为业主提供风机主要设备的健康参数，为业主对风机健康状体的判定提供数据。

（d）本实用新型能够实时监测和分析风力发电设备在运行过程中可能存在的潜在故障，通过在可能存在潜在故障的部位加装监测用传感器，进行连续的状态监测和故障诊断，判定设备所处的状态，预测装备状态未来的发展趋势，依据装备的状态发展趋势和可能的故障模式，预先制定预测性维修计划，确定设备应该修理的时间、内容、方式和必需的技术和物资支持。使得业主对风机的运行健康状态一目了然，并且可给业主具有针对性的风机维护报告。

附图说明

图1是本实用新型的风机综合健康状态远程集中监测系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，根据本实用新型的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，包括监测单元U1、信号处理单元U2、塔基交换机U3、塔基信号集中处理单元U4、风场风机健康管理中心U5等，监测单元U1包含齿轮箱油液监测U11、机舱振动监测U12、叶片应变监测U13、塔筒状态监测U14、辅助状态监测单元U15；分别与齿轮箱油液监测U11、机舱振动监测U12、叶片应变监测U13、塔筒状态监测U14、辅助状态监测单元U15对应的信号处理单元为信号处理单元U21、U22、U23、U24、U25。

监测单元U1所包含的U11、U12、U13、U14、U15通过在能够代表风机设备状态的各监测点加装相应的传感器，采集能够反应设备状态的数据，并将所采集的数据通过信号电缆传递给对应的信号处理单元U21、U22、U23、U24、U25。

所述齿轮箱油液监测单元U11包括设置在齿轮箱检测旁路中的油液温度传感器、电容传感器、声波传感器、颗粒度传感器和水分传感器中的至少一个。

所述机舱振动监测单元U12包括设置在主轴前后轴承、齿轮箱一级行星、齿轮箱低速轴、齿轮箱高速轴和电机前后轴承上的至少一个的振动传感器。

所述叶片应变监测单元U13包括设置在叶片根部、叶片中部、叶片尖部的至少一个的应力传感器。

所述塔筒状态监测单元U14包括塔筒顶部振动传感器、塔筒上部应力传感器和振动传感器、塔筒中部应力和振动传感器、塔筒下部应力和振动传感器和塔筒基础振动传感器中的至少一个。

所述辅助状态监测单元U15包括设置在变桨装置油泵箱内的电极传感器、设置在塔筒门体上的红外传感器和振动传感器、设置在塔筒内螺栓上的应力传感器、设置在机舱与塔筒连接部位的应力传感器中的至少一个。

各个信号处理单元U2和塔基交换机U3之间、塔基交换机U3和塔基信号集中处理单元U4之间通过工业以太网连接。塔基信号集中处理单元U4和风场风机健康管理中心U5之间通过光纤以太网连接。

信号处理单元U21、U22、U23、U24、U25完成对设备状态信号收集、转换处理，将不同格式的数据转换为统一格式的数据，并通过工业以太网、经过塔基交换机U3汇集至塔基信号集中处理单元U4。塔基信号集中处理单元U4周期性的收集各信号处理单元U21、U22、U23、U24、U25上传的状态信息数据，并对数据进一步的处理和融合，通过时域和频域分析方法给出设备的健康诊断结果，并将处理后的数据通过光纤以太网传递至风场的风机健康管理中心U5，同时为保障健康判断的准确性，塔基信号集中处理单元将来自各信号处理单元的状态数据一并转发至风场风机健康管理中心的数据服务器U52中，以便风机健康管理中心U5通过更为专业的人工分析，最终确定风电机组设备的健康状态。

所述风场风机健康管理中心U5包括一健康管理与诊断终端U51、一数据服务器U52，所述健康管理与诊断终端包括一CPU，以及分别与CPU相连的数据辨析处理单元、报警单元、显示单元和报告生成单元。

风场风机健康管理中心健康管理与诊断终端U51对接收到的具体数据和诊断结果进行辨析处理，然后根据辨析结果对风电机组的运行状态进行报警。同时，风场风机健康管理中心健康管理与诊断终端U51根据接收到的具体数据和诊断结果对风机设备的运行状态进行显示和存储，同时可查看风场风机健康管理中心U5的人工分析结果，以完成所有所监测风机设备的健康数据管理，出具专业分析报告，并将专业分析报告发送至运维人员手中。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：包括依次相连的监测单元、信号处理单元、塔基交换机、塔基信号集中处理单元、风场风机健康管理中心，所述监测单元在多个能够反映被测风机设备状态的监测点设置相应的传感器，所述传感器通过信号电缆与相应的信号处理单元相连。

2.根据权利要求1所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述监测点包括齿轮箱油液监测单元、机舱振动监测单元、叶片应变监测单元、塔筒状态监测单元和辅助状态监测单元。

3.根据权利要求2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述齿轮箱油液监测单元包括设置在齿轮箱检测旁路中的油液温度传感器、电容传感器、声波传感器、颗粒度传感器和水分传感器中的至少一个。

4.根据权利要求2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述机舱振动监测单元包括设置在主轴前后轴承、齿轮箱一级行星、齿轮箱低速轴、齿轮箱高速轴和电机前后轴承上的至少一个的振动传感器。

5.根据权利要求2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述叶片应变监测单元包括设置在叶片根部、叶片中部、叶片尖部的至少一个的应力传感器。

6.根据权利要求2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述塔筒状态监测单元包括塔筒顶部振动传感器、塔筒上部应力传感器和振动传感器、塔筒中部应力和振动传感器、塔筒下部应力和振动传感器和塔筒基础振动传感器中的至少一个。

7.根据权利要求2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述辅助状态监测单元包括设置在变桨装置油泵箱内的电极传感器、设置在塔筒门体上的红外传感器和振动传感器、设置在塔筒内螺栓上的应力传感器、设置在机舱与塔筒连接部位的应力传感器中的至少一个。

8.根据权利要求1或2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：各个信号处理单元和塔基交换机之间、塔基交换机和塔基信号集中处理单元之间通过工业以太网连接。

9.根据权利要求1或2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：塔基信号集中处理单元和风场风机健康管理中心之间通过光纤以太网连接。

10.根据权利要求1或2所述的一种风机综合健康状态远程集中监测系统，其特征在于：所述风场风机健康管理中心包括一健康管理与诊断终端、一数据服务器，所述健康管理与诊断终端包括一CPU，以及分别与CPU相连的数据辨析处理单元、报警单元、显示单元和报告生成单元。