CN209067417U - 一种基于scada系统的风电机组监测装置 - Google Patents

一种基于scada系统的风电机组监测装置 Download PDF

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许兆鹏
孙希德
武英杰
辛红伟
崔立业
张喜山
吴薇
田野
杜鹏
于鑫
冯忠宝
孙首珩
张亚东
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Abstract

本实用新型实施例涉及一种基于SCADA系统的风电机组监测装置，涉及风力发电技术领域，包括SCADA系统、叶片、低速轴、齿轮箱、发电机、振动传感器和偏航机构，两个低速振动传感器设置在低速行星齿轮机构的径向一侧，两个中速振动传感器设置在中速行星齿轮机构的径向一侧，两个高速振动传感器设置在高速圆柱齿轮机构中任意一个圆柱齿轮或轴的径向一侧，对齿轮箱内的各级齿轮分别采用两个振动传感器检测径向的振动，同时采用一个轴向振动传感器检测轴向串动，通过SCADA系统对这些传感器检测到的数据进行分析、判断，能够及时发现齿轮箱存在的各种故障，及时对齿轮箱进行有效维护，提高风电机组的寿命。

Description

一种基于SCADA系统的风电机组监测装置
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种基于SCADA系统的风电机组监测装置。
背景技术
目前风电机组大多采用SCADA系统(数据采集与监视控制系统)进行实时监测，通过对数据的分析判断设备运行状态，传动系统中的齿轮箱是荷载和转速匹配的关键部件，根据风电机组故障数据统计分析可知，齿轮箱的故障率非常高而且维修时间长，齿轮箱在复杂多变的荷载作用下极易出现故障，其安装维护也最困难，费用高，所以采用SCADA系统对齿轮箱状态进行实时检测，诊断、预测风机故障，延长齿轮箱的使用寿命是目前发电技术的发展趋势。但是目前由于检测位置不合理，仍然存在较大的监测盲区，存在很多振动有效数据无法准确收集的问题。
发明内容
本实用新型实施例的目的在于提供一种基于SCADA系统的风电机组监测装置，用以解决现有风电机组中传感器位置不合理，很多振动有效数据无法准确收集的问题。
为实现上述目的，具体地，该基于SCADA系统的风电机组监测装置包括SCADA系统、叶片、低速轴、齿轮箱、发电机、振动传感器和偏航机构，所述叶片根部与低速轴一端固定连接，所述低速轴另一端与齿轮箱输入端连接，所述齿轮箱的输出端通过联轴器连接发电机，所述齿轮箱内设有依次连接的低速行星齿轮机构、中速行星齿轮机构和高速圆柱齿轮机构，所述低速轴另一端连接低速行星齿轮机构的输入齿轮，高速圆柱齿轮机构的输出齿轮连接联轴器，所述低速轴、齿轮箱和发电机均固定在机头内，所述机头下侧通过推力轴承转动设置在塔架上端，所述偏航机构连接在机头与塔架之间，所述塔架下端设有塔底控制柜，所述振动传感器与SCADA系统连接；
所述振动传感器包括固定在齿轮箱内侧的两个低速振动传感器、两个中速振动传感器、两个高速振动传感器和一个轴向振动传感器，所述两个低速振动传感器设置在低速行星齿轮机构的径向一侧，所述两个中速振动传感器设置在中速行星齿轮机构的径向一侧，所述两个高速振动传感器设置在高速圆柱齿轮机构中任意一个圆柱齿轮或轴的径向一侧，所述轴向振动传感器设置在所述中速行星齿轮机构与高速圆柱齿轮机构之间的轴的端部。
所述的高速圆柱齿轮机构包括相啮合的圆柱大齿轮和圆柱小齿轮，所述圆柱大齿轮固定在大齿轮轴上，所述圆柱小齿轮固定在小齿轮轴上，所述小齿轮轴连接所述联轴器，所述大齿轮轴的一端与所述中速行星齿轮机构连接，所述轴向振动传感器设置在所述大齿轮轴的另一端。
两个高速振动传感器设置在所述小齿轮轴的径向一侧。
所述的两个低速振动传感器相互垂直，所述两个中速振动传感器相互垂直，所述两个高速振动传感器相互垂直。
所述的低速振动传感器、中速振动传感器、高速振动传感器和轴向振动传感器均为加速度传感器。
所述的偏航机构包括风速测向仪、内齿圈、调节齿轮和调节电机，风速测向仪固定在所述机头上侧，内齿圈固定在机头下侧，调节齿轮固定在调节电机的输出轴上端，调节齿轮与内齿圈相啮合；
所述振动传感器还包括偏航振动传感器，偏航振动传感器设置在调节齿轮的一侧，所述偏航振动传感器、风速测向仪和调节电机连接所述SCADA系统。
所述的SCADA系统包括本地控制主机、中央监控服务器和WEB远程监控服务器，所述本地控制主机固定在塔底控制柜内，所述振动传感器与本地控制主机连接，多个风电机组的本地控制主机通过以太网和交换机联结为一个本地控制网络，所述本地控制网络通过以太网与所述中央监控服务器连接，所述WEB远程监控服务器与中央监控服务器连接。
本实用新型实施例具有如下优点：
本实用新型实施例的偏航机构调节机头的角度，保持叶片始终正对来风方向。在齿轮箱内设置两个低速振动传感器、两个中速振动传感器、两个高速振动传感器和一个轴向振动传感器，两个低速振动传感器用于检测低速行星齿轮机构的振动，两个中速振动传感器用于检测中速行星齿轮机构的振动，两个高速振动传感器用于检测高速圆柱齿轮机构的振动，轴向振动传感器用于检测中速行星齿轮机构的轴向串动，对齿轮箱内的各级齿轮分别采用两个振动传感器检测径向的振动，同时采用一个轴向振动传感器检测中速行星齿轮机构的轴向串动，检测到的信号更加全面、可靠，通过对这些传感器检测到的数据进行分析、判断，能够及时发现齿轮箱存在的各种故障，及时对齿轮箱进行有效维护，提高风电机组的寿命。
本实用新型实施例的SCADA系统包括本地控制主机、中央监控服务器和WEB远程监控服务器，多个风电机组的本地控制主机通过以太网和交换机联结为一个本地控制网络，通过中央监控服务器可以对整个风场内的风电机组进行实时监控，也可以在现场对风电机组进行检修，还可以利用WEB远程监控服务器对数据进行远程访问，使用更加方便。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的结构示意图。
图2为本实用新型实施例1的齿轮箱内部的齿轮示意图。
图3为本实用新型实施例1的SCADA系统示意图。
图中：1、叶片 2、低速轴 3、轴承 4、齿轮箱 5、联轴器 6、发电机 7、机头 8、内齿圈 9、调节齿轮 10、风速测向仪 11、推力轴承 12、塔架 13、弹簧 14、套筒 15、调节电机16、低速行星齿轮机构 17、中速行星齿轮机构 18、高速圆柱齿轮机构 19、低速振动传感器20、中速振动传感器 21、高速振动传感器 22、轴向振动传感器 23、偏航振动传感器 24、本地控制主机 25、交换机 26、中央监控服务器 27、WEB远程监控服务器 18-1、圆柱大齿轮18-2、大齿轮轴 18-3、圆柱小齿轮 18-4、小齿轮轴。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
实施例1
参见图1，该基于SCADA系统的风电机组监测装置包括SCADA系统、叶片1、低速轴2、齿轮箱4、发电机6、振动传感器和偏航机构，叶片1根部与低速轴2一端固定连接，低速轴2另一端与齿轮箱4输入端连接，低速轴2与机头7之间设有轴承3，齿轮箱4的输出端通过联轴器5连接发电机6，齿轮箱4内设有依次连接的低速行星齿轮机构16、中速行星齿轮机构17和高速圆柱齿轮机构18，低速轴2另一端连接低速行星齿轮机构16的输入齿轮，高速圆柱齿轮机构18的输出齿轮连接联轴器5，低速轴2、齿轮箱4和发电机6均固定在机头7内，机头7下侧通过推力轴承11转动设置在塔架12上端，偏航机构连接在机头7与塔架12之间，塔架12下端设有塔底控制柜，振动传感器与SCADA系统连接。
本实施例中的偏航机构包括风速测向仪10、内齿圈8、调节齿轮9和调节电机15，风速测向仪10固定在机头7上侧，内齿圈8固定在机头7下侧，调节齿轮9固定在调节电机15的输出轴上端，调节齿轮9与内齿圈8相啮合；振动传感器包括偏航振动传感器23，偏航振动传感器23设置在调节齿轮9的一侧，偏航振动传感器23、风速测向仪10和调节电机15连接SCADA系统。风速测向仪10实时监测风向，然后利用调节电机15带动调节齿轮9旋转，调节齿轮9通过内齿圈8带动机头7旋转，始终保持叶片1迎风，提高能源利用率。
由于机头7在风的作用下始终会发生振动，所以调节齿轮9与内齿圈8的啮合处容易发生故障，为此，本实用新型实施例在调节电机15的输出轴与塔架12内壁之间设有弹性拉紧机构。具体的，弹性拉紧机构包括弹簧13和套筒14，套筒14滑动设置在调节电机15的输出轴上，弹簧13一端与套筒14固定连接，另一端与塔架12的内壁固定连接，弹簧13向内齿圈8与调节齿轮9啮合的一侧拉动调节电机15的输出轴，保持调节齿轮9与内齿圈8的紧密啮合，避免震动造成两者发生结构损伤，提高使用寿命。
参见图2，振动传感器还包括固定在齿轮箱4内侧的两个低速振动传感器19、两个中速振动传感器20、两个高速振动传感器21和一个轴向振动传感器22，两个低速振动传感器19设置在低速行星齿轮机构16的径向一侧，两个中速振动传感器20设置在中速行星齿轮机构17的径向一侧，两个高速振动传感器21设置在高速圆柱齿轮机构18中任意一个圆柱齿轮或轴的径向一侧，轴向振动传感器22设置在中速行星齿轮机构17与高速圆柱齿轮机构18之间的轴的端部。本实施例中的两个低速振动传感器19相互垂直，两个中速振动传感器20相互垂直，两个高速振动传感器21相互垂直，保持所采集的数据更加全面、准确。
高速圆柱齿轮机构18包括相啮合的圆柱大齿轮18-1和圆柱小齿轮18-3，圆柱大齿轮18-1固定在大齿轮轴18-2上，圆柱小齿轮18-3固定在小齿轮轴18-4上，小齿轮轴18-4连接联轴器5，大齿轮轴18-2的一端与中速行星齿轮机构17连接，轴向振动传感器22设置在大齿轮轴18-2的另一端，两个高速振动传感器21设置在小齿轮轴18-4的径向一侧。低速振动传感器19、中速振动传感器20、高速振动传感器21和轴向振动传感器22均为加速度传感器，加速度传感器技术成熟，安装方便，所采集的振动数据准确、可靠。
参见图3，SCADA系统包括本地控制主机24、中央监控服务器26和WEB远程监控服务器27，本地控制主机24固定在塔底控制柜内，振动传感器与本地控制主机24连接，多个风电机组的本地控制主机24通过以太网和交换机25联结为一个本地控制网络，本地控制网络通过以太网与中央监控服务器26连接，WEB远程监控服务器27与中央监控服务器26连接。
本实用新型实施例的偏航机构调节机头7的角度，保持叶片1始终正对来风方向。在齿轮箱4内设置两个低速振动传感器19、两个中速振动传感器20、两个高速振动传感器21和一个轴向振动传感器22，两个低速振动传感器19用于检测低速行星齿轮机构16的振动，两个中速振动传感器20用于检测中速行星齿轮机构17的振动，两个高速振动传感器21用于检测高速圆柱齿轮机构18的振动，轴向振动传感器22用于检测中速行星齿轮机构17的轴向串动，对齿轮箱4内的各级齿轮分别采用两个振动传感器检测径向的振动，同时采用一个轴向振动传感器22检测中速行星齿轮机构17的轴向串动，检测到的信号更加全面、可靠，通过对这些传感器检测到的数据进行分析、判断，能够及时发现齿轮箱4存在的各种故障，及时对齿轮箱4进行有效维护，提高风电机组的寿命。
本实用新型实施例的SCADA系统包括本地控制主机24、中央监控服务器26和WEB远程监控服务器27，多个风电机组的本地控制主机24通过以太网和交换机25联结为一个本地控制网络，通过中央监控服务器26可以对整个风场内的风电机组进行实时监控，也可以在现场对风电机组进行检修，还可以利用WEB远程监控服务器27对数据进行远程访问，使用更加方便。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的风电机组监测装置包括SCADA系统、叶片(1)、低速轴(2)、齿轮箱(4)、发电机(6)、振动传感器和偏航机构，所述叶片(1)根部与低速轴(2)一端固定连接，所述低速轴(2)另一端与齿轮箱(4)输入端连接，所述齿轮箱(4)的输出端通过联轴器(5)连接发电机(6)，所述齿轮箱(4)内设有依次连接的低速行星齿轮机构(16)、中速行星齿轮机构(17)和高速圆柱齿轮机构(18)，所述低速轴(2)另一端连接低速行星齿轮机构(16)的输入齿轮，高速圆柱齿轮机构(18)的输出齿轮连接联轴器(5)，所述低速轴(2)、齿轮箱(4)和发电机(6)均固定在机头(7)内，所述机头(7)下侧通过推力轴承(11)转动设置在塔架(12)上端，所述偏航机构连接在机头(7)与塔架(12)之间，所述塔架(12)下端设有塔底控制柜，所述振动传感器与SCADA系统连接；
所述振动传感器包括固定在齿轮箱(4)内侧的两个低速振动传感器(19)、两个中速振动传感器(20)、两个高速振动传感器(21)和一个轴向振动传感器(22)，所述两个低速振动传感器(19)设置在低速行星齿轮机构(16)的径向一侧，所述两个中速振动传感器(20)设置在中速行星齿轮机构(17)的径向一侧，所述两个高速振动传感器(21)设置在高速圆柱齿轮机构(18)中任意一个圆柱齿轮或轴的径向一侧，所述轴向振动传感器(22)设置在所述中速行星齿轮机构(17)与高速圆柱齿轮机构(18)之间的轴的端部。
2.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的高速圆柱齿轮机构(18)包括相啮合的圆柱大齿轮(18-1)和圆柱小齿轮(18-3)，所述圆柱大齿轮(18-1)固定在大齿轮轴(18-2)上，所述圆柱小齿轮(18-3)固定在小齿轮轴(18-4)上，所述小齿轮轴(18-4)连接所述联轴器(5)，所述大齿轮轴(18-2)的一端与所述中速行星齿轮机构(17)连接，所述轴向振动传感器(22)设置在所述大齿轮轴(18-2)的另一端。
3.根据权利要求2所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：两个高速振动传感器(21)设置在所述小齿轮轴(18-4)的径向一侧。
4.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的两个低速振动传感器(19)相互垂直，所述两个中速振动传感器(20)相互垂直，所述两个高速振动传感器(21)相互垂直。
5.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的低速振动传感器(19)、中速振动传感器(20)、高速振动传感器(21)和轴向振动传感器(22)均为加速度传感器。
6.根据权利要求1所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的偏航机构包括风速测向仪(10)、内齿圈(8)、调节齿轮(9)和调节电机(15)，风速测向仪(10)固定在所述机头(7)上侧，内齿圈(8)固定在机头(7)下侧，调节齿轮(9)固定在调节电机(15)的输出轴上端，调节齿轮(9)与内齿圈(8)相啮合；
所述振动传感器还包括偏航振动传感器(23)，偏航振动传感器(23)设置在调节齿轮(9)的一侧，所述偏航振动传感器(23)、风速测向仪(10)和调节电机(15)连接所述SCADA系统。
7.根据权利要求1或6所述的基于SCADA系统的风电机组监测装置，其特征在于：所述的SCADA系统包括本地控制主机(24)、中央监控服务器(26)和WEB远程监控服务器(27)，所述本地控制主机(24)固定在塔底控制柜内，所述振动传感器与本地控制主机(24)连接，多个风电机组的本地控制主机(24)通过以太网和交换机(25)联结为一个本地控制网络，所述本地控制网络通过以太网与所述中央监控服务器(26)连接，所述WEB远程监控服务器(27)与中央监控服务器(26)连接。
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CN111577553A (zh) * 2020-05-07 2020-08-25 电子科技大学广东电子信息工程研究院 一种风力发电机组状态智能监测系统
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CN113374643A (zh) * 2021-07-30 2021-09-10 南充西南石油大学设计研究院有限责任公司 无轴风力发电装置

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