CN212054994U - 一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，包括传感器层，还包括传输层、数据存储层和显控层，传感器层和传输层分别布置于每一座风力发电机塔筒，传感器层包括螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统，传输层包括数据采集模块和交换机，数据存储层包括服务器，显控层包括显控终端，其中螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过数据采集模块与交换机连接，交换机通过服务器与显控终端连接。本实用新型通过设置结构层次合理的传感器层、传输层、数据存储层和显控层，实现了风力发电机塔筒安全数据全方位采集，为后续进行塔筒健康状态评估提供了完整的数据依据。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，属于机械设备监测领域。
背景技术
风力发电设备的塔筒作为风力发电机的关键部件，主要起到支撑作用，同时吸收机组的振动，其安全与健康状态是风电运营和发展过程中重点关注的问题。随着机组容量的不断增大，这要求使用更高的塔筒，得到更好的风资源，这也使得塔筒监测更为重要。塔筒承受着推力、弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，在机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的扭摆和弯曲变形。而塔筒的变形和倒塌不是一蹴而就的，由于各种原因引起的缺陷形成是一个从轻微逐步发展到严重的一个过程。连接部件的失效、基础不均匀性沉降、基础环松动、等因素，将引起塔筒产生额外应力，严重时甚至将诱发倒塔事故。
现有的塔筒监测主要通过定期人工检修的方式进行，也存在部分整机厂开始进行塔筒基础不均匀沉降的在线监测。人工定期检修成本高，周期长，对于螺栓的监测还容易造成二次伤害。而现有的塔筒基础不均匀沉降系统监测数据单一，功能单一，可靠性不高。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，通过设置结构层次合理的传感器层、传输层、数据存储层和显控层，实现了风力发电机塔筒安全数据全方位采集，为后续进行塔筒健康状态评估提供了完整的数据依据。
本实用新型为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，包括传感器层，还包括传输层、数据存储层和显控层，传感器层和传输层分别布置于每一座风力发电机塔筒，传感器层包括螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统，传输层包括数据采集模块和交换机，数据存储层包括服务器，显控层包括显控终端，其中螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过数据采集模块与交换机连接，交换机通过服务器与显控终端连接。
对于布置于各风力发电机塔筒的传输层，数据采集模块和交换机的数目分别为2个以上，其中数据采集模块与交换机之间通过网线一对一连接，交换机之间通过光纤或网线连接。
对于布置于各风力发电机塔筒的传输层，其中至少一个数据采集模块同时与风力发电机的主控连接。
多参量传感器包括多参量倾角传感器、多参量位移传感器和多参量振动传感器。
螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过RS485总线与数据采集模块进行连接。
交换机通过风场环网与服务器进行连接。
本实用新型基于其技术方案所具有的有益效果在于：
(1)本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统为风场设计了完善的网络拓扑结构，设置了完整的数据采集硬件架构，能够实现每一座风力发电机塔筒独立对该塔筒各参数进行采集，然后通过各自的传输层传输至数据存储层进行数据汇总存储，最终显示于显控终端，其中显控终端还可用于采集频率等参数的预设值；
(2)本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统可针对风力发电机塔筒的结构对传输层进行具体配置，设置至少2组数据采集模块和交换机，传感器层的传感器种类丰富，传输层采用多个数据采集模块的形式，可实现不同种类传感器的灵活配置使用，满足不同的健康状态数据采集需求，且不同传感器的检测结构可以相互验证，进而提高系统的可信度及可靠性；
(3)本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统中，至少一个数据采集模块同时与风力发电机的主控连接进行交互，用于采集风力发电机的实时工作数据，进一步丰富了安全数据种类，为后续进行塔筒健康状态评估提供更为完整的数据依据；
(4)本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统可采用RS485总线传输，可靠性高，能够满足大型风力发电厂的多参数数据采集需求。
附图说明
图1是本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统的分布拓扑图。
图2是本实用新型的单台风机机组模块分布拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供了一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，参照图1和图2，包括传感器层、传输层、数据存储层和显控层，传感器层和传输层分别布置于每一座风力发电机塔筒，传感器层包括螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统，传输层包括数据采集模块和交换机，数据存储层包括服务器，显控层包括显控终端，其中螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过数据采集模块与交换机连接，交换机通过服务器与显控终端连接。
对于布置于各风力发电机塔筒的传输层，数据采集模块和交换机的数目分别为2个以上，其中数据采集模块与交换机之间通过网线一对一连接，交换机之间通过光纤或网线连接，其中至少一个数据采集模块同时与风力发电机的主控连接进行交互。
多参量传感器包括MT-400多参量倾角传感器、MT-18多参量位移传感器和MT-18多参量振动传感器。其中，多参量倾角传感器主要用于采集塔筒基础的倾斜姿态、固有频率变化数据，为塔筒基础不均匀沉降、基础环松动、基础水平的双方向实时倾斜变化等灾害预测提供数据基础；多参量位移传感器实时测量塔筒不同位置的晃动位移(即相对位移)，该位移值可直接用于反演塔筒载荷；多参量振动传感器可与多参量位移传感器集成，共同实现实时采集塔筒振动频率变化，为监测塔筒一阶、二阶频率以及异常振动识别诊断提供数据依据。
螺栓松动传感器通过测量法兰间隙的高精度位移变化，为反演螺栓松动情况提供数据依据。
组合定位定向传感系统可采用卫星与惯性导航组合的FH-70组合定位定向系统或者MN-400组合定位定向位姿系统，该系统可实时监测风机塔顶绝对空间位置(地理坐标系的经度、纬度、高度，也可转换为机组的XYZ坐标)及航向(风机机头朝向)信息，进而监测塔晃动的绝对位移量及姿态信息，为塔筒载荷及寿命评估提供数据支撑，同时可以与其他传感器监测数据相互佐证，强化系统可靠性冗余。
螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过RS485总线与数据采集模块进行连接。
交换机通过风场环网与服务器进行连接。
可针对风力发电机塔筒的结构对传输层进行具体配置，设置至少2组数据采集模块和交换机，传感器层的传感器种类丰富，传输层采用多个数据采集模块的形式，可实现不同种类传感器的灵活配置使用，满足不同的健康状态数据采集需求，且不同传感器的检测结构可以相互验证，进而提高系统的可信度及可靠性。以图2所示的单机组配置为例，可在塔底、塔中部和塔顶分别布置一组多参量传感器，在塔顶布置组合定位定向传感系统，在塔筒中部的螺栓连接处布置螺栓松动传感器，其中位于塔筒中上部的多参量传感器与位于塔顶的组合定位定向系统通过一个数据采集模块与塔顶交换机连接，螺栓松动传感器和位于塔底的多参量传感器通过一个数据采集模块与塔底交换机连接，该数据采集模块还同时与风机主控连接，可采集风机数据。
其中数据采集模块可采用具有计算能力的PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，每台PLC可根据其采集到的数据，并结合现有的塔筒状态计算公式进行本地化的数据处理，数据来源则来自各传感器回传的采集数据。例如，螺栓松动传感器采集的法兰间隙数据和风机工况数据可共同为螺栓松动变化反演提供数据基础；多参数传感器的组合可实时监测塔筒相对位移及振动频率数据，反映塔筒载荷变化，为诊断异常振动并定位故障源提供数据依据；组合定位定向系统可提供塔顶的实时位姿数据，与多参量位移传感器采集的数据可用于综合反映塔筒载荷、倾斜以及基础沉降状态。数据经过初步处理后发送至服务器存储，再传输至显控终端予以显示，供风场运维人员进一步对风场塔筒健康状态进行诊断使用。
本实用新型提供的一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，通过设置结构层次合理的传感器层、传输层、数据存储层和显控层，实现了风力发电机塔筒安全数据全方位采集，为后续进行塔筒健康状态评估提供了完整的数据依据。
Claims (6)
1.一种风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，包括传感器层，其特征在于：还包括传输层、数据存储层和显控层，传感器层和传输层分别布置于每一座风力发电机塔筒，传感器层包括螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统，传输层包括数据采集模块和交换机，数据存储层包括服务器，显控层包括显控终端，其中螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过数据采集模块与交换机连接，交换机通过服务器与显控终端连接。
2.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，其特征在于：对于布置于各风力发电机塔筒的传输层，数据采集模块和交换机的数目分别为2个以上，其中数据采集模块与交换机之间通过网线一对一连接，交换机之间通过光纤或网线连接。
3.根据权利要求2所述的风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，其特征在于：对于布置于各风力发电机塔筒的传输层，其中至少一个数据采集模块同时与风力发电机的主控连接。
4.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，其特征在于：多参量传感器包括多参量倾角传感器、多参量位移传感器和多参量振动传感器。
5.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，其特征在于：螺栓松动传感器、多参量传感器和组合定位定向传感系统分别通过RS485总线与数据采集模块进行连接。
6.根据权利要求1所述的风力发电机塔筒安全数据在线采集系统，其特征在于：交换机通过风场环网与服务器进行连接。
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2020
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