CN214063213U - 一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电机技术领域，具体为一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，包括基座和风力发电机故障预警诊断平台，基座的顶面设置有塔身，塔身的顶端设置有驱动机架，驱动机架的端部设置有叶片，叶片的内部设置有贴片式光纤应变传感器，驱动机架的内部设置有单模光纤滑环和数据处理计算机；有益效果为：本实用新型提出的基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统够实时监测风力发电机组叶片状态、电机运行稳定性、电机室温度检测、整机机组姿态倾斜震动的监测系统，实时监测整机的运行状态提高预防处置机组故障的工作效率、降低机组因微小缺陷长期运行最终导致机组整机事故的概率。

Description

一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机技术领域，具体为一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统。

背景技术

随着近年来清洁能源的发展需求的激增，风力发电基础建设快速增长，伴随而来的是大量的已建风力发电机的维护及检测，现有的风力发电机组在风力叶片缺陷、风力机组机身倾斜震动、风力发电机组内部温度检测等方面未能进行实时的在线监测，现实中的维修人员需要每个风力机组注意攀爬检修，检修效率低；同时检修过程中需要风力发电机组的整机进行关机操作，降低了风力发电的发电效率。

现有的风力发电监测工作中由于风机的各种性能参数未能实时提前知晓，为提前预防处置风力发电机组故障甚至机组事故带来了挑战，市场急需一种能够实时监测风力发电机组叶片状态、电机运行稳定性、电机室温度检测、整机机组姿态倾斜震动的监测系统，实时监测整机的运行状态提高预防处置机组故障的工作效率、降低机组因微小缺陷长期运行最终导致机组整机事故的概率，同时检修过程中使得维护人员清楚知道各个风力发电机组的运行状况，有针对性进行维修维护，增加了发电机组的发电效率；为此，本实用新型提出一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统用于解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，包括基座和风力发电机故障预警诊断平台，所述基座的顶面设置有塔身，所述塔身的顶端设置有驱动机架，所述驱动机架的端部设置有叶片，所述叶片的内部设置有贴片式光纤应变传感器，驱动机架的内部设置有单模光纤滑环和数据处理计算机，塔身的表面设置有风力发电机身倾斜检测模块，基座的表面设置有电力供应系统，所述电力供应系统通过光纤连接单模光纤滑环、数据处理计算机以及贴片式光纤应变传感器，单模光纤滑环和数据处理计算机之间的光纤上设置有贴片式光纤温度传感器，所述风力发电机故障预警诊断平台，基本架构组成为：数据接入工具、贴源层、数据汇总层、大数据分析层，使数据具有数据质量管理、历史数据、模型管理、风机正常运行数据、决策管理等功能；最终形成传感器数据监测中台、故障诊断、预警中台。

优选的，所述贴片式光纤应变传感器、贴片式光纤温度传感器以及风力发电机身倾斜检测模块将监测获得的实时监测数据传输至贴源层，贴源层将采集到的数据汇聚到一起并传输到上层数据汇总层及大数据分析层。

优选的，所述数据汇总层将上传的数据进行数据集成，并对数据进行分析、共享处理使得数据能够传输至数据质量管理模块、数据管理模块、历史数据模块、风机正常运行数据模块、决策管理模块。

优选的，所述数据汇总层预处理的数据传输至大数据分析层，通过数据的缓存、实时流计算、跨源分析得到被监测风机的各参数趋势，并将各被监测风机的参数趋势与正常风机运行数据进行比对，形成诊断、预警决策，并将决策情况传输至故障终端、预警中台。

优选的，所述传感器数据监测中台及故障诊断、预警中台功能共同形成风力发电机故障预警诊断平台的功能。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型提出的基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统够实时监测风力发电机组叶片状态、电机运行稳定性、电机室温度检测、整机机组姿态倾斜震动的监测系统，实时监测整机的运行状态提高预防处置机组故障的工作效率、降低机组因微小缺陷长期运行最终导致机组整机事故的概率；

2.本实用新型提出的基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统在检修过程中使得维护人员清楚知道各个风力发电机组的运行状况，有针对性进行维修维护，增加了发电机组的发电效率。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型风力发电机故障预警诊断平台结构框图。

图中：基座1、塔身2、驱动机架3、叶片4、贴片式光纤应变传感器5、单模光纤滑环6、贴片式光纤温度传感器7、数据处理计算机8、风力发电机身倾斜检测模块9、电力供应系统10、光纤11。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图2，本实用新型提供一种技术方案：一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，包括基座1和风力发电机故障预警诊断平台，其特征在于：基座1的顶面设置有塔身2，塔身2的顶端设置有驱动机架3，驱动机架3的端部设置有叶片4，叶片4的内部设置有贴片式光纤应变传感器5，贴片式光纤应变传感器5与风力发电的叶片4加工制成一体，同时贴片式光纤应变传感器5的外层涂覆硅橡胶使其与叶片4主体具有相同的伸缩量，保证了叶片4在运行过程中由于外界风力引起的应变量与贴片式光纤应变传感器5应变量相同，保证了监测应变数据的准确性，贴片式光纤应变传感器5采用熔融石英晶体材质，利用布拉格光纤光栅传感器原理进行应力的检测。

驱动机架3的内部设置有单模光纤滑环6和数据处理计算机8，塔身2的表面设置有风力发电机身倾斜检测模块9，风力发电机身倾斜检测模块9安置在塔身2各处，用于监测机组运行过程中的机身震动以及倾斜数据参数，基座1的表面设置有电力供应系统10，电力供应系统10通过光纤11连接单模光纤滑环6、数据处理计算机8以及贴片式光纤应变传感器5，单模光纤滑环 6和数据处理计算机8之间的光纤11上设置有贴片式光纤温度传感器7，贴片式光纤温度传感器7安置于驱动机架3的机箱内，用于实时的监测风力机组机箱内的温度；贴片式光纤应变传感器5、贴片式光纤温度传感器7以及风力发电机身倾斜检测模块9分别通过高传输速率的单模光纤进行数据信号的传输的数据传输至数据处理计算机8并经过数据处理得到各个传感器测量点的实时监测数据，经过处理后的数据经过物联网模组远程发送给风力发电机故障预警诊断平台，用于监测整个风力发电电厂的各个风力发电机组状态，对于发生的参数异常以及报警情况会实时将故障信息发送给最近的维修班组。

贴片式光纤温度传感器7的量程-40℃-120℃，分辨率0.1℃，光栅中心波长1525nm-1565nm，光栅反射率＞85％，响应时间小于0.1s；风力发电机身倾斜检测模块9在塔身2机身处布置，能够准确的监测机身的震动，灵敏度 10mV/g，测量范围±600g；单模光纤滑环6为单模光纤，纤芯直径小于9μm，材质为熔融石英，带宽±50mm，回波损耗≥55(APC)，最高旋转速度250rpm；采用IP54防护等级有效防护光纤11连接部分免收水汽等外界因素影响

风力发电机故障预警诊断平台，基本架构组成为：数据接入工具、贴源层、数据汇总层、大数据分析层，使数据具有数据质量管理、历史数据、模型管理、风机正常运行数据、决策管理等功能；最终形成传感器数据监测中台、故障诊断、预警中台；贴片式光纤应变传感器5、贴片式光纤温度传感器 7以及风力发电机身倾斜检测模块9将监测获得的实时监测数据传输至贴源层，贴源层将采集到的数据汇聚到一起并传输到上层数据汇总层及大数据分析层；数据汇总层将上传的数据进行数据集成，并对数据进行分析、共享处理使得数据能够传输至数据质量管理模块、数据管理模块、历史数据模块、风机正常运行数据模块、决策管理模块；数据汇总层预处理的数据传输至大数据分析层，通过数据的缓存、实时流计算、跨源分析得到被监测风机的各参数趋势，并将各被监测风机的参数趋势与正常风机运行数据进行比对，形成诊断、预警决策，并将决策情况传输至故障终端、预警中台；传感器数据监测中台及故障诊断、预警中台功能共同形成风力发电机故障预警诊断平台的功能。

工作原理：贴片式光纤应变传感器5、贴片式光纤温度传感器7以及风力发电机身倾斜检测模块9测得的参数传输至数据处理计算机8，数据处理计算机8将处理得到的数据通过物联网模块传输至风力发电机故障预警诊断平台进行进一步处理；风力发电机故障预警诊断平台中已经存储的正常风机运行状态各参数与风机实时运行数据比对确定各个风力发电电机的运行情况，通过对各个发电机以往数据的统计分析为维修、保养提供决策依据。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，包括基座(1)和风力发电机故障预警诊断平台，其特征在于：所述基座(1)的顶面设置有塔身(2)，所述塔身(2)的顶端设置有驱动机架(3)，所述驱动机架(3)的端部设置有叶片(4)，所述叶片(4)的内部设置有贴片式光纤应变传感器(5)，驱动机架(3)的内部设置有单模光纤滑环(6)和数据处理计算机(8)，塔身(2)的表面设置有风力发电机身倾斜检测模块(9)，基座(1)的表面设置有电力供应系统(10)，所述电力供应系统(10)通过光纤(11)连接单模光纤滑环(6)、数据处理计算机(8)以及贴片式光纤应变传感器(5)，单模光纤滑环(6)和数据处理计算机(8)之间的光纤(11)上设置有贴片式光纤温度传感器(7)，所述风力发电机故障预警诊断平台，基本架构组成为：数据接入工具、贴源层、数据汇总层、大数据分析层，使数据具有数据质量管理、历史数据、模型管理、风机正常运行数据、决策管理等功能；最终形成传感器数据监测中台、故障诊断、预警中台。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，其特征在于：所述贴片式光纤应变传感器(5)、贴片式光纤温度传感器(7)以及风力发电机身倾斜检测模块(9)将监测获得的实时监测数据传输至贴源层，贴源层将采集到的数据汇聚到一起并传输到上层数据汇总层及大数据分析层。

3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，其特征在于：所述数据汇总层将上传的数据进行数据集成，并对数据进行分析、共享处理使得数据能够传输至数据质量管理模块、数据管理模块、历史数据模块、风机正常运行数据模块、决策管理模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，其特征在于：所述数据汇总层预处理的数据传输至大数据分析层，通过数据的缓存、实时流计算、跨源分析得到被监测风机的各参数趋势，并将各被监测风机的参数趋势与正常风机运行数据进行比对，形成诊断、预警决策，并将决策情况传输至故障终端、预警中台。

5.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤传感器的风力发电机组在线监测系统，其特征在于：所述传感器数据监测中台及故障诊断、预警中台功能共同形成风力发电机故障预警诊断平台的功能。

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