CN214577538U - 一种风电机组安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电机组安全监测系统，包括安装在轮毂上的轮毂监测单元、安装在机舱内的采集单元和安装在塔筒内的塔筒监测单元；轮毂监测单元设有信号传输组件，轮毂监测单元分别连接有安装在叶片上的第一传感器和安装在主轴上的第二传感器；采集单元设有信号接收组件，采集单元连接有设置在塔筒内的上的第三传感器，信号传输组件与信号接收组件通信连接；塔筒监测单元设有与采集单元连接的塔基系统，塔基系统连接有中央监控单元。通过对风电机组加装安全监测系统，能够及时的发现各主要连接部位的螺栓状态；有效避免由于螺栓断裂后未及时发现导致的次生灾害；通过对螺栓连接平面缝隙的高精度位移进行监测，判断螺栓连接的可靠性。

Description

一种风电机组安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力设施维护技术领域，具体来说，涉及一种风电机组安全监测系统。

背景技术

风电机组所处地理环境恶劣，尤其位于山地风场的风电机组常年风况复杂，风向多变，湍流较大，机组长时间运行会出现叶片根部螺栓断裂、主轴与轮毂螺栓疲劳断裂、塔筒法兰螺栓断裂等问题，螺栓断裂后未及时发现，会发生叶片掉落、轮毂掉落、由于塔筒螺栓断裂导致的倒塔等事故发生。

现有机组连接螺栓的安全诊断，主要通过螺栓本身的力矩、断裂等异常情况的监测，判断螺栓的安全状态，进一步判断机组的安全状态，并且只有当螺栓已经出现断裂等不安全实践问题发生时，才能进行诊断，有严重的滞后性。

现有的另一种方案是对每颗螺栓进行安装传感器，操作难度较大，并且停机时间较长。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种风电机组安全监测系统，基于提前对风电机组关键位置的连接螺栓的状态进行监测，判断螺栓的松动情况，提前进行检查，通过预防性维护和维修，避免风电机组出现叶片掉落、轮毂掉落或塔筒螺栓断裂导致的倒塔等不安全事件的发生，能够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种风电机组安全监测系统，包括安装在轮毂上的轮毂监测单元、安装在机舱内的采集单元和安装在塔筒内的塔筒监测单元；

所述轮毂监测单元设有信号传输组件，所述轮毂监测单元分别连接有安装在叶片上的第一传感器和安装在主轴上的第二传感器；

所述采集单元设有信号接收组件，所述采集单元连接有设置在所述塔筒内的上的第三传感器，所述信号传输组件与所述信号接收组件通信连接；

所述塔筒监测单元设有与所述采集单元连接的塔基系统，所述塔基系统连接有中央监控单元。

进一步地，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器均为位移传感器，且位移传感器设置有两个测量端头。

进一步地，所述第一传感器通过粘合剂固定连接在叶片和变桨轴承连接面的两侧；所述第二传感器通过粘合剂固定连接在轮毂和主轴连接面的两侧；所述第三传感器通过粘合剂固定连接在塔筒各节法兰连接面的两侧。

进一步地，所述轮毂监测单元通过无线信号与所述采集单元通信连接；所述采集单元通过网线与所述塔基系统通信连接。

进一步地，所述轮毂监测单元与所述轮毂上的变桨柜电连接，所述塔筒监测单元与所述机舱内的机舱柜电连接。

进一步地，所述中央监控单元包括通信连接的中控交换机和风场服务器，所述中控交换机与所述塔基系统通信连接。

本实用新型的有益效果：通过对风电机组加装安全监测系统，能够及时的发现各主要连接部位的螺栓状态；有效避免由于螺栓断裂后未及时发现导致的次生灾害；通过对螺栓连接平面缝隙的高精度位移进行监测，判断螺栓连接的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的一种风电机组安全监测系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型实施例所述的螺栓交变应力曲线示意图；

图3是根据本实用新型实施例所述的连接面缝隙随机组运行时间的变化曲线；

图4是根据本实用新型实施例所述的缝隙变化危险曲线。

图中：10、轮毂；10-1、叶片；10-2、主轴；10-3、变桨轴承；10-4、变桨柜；20、机舱；20-1、机舱柜；20-2、主机架；30、塔筒；30-1、塔基柜；1、轮毂监测单元；1-1、信号传输组件；1-2、第一传感器；1-3、第二传感器；2、采集单元；2-1、信号接收组件；2-2、第三传感器；3、塔筒监测单元；3-1、塔基系统；4、中央监控单元；4-1、中控交换机；4-2、风场服务器。

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所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，根据本实用新型实施例所述的一种风电机组安全监测系统，包括安装在轮毂10上的轮毂监测单元1、安装在机舱20内的采集单元2和安装在塔筒30内的塔筒监测单元3；

所述轮毂监测单元1设有信号传输组件1-1，所述轮毂监测单元1分别连接有安装在叶片10-1上的第一传感器1-2和安装在主轴10-2上的第二传感器1-3；

所述采集单元2设有信号接收组件2-1，所述采集单元2连接有设置在所述塔筒30内的上的第三传感器2-2，所述信号传输组件1-1与所述信号接收组件2-1通信连接；

所述塔筒监测单元3设有与所述采集单元2连接的塔基系统3-1，所述塔基系统3-1连接有中央监控单元4。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一传感器1-2、第二传感器1-3和第三传感器2-2均为位移传感器，且位移传感器设置有两个测量端头。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一传感器1-2通过粘合剂固定连接在叶片10-1和变桨轴承10-3连接面的两侧；所述第二传感器1-3通过粘合剂固定连接在轮毂10和主轴10-2连接面的两侧；所述第三传感器2-2通过粘合剂固定连接在塔筒30各节法兰连接面的两侧。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述轮毂监测单元1通过无线信号与所述采集单元2通信连接；所述采集单元2通过网线与所述塔基系统3-1通信连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述轮毂监测单元1与所述轮毂10上的变桨柜10-4电连接，所述塔筒监测单元3与所述机舱20内的机舱柜20-1电连接。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述中央监控单元4包括通信连接的中控交换机4-1和风场服务器4-2，所述中控交换机4-1与所述塔基系统3-1通信连接。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

根据本实用新型实施例所述的一种风电机组安全监测系统，该安全监测系统主要分为三个部分，叶片10-1根部螺栓的安全监测、轮毂10与主轴10-2螺栓的安全监测和塔筒30法兰螺栓的安全监测。

其中，在该检测系统的第一传感器1-2、第二传感器1-3和第三传感器2-2的测量方式均是对两个物体之间的相对位移的高精度测量，且此位移传感器设置有两个测量端头。

第一传感器1-2在叶片10-1根部螺栓的安全监测的安装方式：一个端头采用高强粘合剂粘接在叶片10-1根部位置，另外一个端头采用同样的方式安装在变桨轴承10-3的位置，具体安装数量有以下原则：一、根据历史螺栓断裂的特征进行布设；二、根据叶片10-1圆周内部监测的实际需求进行布设；三、电源及通讯线缆的布线根据现有的结构件进行布设。

第二传感器1-3在轮毂10与主轴10-2螺栓的安全监测的安装方式：一个端头采用高强粘合剂粘接在轮毂10侧圆周面，另外一个端头采用同样的方式安装在主轴10的圆周面；具体安装数量根据叶片10-1圆周内部监测的实际需求进行布设；电源及通讯线缆的布线沿着轮毂10外表面支架延伸至轮毂10内，具体的方式根据现场实际操作。

第三传感器2-2在塔筒30的螺栓安全监测的安装方式：一个端头采用高强粘合剂粘接在塔筒30连接面的上法兰圆周面，另外一个端头采用同样的方式安装在塔筒30连接面的下法兰圆周面。

其中，轮毂监测单元1与变桨柜10-4连接获取电源，轮毂监测单元1采集的数据通过信号传输组件1-1传输至信号接收组件2-1，轮毂监测单元1采集的数据包括第一传感器1-2和第二传感器1-3的数据；

塔筒监测单元3与机舱柜20-1连接获取电源，也可以与塔基柜30-1进行供电，并直接通过采集单元2对第三传感器2-2的数据进行采集。

信号接收组件2-1接受的数据和信号接收组件2-1采集的数据统一通过塔基系统3-1的数据交换机和风电场的环网系统传输至中控交换机4-1，风场服务器4-2对中控交换机4-1获取的数据进行分析处理，并直观的对监测结果进行显示，有异常的数据通过弹窗或其他提醒的方式进行报警。

机舱柜20-1和采集单元均安装在主机架20-2上。

风电机组各大部件之间的连接都是通过高强度螺栓进行连接，如图2所示，当风电机组正常运行时，各连接位置的螺栓的应力状态均变现为交变应力，即类似于一种正弦波，当各部位的螺栓出现异常，交变应力的幅值会超出设计值，可以判断螺栓出现异常。

如图3所示，如果通过对螺栓的应力状态进行监测，难度较大，并且耗时耗力，螺栓的关键作用为对两个连接平面进行紧固，保证两个平面紧密结合，根据材料力学的本构关系σ=E·ε，其中，σ为应力＝E为弹性模量*ε为应变，高强度螺栓为弹性零件，当出现交变载荷时，螺栓也会发生微应变，推导出连接面的缝隙同样也表现为类似于正弦曲线。

缝隙监测通过一种高精度位移传感器对连接面的缝隙变化值进行测量，在机组在运行过程中，如果出现某一监测界面的位移值超出设定的安全阈值时，进行报警提醒，如图4所示，在时刻T，某一监测数值超出上限阈值δmax时，即为δ1时，视为螺栓出现松动，需要及时检查。

通过材料力学本构方程得知，通过对连接面缝隙数值变化的监测，可以有效对螺栓的应力应变状态进行监测和判断。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过对风电机组加装安全监测系统，能够及时的发现各主要连接部位的螺栓状态；有效避免由于螺栓断裂后未及时发现导致的次生灾害；通过对螺栓连接平面缝隙的高精度位移进行监测，判断螺栓连接的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风电机组安全监测系统，其特征在于，包括安装在轮毂（10）上的轮毂监测单元（1）、安装在机舱（20）内的采集单元（2）和安装在塔筒（30）内的塔筒监测单元（3）；

所述轮毂监测单元（1）设有信号传输组件（1-1），所述轮毂监测单元（1）分别连接有安装在叶片（10-1）上的第一传感器（1-2）和安装在主轴（10-2）上的第二传感器（1-3）；

所述采集单元（2）设有信号接收组件（2-1），所述采集单元（2）连接有设置在所述塔筒（30）内的上的第三传感器（2-2），所述信号传输组件（1-1）与所述信号接收组件（2-1）通信连接；

所述塔筒监测单元（3）设有与所述采集单元（2）连接的塔基系统（3-1），所述塔基系统（3-1）连接有中央监控单元（4）。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组安全监测系统，其特征在于，所述第一传感器（1-2）、第二传感器（1-3）和第三传感器（2-2）均为位移传感器，且位移传感器设置有两个测量端头。

3.根据权利要求1所述的一种风电机组安全监测系统，其特征在于，所述第一传感器（1-2）通过粘合剂固定连接在叶片（10-1）和变桨轴承（10-3）连接面的两侧；所述第二传感器（1-3）通过粘合剂固定连接在轮毂（10）和主轴（10-2）连接面的两侧；所述第三传感器（2-2）通过粘合剂固定连接在塔筒（30）各节法兰连接面的两侧。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组安全监测系统，其特征在于，所述轮毂监测单元（1）通过无线信号与所述采集单元（2）通信连接；所述采集单元（2）通过网线与所述塔基系统（3-1）通信连接。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组安全监测系统，其特征在于，所述轮毂监测单元（1）与所述轮毂（10）上的变桨柜（10-4）电连接，所述塔筒监测单元（3）与所述机舱（20）内的机舱柜（20-1）电连接。

6.根据权利要求1所述的一种风电机组安全监测系统，其特征在于，所述中央监控单元（4）包括通信连接的中控交换机（4-1）和风场服务器（4-2），所述中控交换机（4-1）与所述塔基系统（3-1）通信连接。

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