CN215370120U - 一种海上风电机组智能综合状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海上风电机组智能综合状态监测系统，通过在叶片、传动链及塔筒法兰上分别布置传感器等监测设备，并通过在机组上安装信号采集单元，通过信号采集单元将各监测设备所采集的数据最终传输至陆上集控中心的系统后台服务器，实现对机组整体的实时监测，当机组发生故障时能够及时发现，避免重大故障的发生，提高机组的利用率，减少非计划的停机时间，有效降低度电成本。

Description

一种海上风电机组智能综合状态监测系统

技术领域

本实用新型涉及海上风电机组状态监测的技术领域，尤其是指一种海上风电机组智能综合状态监测系统。

背景技术

未来十年到二十年，风电行业发展将重点向海上进军，海上风电势必走向远海、深海。由于海上环境复杂，且受出海窗口期限制，运维成本远高于陆上风电运维成本。为了加强对机组运行状态的监测，海上风电机组一般会要求配置多个辅助在线监测系统，通过对风力发电机组叶片、传动链、机舱和塔筒进行监测，从而及早发现故障、解决故障，将问题消灭在早期萌芽阶段，避免重大机械故障的发生，提高机组可利用率，减少非计划停机时间，有效降低度电成本。同时，一套成熟可靠的辅助监测系统，也可以减少机组定检巡检的工作，从而减少运维人员出海运维工作时间，以降低运维成本。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海上风电机组智能综合状态监测系统，通过对机组实时进行监测，及时发现故障并解决，避免重大故障的发生，提高机组的利用率，减少非计划的停机时间，有效降低度电成本。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种海上风电机组智能综合状态监测系统，包括加速度传感器、第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器、第三电涡流位移传感器、第一信号采集单元、第二信号采集单元、第三信号采集单元、信号传输模块、信号接收模块、振动加速度传感器、晃度仪、倾角仪、机舱内的交换机、塔基内的交换机、陆上集控中心的交换机和系统后台服务器；风电机组的每个叶片内均装有一加速度传感器，用于采集叶片在机组运行时的振动波形、特征值和风机状态的数据，每个叶片叶根处均装有一第一电涡流位移传感器，用于测量叶根部位形变，每个叶片叶根法兰处沿其周向均布有多个第二电涡流位移传感器，用于监测叶根法兰和变桨轴承连接面的间隙变化，所述第一信号采集单元装于机组的轮毂内，用于采集加速度传感器、第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器的数据，该第一信号采集单元通过设于轮毂内的信号传输模块与机组机舱内的信号接收模块通讯连接，进而由信号接收模块将数据汇集至机舱内的交换机；所述振动加速度传感器有多个，分别装于机组传动链的主轴承、齿轮箱和发动机内，用于对传动链进行在线振动监测，所述晃度仪装于机舱内，用于对机组的晃度进行监测，所述第二信号采集单元装于机舱内，用于采集振动加速度传感器和晃度仪的数据，该第二信号采集单元与机舱内的交换机通讯连接，并将数据汇集至机舱内的交换机；所述机舱内的交换机与机组塔基内的交换机通讯连接，用于将第一信号采集单元和第二信号采集单元的数据汇集到塔基内的交换机；所述倾角仪装于塔基内，用于监测机组的不均匀沉降情况，每节塔筒顶法兰及基础顶法兰上沿各自周向分别均布有多个第三电涡流位移传感器，用于采集塔筒法兰连接处的间隙变化，所述第三信号采集单元设于塔基内，并与第三电涡流位移传感器和倾角仪通讯连接，用于采集第三电涡流位移传感器和倾角仪的数据，该第三信号采集单元与塔基内的交换机通讯连接，所述系统后台服务器与塔基内的交换机通过风场陆上集控中心的交换机通讯连接，用于接收塔基的交换机的数据并进行汇总。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本实用新型的监测系统只需在风力轮毂、机舱和塔基布置三个信号采集单元就可以满足整机的数据采集需求，降低成本。

2、本实用新型的监测系统采用电涡流位移传感器监测叶根载荷变化，与目前行业内普遍采用的应变片相比，测量精度高，同时成本低，性能可靠，后期的维护工作减少。

3、目前行业内普遍采用的超声波传感器和角度传感器对螺栓进行监测，单由于叶根螺栓和塔筒法兰螺栓数量较多，超声波传感器和角度传感器都是对单个螺栓进行监测，以国内某型海上风力发电机组为例，其单个塔筒法兰连接螺栓数量多达140个，整机法兰连接螺栓和叶根螺栓数量超过900个，因此无法对每个螺栓进行监测，通常只能选取一定比例的螺栓进行监测，本实用新型的监测系统通过布置电涡流位移传感器监测叶片法兰与变桨轴承连接面的间隙变化及塔筒法兰连接处的间隙变化分析螺栓载荷情况，通过监测法兰载荷变化情况，实现对所有螺栓的监测，大幅度降低成本。

4、本实用新型的监测系统通过电涡流位移传感器监测塔筒法兰间隙，同步可以分析塔筒本体受力状态，不需额外增加塔筒法兰应力监测系统，降低整机成本。

附图说明

图1为综合状态监测系统监测叶片部分的电气原理图。

图2为综合状态监测系统监测传动链部分的电气原理图。

图3为综合状态监测系统监测塔筒法兰部分的电气原理图。

图4为综合状态监测机舱内的交换机、塔基内的交换机与陆上集控中心的交换机和系统后台服务器连接的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1至图4所示，本实施例所述的海上风电机组智能综合状态监测系统，包括加速度传感器A、第一电涡流位移传感器B1、第二电涡流位移传感器B2、第三电涡流位移传感器B3、第一信号采集单元1、第二信号采集单元2、第三信号采集单元3、信号传输模块4、信号接收模块5、晃度仪C、振动加速度传感器D、倾角仪E、机舱内的交换机6、塔基内的交换机7、陆上集控中心的交换机8和系统后台服务器9；风电机组包括三个叶片，每个叶片内均装有一加速度传感器A，用于采集叶片在机组运行时的振动波形、特征值和风机状态的数据，每个叶片叶根处均装有一第一电涡流位移传感器B1，用于测量叶根部位微米级形变，进而得出叶根所受载荷的变化，每个叶片叶根法兰处沿其周向均布有4个第二电涡流位移传感器B2，用于监测叶根法兰和变桨轴承连接面的间隙变化，进而监测叶根螺栓的状态，所述第一信号采集单元1装于机组的轮毂内，用于采集加速度传感器A、第一电涡流位移传感器B1和第二电涡流位移传感器B2的数据，该第一信号采集单元1通过设于轮毂内的信号传输模块4与机组机舱内的信号接收模块5无线通讯连接，进而由信号接收模块5将数据汇集至机舱内的交换机6；所述振动加速度传感器D有10个，分别装于机组传动链的主轴承、齿轮箱和发动机内，用于对传动链进行在线振动监测，所述晃度仪C装于机舱内，用于对机组的晃度进行监测，所述第二信号采集单元2装于机舱内，用于采集振动加速度传感器D和晃度仪C的数据，该第二信号采集单元2与机舱内的交换机6通讯连接，并将数据汇集至机舱内的交换机6；所述机舱内的交换机6与机组塔基内的交换机7通讯连接，用于将第一信号采集单元1和第二信号采集单元2的数据汇集到塔基内的交换机7；所述倾角仪E装于塔基内，用于监测机组的不均匀沉降情况，每节塔筒顶法兰及基础顶法兰上沿各自周向分别均布有4个第三电涡流位移传感器B3，用于采集塔筒法兰连接处的间隙变化，进而监测塔筒螺栓的状态，所述第三信号采集单元3设于塔基内，并与第三电涡流位移传感器B3和倾角仪E通讯连接，用于采集第三电涡流位移传感器B3和倾角仪E的数据，该第三信号采集单元3与塔基内的交换机7通讯连接，陆上集控中心的交换机8与塔基内的交换机7通过海缆光纤连接，所述系统后台服务器9与陆上集控中心的交换机8通讯连接，并通过陆上集控中心的交换机8接收塔基的交换机7的数据并进行汇总。

以叶片出现异常为例，当叶片出现表面开裂、结构损伤、覆冰等情况，会加剧叶片气动不平衡进而影响叶轮的平衡转动，同步影响叶螺栓载荷变化，叶轮不平衡运转，加剧塔筒晃度，同步影响塔筒螺栓载荷，如果出现螺栓松动或者损坏，会引起塔筒法兰间隙直接产生变化，采用本实施例的综合状态监测系统对风机各部件的状态同时进行监测，保证风机平稳安全运行。

以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (1)

1.一种海上风电机组智能综合状态监测系统，其特征在于：包括加速度传感器、第一电涡流位移传感器、第二电涡流位移传感器、第三电涡流位移传感器、第一信号采集单元、第二信号采集单元、第三信号采集单元、信号传输模块、信号接收模块、振动加速度传感器、晃度仪、倾角仪、机舱内的交换机、塔基内的交换机、陆上集控中心的交换机和系统后台服务器；风电机组的每个叶片内均装有一加速度传感器，用于采集叶片在机组运行时的振动波形、特征值和风机状态的数据，每个叶片叶根处均装有一第一电涡流位移传感器，用于测量叶根部位形变，每个叶片叶根法兰处沿其周向均布有多个第二电涡流位移传感器，用于监测叶根法兰和变桨轴承连接面的间隙变化，所述第一信号采集单元装于机组的轮毂内，用于采集加速度传感器、第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器的数据，该第一信号采集单元通过设于轮毂内的信号传输模块与机组机舱内的信号接收模块通讯连接，进而由信号接收模块将数据汇集至机舱内的交换机；所述振动加速度传感器有多个，分别装于机组传动链的主轴承、齿轮箱和发动机内，用于对传动链进行在线振动监测，所述晃度仪装于机舱内，用于对机组的晃度进行监测，所述第二信号采集单元装于机舱内，用于采集振动加速度传感器和晃度仪的数据，该第二信号采集单元与机舱内的交换机通讯连接，并将数据汇集至机舱内的交换机；所述机舱内的交换机与机组塔基内的交换机通讯连接，用于将第一信号采集单元和第二信号采集单元的数据汇集到塔基内的交换机；所述倾角仪装于塔基内，用于监测机组的不均匀沉降情况，每节塔筒顶法兰及基础顶法兰上沿各自周向分别均布有多个第三电涡流位移传感器，用于采集塔筒法兰连接处的间隙变化，所述第三信号采集单元设于塔基内，并与第三电涡流位移传感器和倾角仪通讯连接，用于采集第三电涡流位移传感器和倾角仪的数据，该第三信号采集单元与塔基内的交换机通讯连接，所述系统后台服务器与塔基内的交换机通过风场陆上集控中心的交换机通讯连接，用于接收塔基的交换机的数据并进行汇总。

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