CN215949739U - 一种风力发电机组塔筒安全监测系统 - Google Patents

Abstract

一种风力发电机组塔筒安全监测系统，包括稳压电源、姿态传感器、数据采集站、交换机、服务器；还具有振动倾斜报警设备；姿态传感器安装在塔筒内，稳压电源、数据采集站、交换机、服务器安装在中控室内；振动倾斜报警设备包括壳体、磁铁、短信模块和万向水银开关、触发子电路，触发子电路、短信模块和万向水银开关安装在壳体内，磁铁安装在壳体外侧；磁铁吸合在塔筒内，稳压电源、姿态传感器、数据采集站、交换机、服务器、振动倾斜报警设备之间电性连接。本新型远端管理部门能实时了解现场塔筒的各种运行数据，且在发生塔筒振动及倾斜的初期，能实时为远端管理部门及运维人员的手机推送一条短信，提示及时进行维护，尽可能减少了塔筒倒塌风险。

Description

一种风力发电机组塔筒安全监测系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组配套设备技术领域，特别是一种风力发电机组塔筒安全监测系统。

背景技术

风力发电机由于节能环保，应用越来越多。塔筒是风电机组的重要部件，对风机机组主要载荷起着承载作用。常规的塔筒一般由3～4节钢筒通过螺栓连接而成，每节塔筒均由钢板和锻造法兰焊接而成。塔筒在机组运行时，需承受自身和机组几百吨的重力、风的推力及弯矩、叶轮的扭矩等复杂多变的载荷。因此，塔筒的安全将直接关系到风电机组的安全运行。近年来，我国每年都会发生几起风电机组倒塌的恶性事故。根据事故后的分析，塔筒维护不周、塔筒自身的安装、制造质量等因素是引起风机倒塌的重要原因。塔筒焊缝开裂、螺栓松动甚至断裂、塔筒变形、基础环松动等现象已成为风电场常见的故障隐患。

目前，风电场对于塔筒结构刚度的监测基本上处于监测系统的盲区。风电机组的管理及维护中，运维人员只能依靠定期检测现场的基础沉降数据、塔筒联接螺栓的力矩数据以及结合目视检查塔筒的外观等，来判断塔筒是否处于安全状态。由于需要人为到现场进行检测，这种落后的维护与监测手段，使维护人员无法有效的掌握塔筒及基础的实时状态，也就无法保证故障的初期对塔筒进行必要的维护，减少塔筒倒塌的风险。基于上述，提供一种能实时监测塔筒基础现场沉降及垂直度数据，以及实时监测塔筒振动、倾角等数据，且能保证运维人员实时接收数据的塔筒安全监测系统显得尤为必要。

实用新型内容

为了克服现有风电机组的管理及维护中，因为采用的设备及技术限制，运维人员只能依靠定期检测现场的基础沉降数据、塔筒联接螺栓的力矩数据以及结合目视检查塔筒的外观等，来判断塔筒是否处于安全状态，导致维护人员无法有效的掌握塔筒及基础的实时状态，无法保证故障的初期对塔筒进行必要的维护，不能有效对塔筒安全应用提供技术支撑的弊端，本实用新型提供了一种采用两套姿态传感器对塔筒的内上部及内下部进行实时的监测，各种数据在相关设备作用下，能实时传递到管理端后台，远端管理部门能实时了解现场塔筒的各种运行数据，且在发生塔筒振动及倾斜的初期，能实时为远端管理部门及运维人员的手机推送一条短信，保证了管理部门人员及运维人员能第一时间了解到现场情况，及时采取应对措施，尽可能减少了塔筒倒塌风险的一种风力发电机组塔筒安全监测系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风力发电机组塔筒安全监测系统，包括稳压电源、姿态传感器、数据采集站、交换机、服务器；其特征在于还具有振动倾斜报警设备；所述姿态传感器安装在塔筒内，稳压电源、数据采集站、交换机、服务器安装在风力发电机中控室内；所述振动倾斜报警设备包括壳体、磁铁、短信模块和万向水银开关、触发子电路，触发子电路、短信模块和万向水银开关安装在壳体内，短信模块和万向水银开关、触发子电路之间电性连接，磁铁安装在壳体外侧；所述振动倾斜报警设备通过磁铁吸合在塔筒内；所述稳压电源的电源输出端和姿态传感器、振动倾斜报警设备的电源输入两端分别电性连接；所述姿态传感器的信号输出端和数据采集站的信号输入端经数据线连接，数据采集站的信号输出端和交换机的信号输入端经数据线连接，交换机的数据输出端和服务器的信号输入端经数据线连接，服务器的信号输出端和远端后台通过有线及无线网线中的一种实现连接。

进一步地，所述稳压电源是交流转直流开关电源模块。

进一步地，所述振动倾斜报警设备的短信模块是短信报警模块；万向水银开关垂直安装在电路板上，塔筒振动或者向任何方向倾斜时，水银液面会接触两个触点。

进一步地，所述振动倾斜报警设备的触发子电路包括电阻、NPN三极管，其间和短信模块、万向水银开关之间电性连接，电阻一端和NPN三极管基极连接，电阻另一端和水银开关一端连接，水银开关另一端和短信模块正极电源输入端连接，NPN三极管发射极和短信模块的负极电源输入端连接，NPN三极管集电极和短信模块其中一个触发信号输入端连接。

本实用新型有益效果是：本新型通过至少两套姿态传感器对塔筒的内上部及内下部进行实时的监测，能有效监测塔筒内的振动、倾角、基础沉降数据等，各种数据在数据采集站、交换机、服务器等共同作用下，能实时经网络传递到管理端后台，远端管理部门能实时了解到现场塔筒的各种运行数据。本新型中，在振动倾斜报警设备作用下，发生塔筒振动及倾斜、沉降等的初期，能实时经短信模块为远端管理部门及运维人员的手机推送一条短信，保证了管理部门人员及运维人员能第一时间了解到现场情况(防止人员只能通过管理后台的PC机屏幕等了解现场数据，当人员没有在管理后台的显示界面前时，现场发生振动、倾斜等状态时，无法实时了解到情况)，及时采取应对措施(比如说到现场紧固松动的螺栓，焊接塔筒因应力开裂部分)，尽可能减少了塔筒倒塌的风险。基于以上，所以本新型具有好的应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型结构示意框图。

图2是本实用新型电路图。

图3是本实用新型振动倾斜报警设备结构示意图。

具体实施方式

图1、3中所示，一种风力发电机组塔筒安全监测系统，包括稳压电源1、姿态传感器2、数据采集站3、交换机4、服务器5；还具有振动倾斜报警设备；所述姿态传感器2有两套，分别经螺杆螺母安装在塔筒的内上端及内下端，稳压电源1、数据采集站3、交换机4、服务器5安装在风力发电机中控室内；所述振动倾斜报警设备包括矩形壳体61、矩形永久磁铁62、短信模块63和万向水银开关64、触发子电路65，触发子电路65、短信模块63和万向水银开关64安装在壳体61内的电路板上，短信模块63和万向水银开关64、触发子电路65之间经导线连接，磁铁62用胶粘接安装在壳体61外侧；所述振动倾斜报警设备通过磁铁62吸合方式垂直安装在塔筒内上部。

图1、2、3所示，稳压电源A1是型号220V/24V/200W的交流转直流开关电源模块成品，具有两个电源输入端1及2脚、两个电源输出端3及4脚。姿态传感器A2及A3型号是DAU8002，其具有两个电源输入端VCC及GND，一路RS485数据输出端口，姿态传感器A2及A3结合了常规倾角传感器和电子陀螺仪各自优势，使常规倾角传感器与电子陀螺仪得以有效互补，利用陀螺仪良好的动态角度测量特性，进行动态角度的精确测量，同时利用倾角传感器对静态角度测量的稳定性、对陀螺仪的零点时漂进行修正，具有良好的动静态性能，从而实现对物体动态倾斜角度的准确测量；本新型安装完成后，技术人员通过现有风电机组基础沉降及塔筒垂直度检测仪，对塔筒顶部和底部法兰表面至少五个不同位置的水平度进行测量，由检测仪检测出塔筒顶部和底部法兰的实际水平度，然后通过检测仪把这个初始水平度的值输入到姿态传感器中，保证姿态传感器A2及A3的初始值不受传感器安装底板水平度的影响，从而使远端管理后台能获得塔筒顶部和底部法兰的绝对倾斜角度。振动倾斜报警设备的短信模块A7是型号GSM DTU SIM800C的短信报警模块成品，短信报警模块成品A7具有两个电源输入端1及2脚，八路信号输入端口3-10脚，每路信号输入端口输入低电平信号后，短信报警模块成品A7会经无线移动网络发送一条短信，短信报警模块成品A7内可储存不同内容短信(本实施例管理人员通过短信报警模块成品A7自身功能预先编辑一条短信，内容是“塔筒故障”等，信号输入端口3脚被触发后，短信报警模块成品A7自动发送短信，最多可同时为三个电话号码发送短信；万向水银开关SQ是玻璃外壳万向水银开关，垂直安装在电路板上，两个触点和玻璃外壳内水银液面间隔一定距离(0.6mm)，塔筒振动或者向任何方向倾斜时，水银液面会接触两个触点。振动倾斜报警设备的触发子电路包括电阻R1、NPN三极管Q1，其间和短信模块A7、万向水银开关SQ之间经电路板布线连接，电阻R1一端和NPN三极管Q1基极连接，电阻R1另一端和水银开关SQ一端连接，水银开关SQ另一端和短信模块A7正极电源输入端VCC连接，NPN三极管Q1发射极和短信模块A7的负极电源输入端GND连接，NPN三极管Q1集电极和短信模块A7其中一个触发信号输入端3脚连接。

图1、2、3所示，稳压电源A1电源输入两端1及2脚、数据采集站A4电源输入两端、交换机A5电源输入两端、服务器A6电源输入两端和交流220V电源两极分别经导线连接，稳压电源A1的电源输出端3及4脚和姿态传感器A2及A3电源输入两端1及2脚(VCC及GND)、振动倾斜报警设备电源输入两端短信模块A7的1及2脚(VCC及GND)分别经导线连接；所述姿态传感器A2、A3的信号输出端和数据采集站A4的信号输入端经RS485数据线分别连接，数据采集站A4的信号输出端和交换机A5的信号输入端经RS485数据线连接，交换机A5的数据输出端和服务器A6的信号输入端经RS485数据线连接，服务器A6的信号输出端和远端后台通过有线及无线网线中的一种实现连接。

图1、2、3所示，220V交流电源进入稳压电源A1、数据采集站A4、交换机A5、服务器A6的电源输入两端后，稳压电源A1、数据采集站A4、交换机A5、服务器A6处于得电工作状态。稳压电源A1得电后在其内部电路作用下其3及4脚会输出稳定的24V电源进入两套姿态传感器A2及A3、振动倾斜报警设备的电源输入端，于是，两套姿态传感器A2及A3、振动倾斜报警设备处于得电工作状态。本新型两套姿态传感器A2及A3在其自身功能作用下，能对风力发电机塔筒的内上部及内下部进行实时的监测，能有效监测塔筒内的振动、倾角、基础沉降等数据(塔筒因应力产生焊缝开裂、螺栓松动甚至断裂、塔筒变形、基础环松动等现象，或者基础沉降导致振动、倾斜等)，各种数据实时传递给数据采集站A4信号输入端，数据采集站A4将输入的各种数据处理后转换为数字信号输出到交换机A5信号输入端，交换机A5在其内部电路作用下将数据通过服务器A6实时经网络传递到管理端后台，这样远端管理部门能实时了解现场塔筒的各种运行数据，并依据塔筒的正常数据作比对，当出现异常后就能及时派出运维人员到现场进行维护。

图1、2、3所示，振动倾斜报警设备得电后，当塔筒没有发生倾斜或振动时，水银开关SQ内部液面不将水银开关SQ两个触点淹没，这样，后级短信模块A7也就不会发送出短信。当塔筒因各种原因产生振动、倾斜一定角度后，都会导致水银开关SQ内部水银接触两个触点，于是，在水银接触两个触点的瞬间，24V电源正极会经水银开关SQ两个闭合的触点进入电阻R1一端；电阻R1降压限流后电源进入NPN三极管Q1基极，NPN三极管Q1导通集电极输出低电平进入短信模块A7的3脚，于是，短信模块A7在其内部电路作用下，会将预先储存的一条短信经无线移动网络发送出去，也就是能实时经短信模块A7为远端管理部门及运维人员的手机推送一条短信，保证了管理部门人员及运维人员能第一时间了解到现场情况(防止人员只能通过管理后台的PC机屏幕等了解现场数据，当人员没有在管理后台的显示界面前时，现场塔筒发生振动、倾斜等状态时，无法实时了解到情况)，及时采取应对措施(比如说到现场紧固松动的螺栓，焊接塔筒因应力开裂部分)，尽可能减少了塔筒倒塌的风险。

图1、2所示，本新型中，交换机型号是S5120V2-28P-LI。服务器型号是Xeon E5-2603 V3/8GB/1.2TB；参数如下，CPU：Intel Core I7-47703.50GHz；内存：16GB DDR3；硬盘：6块2TB 7200RPM SATA，RAID5方式磁盘阵列；现场服务器供电要求：220VAC±10％，50Hz±1Hz，MAX：500W；含显示器及键盘、鼠标；杀毒软件(正版)；操作系统：Windows Server 2003标准版；数据库软件：mysql通用型数据库。数据采集站型号是DAY8000，参数如下，2路RS485信号通道或4路以上模拟信号通道；各个通道的采样频率可独立设置，最大采样频率不低于10Hz；4G的FLASE，当网络发生故障时，可存储一个月的数据；可以对塔筒晃动位移值、塔筒垂直度等进行实时监测；数据采集装置应至少具有4路倾斜量通道，其他应具备数字通讯通道；具备完善的仪器自检功能；运行环境温度：-40℃至+85℃；存储温度：-45℃至+85℃；湿度：0％至95％不凝露。姿态传感器型号是DAU8002，应采用原理为电子陀螺仪与静态倾角计相结合的双向传感器；参数如下，量程：±10°；动态精度：0.005°；耐水压：0.5MPa；输入轴不重合度：+/-3.0°；分辨力：0.0025°；相应时间：0.3S；响应频率：3Hz@-3dB；工作温度范围：-40to 85℃；抗振动：8grms,20～2000Hz；抗冲击：100g,11ms,三轴向；防护等级：IP67。图3中，NPN三极管Q1型号是9013；电阻R1阻值是10K；万向水银开关SQ是玻璃外壳万向水银开关。

以上显示和描述了本新型的主要特征及本新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本新型限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种风力发电机组塔筒安全监测系统，包括稳压电源、姿态传感器、数据采集站、交换机、服务器；其特征在于还具有振动倾斜报警设备；所述姿态传感器安装在塔筒内，稳压电源、数据采集站、交换机、服务器安装在风力发电机中控室内；所述振动倾斜报警设备包括壳体、磁铁、短信模块和万向水银开关、触发子电路，触发子电路、短信模块和万向水银开关安装在壳体内，短信模块和万向水银开关、触发子电路之间电性连接，磁铁安装在壳体外侧；所述振动倾斜报警设备通过磁铁吸合在塔筒内；所述稳压电源的电源输出端和姿态传感器、振动倾斜报警设备的电源输入两端分别电性连接；所述姿态传感器的信号输出端和数据采集站的信号输入端经数据线连接，数据采集站的信号输出端和交换机的信号输入端经数据线连接，交换机的数据输出端和服务器的信号输入端经数据线连接，服务器的信号输出端和远端后台通过有线及无线网线中的一种实现连接。

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机组塔筒安全监测系统，其特征在于，稳压电源是交流转直流开关电源模块。

3.根据权利要求1所述的一种风力发电机组塔筒安全监测系统，其特征在于，振动倾斜报警设备的短信模块是短信报警模块；万向水银开关垂直安装在电路板上，塔筒振动或者向任何方向倾斜时，水银液面会接触两个触点。

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