一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統的製作方法

2023-06-12 08:11:51

專利名稱：一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種風力發動機組，具體指一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統。
背景技術：
在我國風力發電具有良好的發展前景同時，也面臨著其所固有的問題，其中風機運行故障作為制約風力發電的一個重要原因而亟待解決。我國風場採取的維護方式多為定期維護及事後維修，這使得風電機組的維護費用長期以來居高不下。目前，國內暫時還沒有完整有效的風電機組在線監控及故障診斷系統，這成為了我國在風電發展的道路上面臨著一個重大的問題。國內對風力發電系統的故障診斷還處於起步階段，現有的故障診斷系統主要集中在對傳動鏈(齒輪箱)的研究上，採用的方法主要是對傳統鏈的振動分析方法，通過採集大量的原始振動數據和生成一些分析圖譜，由具有深厚工程知識和理論功底的高級技術人才讀圖來實現故障分析和診斷，普通機組維護人員則無法從振動數據以及圖譜中獲取機組狀態的有效信息。由於大型風力發電機組故障的複雜性、不確定性等難以處理的問題，單一的振動信號分析方法很難準確判斷機組故障全面性，無法實現對機組故障部件的自動、準確定位和故障預警，診斷效果不理想。

發明內容
本發明克服了上述風電機組監測診斷技術中的缺點，提供一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，通過現場和遠程監控技術，以監測設備獲取風電機組運行狀態的振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號、壓力信號等特徵信號，實現多途徑多種故障信號的提取，多渠道掌握風電機組實時的運行狀態信息，進而早期發現風電機組出現的故障，在風力機不拆解的情況 下，根據工程經驗和數據積累，採用多種信號分析手段對風力機所處的狀態進行判斷、對風力機的故障及其發展變化進行診斷，以確定設備故障的性質、程度、類別和部位，明確故障徵兆、原因和系統之間的相互關係，並指明故障發展趨勢。上述發明通過以下技術方案實現:一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，包括數據採集與監控系統、數據傳輸與存儲系統、風場中央控制室以及遠程故障診斷中心。數據採集與監控系統，包括分別在風電機組關鍵監測部件上安裝的各種監視設備、傳感器和數據採集設備，實現對對包括振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號在內的特徵信號的提取。所述數據採集與監控系統通過數據傳輸與存儲系統與風場中央控制室和遠程故障診斷中心形成數據信息的連接與反饋。風場中央控制室在現場對所在風場的風電機組關鍵監測部件上的特徵信號進行提取，當特徵信號值超過系統設定臨界值時系統報警，根據報警信號進行故障分析。遠程故障診斷中心將採集的不同風場的風電機組的關鍵監測部件上的特徵信號數據進行篩選、整理與分析，給出波形圖和頻譜圖，給出振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號的趨勢圖，實現趨勢預警和故障解決方案。遠程故障診斷中心在進行故障分析的同時將傳輸的數據建立資料庫，並不斷整理、更新和完善。遠程故障診斷中心將故障診斷結果反饋給維修團隊，維修團隊進場維修，從而形成了動態互動循環系統。遠程故障診斷中心系統配套的傳輸網絡分別與授權用戶和技術支持用戶建立信息互聯反饋聯繫。所述數據採集與監控系統的數據採集設備安置在風塔控制櫃內採集全部傳感器信號，將採集到的信號通過所述數據傳輸與存儲系統的光纖電纜傳送至風場中央控制室的伺服器、操作員站進行分析處理。風電機組關鍵監測部件包括:齒輪箱、主軸、發電機、軸承、液壓系統、偏航系統、軸承潤滑系統、剎車系統、葉片和塔筒，測點數量針對不同機型可以靈活調整。實現包括振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號等特徵信號的監測。數據傳輸與存儲系統通過數據採集設備將信號傳到交換機上，交換機一方面將數據採集設備獲取的信號傳輸給風場中央控制室，另一方面通過路由器，利用網際網路傳給遠程故障診斷中心。本發明極大的提高了故障判斷的準確率，能有效降低風力發電系統的故障風險，很大地提高機組的設備的運行效率。


圖1本發明在線監測及故障診斷系統整體系統圖。

圖2是風電機組數據採集與監控系統結構圖。圖3風電機組在線監測及故障診斷系統網絡結構圖。圖4風場中央監控室系統示意圖。圖5是本發明的遠程故障診斷中心的故障分析流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步說明。本發明提供一種風電機組在線監測及故障診斷系統，實時採集風電機組運行狀態的數據信息並對風電機組可能發生故障的特徵信號進行提取細化分析，確定設備故障的性質、程度、類別和部位，明確故障徵兆、原因和系統之間的相互關係，並指明故障發展趨勢。在風力機不拆解的情況下，根據工程經驗和數據積累，採用振動分析、噪聲分析、視頻信號分析等技術手段構成一個立體的綜合的預警系統，對風力機所處的狀態進行判斷、對風力機的故障及其發展變化進行診斷。實現提前預知風電機組可能出現的故障，降低風電機組故障停機的風險，提高風電機組的運行效率和運行壽命。圖1示意了本發明大型風電機組在線監測及故障診斷系統的組成及各部分功能。大型風力發電機組在線監測及診斷系統包括:數據採集與監控系統，數據傳輸與存儲系統，風場中央控制室以及遠程故障診斷中心。其中數據採集與監控系統包括傳感器、監視設備和數據採集設備。數據採集設備安置在風塔控制櫃內採集全部傳感器信號，實現對特徵信號的提取。風電機組關鍵監測部件包括:齒輪箱、主軸、發電機、軸承、液壓系統、偏航系統、軸承潤滑系統、剎車系統、葉片和塔筒，測點數量針對不同機型可以靈活調整，實現包括振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號等特徵信號的採集。特徵信號通過數據傳輸與存儲系統的光纖電纜經交換機傳送至風場中央控制室由風場伺服器、操作員站進行分析處理。見附圖2，所述傳感器包括低頻加速度傳感器、標準加速度傳感器、無線低頻加速度傳感器、傾角傳感器、油位壓力傳感器、聲音採集器、火焰採集器、視頻採集器。並且，各傳感器與採集器與數據採集設備相連，數據採集設備處理接收到的各傳感器和採集器的信號。所述低頻加速度傳感器、標準加速度傳感器安裝在風電機組的軸承、齒輪箱以及發電機等傳動系統上，監測風電機組的振動信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述油位、壓力傳感器安裝在液壓系統以及齒輪箱上，採集風電機組的液壓系統以及齒輪箱潤滑油的油液壓力信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述聲音採集器安裝在風電機艙罩靠近發電機處，採集風電機組運行的聲音信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述的視頻採集器安裝在風電機艙頂部，採集風電機艙內所有部件運行的視頻信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述火焰採集器安裝在風電機艙罩靠近主機底座處，採集風電機組運行過程中出現的電火花等火焰信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述傾角傳感器安裝在塔筒的頂部和塔筒中部，監測風電機組塔筒的支撐狀態，採集塔筒發生傾斜的信號，並與數據採集設備通過電纜相連。所述無線低頻加速度傳感器分別安裝在葉片的葉根、葉中和葉尖部，監測風電機組葉片的運行狀態，採集葉片的振動信號，與數據採集設備通過網絡無線相連。見附圖3，各個風場通過數據採集與監控系統的數據採集設備將特徵信號傳到數據傳輸與存儲系統的交換機上，交換機一方面將採集器獲取的信號傳輸給風場中央控制室，另一方面通過路由器，利用網際網路傳給遠程故障診斷中心。數據的實時傳輸、網絡共享硬體將監測數據遠程共享。圖4為風場中 央控制室系統不意布局圖。該風場中央控制室基於SCADA(Supervisor Control And Data Acquisition)系統實現風場監控，它可以米集現場的數字量和模擬量，並且可以對所控制的現場進行實時監控，並提供必要的資料管理功能。通過風電機組的SCADA系統要實現對已監測數據的傳輸和遠程接入。中央控制室在這個基礎上配合計算機網絡、風場工作站運維人員在控制室便可隨時了解風機的運行狀態，向風場運維人員提供監測、報警數據的查詢、瀏覽和列印服務。對異常的風機可直接分析信號數據，從而實現對風電場所有機組的運行情況的實時監測。所有數據也可通過網絡傳送至遠程故障診斷中心。針對風電機組發現的預警，項目團隊技術人員開展對數據的分析工作，根據波形、頻譜、視頻畫面及噪聲，技術人員定位潛在故障、分析可能的原因並出具分析報告，提交給風電場相關負責人。針對風電機組出現的棘手問題，通過組織專家團隊和有經驗的維護工程師進行故障分析，專家團隊由業內知名專家組成，藉助專家團隊的外腦智慧實現對故障進行準確定位並提出建設性處理意見。針對診斷報告，專業技術團隊定位故障，通知維修隊伍，現場的維護隊伍迅速響應，制訂維護/維修方案，並開展現場維護工作。最終將維修結果反饋給專家團隊，積累問題處理的經驗，並錄入相應的資料庫，從而提高故障診斷的實時性和診斷結果的可靠性。全部數據均載入系統資料庫，並不斷進行整理和完善，形成故障診斷的閉環控制和開放性知識庫。所述故障診斷是通過振動監控分析、電信號監控分析、潤滑油油液分析、噪聲分析、視頻信號分析以及專家團隊分析等不同的分析方法融合得到故障證據，依據分析證據以及預先設置的判斷規則輸出對應的故障類型。圖5示意了故障診斷流程圖，其中，特徵信號是指傳感器和採集器所採集的風電機組運行狀態信息通過數據的篩選、整理與分析處理輸出的數據信息。診斷方式是指知識庫中存儲的相關風電機組設備部件的標準、規程以及經驗，採用基於規則、模型和案例相結合的推理模式，運用正反向混合推理策略，對特徵信號的變量數據以及發展趨勢進行分析，自動生成分析圖譜，給出診斷結論。專家診斷是指通過專家分析團隊對故特徵信號生成的趨勢圖譜進行人工分析診斷，給出診斷報告。即可在線診斷亦可離線診斷，並可根據用戶需要進行自動診斷或對話診 斷。
權利要求
1.一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:包括數據採集與監控系統、數據傳輸與存儲系統、風場中央控制室以及遠程故障診斷中心；數據採集與監控系統包括分別在風電機組關鍵監測部件上安裝的監視設備、傳感器和數據採集設備，實現對包括振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號在內的特徵信號的提取；所述數據採集與監控系統通過數據傳輸與存儲系統與風場中央控制室和遠程故障診斷中心形成數據信息的連接與反饋；風場中央控制室在現場對所在風場的風電機組關鍵監測部件上的特徵信號進行提取，當特徵信號值超過系統設定臨界值時系統報警並根據報警信號進行故障分析；遠程故障診斷中心將採集的不同風場的風電機組關鍵監測部件上的特徵信號數據進行篩選、整理與分析，給出波形圖和頻譜圖，給出振動信號、視頻信號、噪聲信號、火焰信號、電信號和壓力信號的趨勢圖，實現趨勢預警和故障解決方案。
2.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:遠程故障診斷中心在進行故障診斷的同時將傳輸的數據建立資料庫，並不斷整理、更新和兀吾。
3.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:遠程故障診斷中心將故障診斷結果反饋給維修團隊，維修團隊進場維修，從而形成了動態互動循環系統。
4.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:遠程故障診斷中心系統配套的傳輸網絡分別與授權用戶和技術支持用戶建立信息互聯反饋。
5.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:所述數據採集與監控系統的數據採集設備安置在風塔控制櫃內採集全部傳感器信號，將採集到的信號通過所述數據傳輸與存儲系統的光纖電纜傳送至風場中央控制室的伺服器進行分析處理。
6.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:所述數據採集與監控系統的風電機組關鍵監測部件包括齒輪箱、主軸、發電機、軸承、液壓系統、偏航系統、軸承潤滑系統、剎車系統、葉片和塔筒。
7.根據權利要求1所述的一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其特徵在於:所述數據傳輸與存儲系統通過數據採集設備將特徵信號傳到數據傳輸與存儲系統的交換機上，交換機一方面傳輸給風場中央控制室，另一方面通過路由器，利用網際網路傳給遠程故障診斷中心。
全文摘要
一種大型風電機組在線監測及故障診斷系統，其在待檢測的風電機組上安裝傳感器和數據採集設備，採集風電機組設備運行的視頻信號、噪音信號、火焰信號、電信號、振動信號、壓力信號等狀態特徵信號，通過網絡實時傳送到風電場中央控制室；運維人員在風電場中央控制室便可隨時了解風機的運行狀態，對運行異常的風機可直接分析信號數據，從而實現對風電場所有機組的齒輪箱、主軸、發電機、軸承、液壓系統、偏航系統、軸承潤滑系統、剎車系統、葉片和塔筒運行情況的實時監測並輸出故障報警信息。數據也可通過網絡傳送至遠程故障診斷中心，由項目團隊對故障進行專業的分析、出具分析報告，現場維護隊伍開展相應維修/維護工作。
文檔編號G01D21/02GK103234585SQ20131015916
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月16日 優先權日2013年4月16日
發明者海振東, 李海龍, 趙傑, 李財源 申請人:內蒙古航天億久科技發展有限責任公司