[發明專利]風力發電機組在線狀態監測與故障診斷系統

有效

• 申請號: 201010623923.4
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102156043A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 張海棠;楊詠林;奚志江
• 申請（專利權）人: 北京四方繼保自動化股份有限公司
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 北京金闕華進專利事務所(普通合伙) 11224
• 代理人: 吳鴻維

技術領域

本發明屬于電氣設備監測與故障診斷技術領域，具體涉及一種風力發電機組在線狀態監測與故障診斷系統及方法，用于風場業主實現可預測性的狀態檢修。

背景技術

風力發電機是風力發電的主要裝置，是風電技術的核心。風力發電機的主要監測部件包括主軸承、齒輪箱、發電機及塔體。故障模式主要有：不平衡、不對中、軸承及齒輪故障。振動測量是對風力發電機故障檢測及分析診斷最常用也是最有效的工具之一。

目前，在我國已經建成的風電場的風機相當部分是上世紀90年代中后期從國外購進的，這些機組壽命一般為15-20年，保修期為2年，隨著機組運行時間的延長，這些機組陸續出現了一些故障，包括風輪葉片、齒輪箱、發電機振動造成的故障等。這些問題導致出現了停機、嚴重影響發電量，造成很大經濟損失。

當風機需要維修和維護時，風場業主需要聘請維修人員、租借大型吊車、采購更換的備件。而風電場主要位于草原、山區、沙漠或沿海，地處偏遠，風機分散分布，隨著單機容量的日益加大，海上風場的日益增多，維護和維修問題將日益突出。

采用故障監測系統，風場業主可以將多次的維修合并到一起，通過監測風力發電機的實效模式，可以延長風機的維修間隔；通過監測風機的狀態，風場業主可以預計風機繼續運行的時間，從而延長風機的服務和維修間隔，實現對風力發電機的主動性維護，即可預測性的狀態檢修。

目前，國內的風場只有少部分安裝了風機在線監測和故障診斷系統，且都處于試運行階段，現有的風機在線監測和故障診斷系統絕大部分為國外產品，價格昂貴，服務不足，國內產品在功能、性能方面差距比較大，存在系統功能不足、缺少集中監控系統和遠程診斷手段、運行經驗缺乏、對故障診斷定位不準確等問題。

發明內容

本發明一方面介紹了一種風力發電機組在線狀態監測與故障診斷系統，另一方面介紹了一種風力發電機組在線狀態監測與故障診斷的方法。

本發明公開的風力發電機組在線狀態監測與故障診斷系統，其特征在于：所述在線狀態監測與故障診斷系統包括一個或多個監測裝置、上位機、中央監控中心和遠程診斷中心；

所述一個或多個監測裝置分布安裝在各個風力發電機組，實現振動信號和過程數據的采集，對振動信號采取抗混濾波、硬件積分、階比分析、有效值計算等方法處理數據，得到波形特征參數，主要有通頻幅值、峰值、峰峰值、有效值、波峰因子、峭度、方差，以及1X幅值/相位、0.5X/2X/3X/4X幅值等，根據各個特征參數所設定的告警閾值(包括一級告警閾值和二級告警閾值)，判斷是否越限，若越限則向上位機發送告警信息，并將當前樣本數據存入本地非易失存儲器；過程數據主要有從其他系統接入的瞬時功率、風機偏航環旋轉狀態、機艙溫度、風速、轉速等；并與所述上位機通訊，將采集的振動信號經處理后得到的樣本數據以及處理后的過程數據上傳至上位機；

所述上位機對樣本數據采取趨勢分析、頻譜計算、加窗頻譜、細化譜、包絡譜、倒頻譜等方法做細化分析，根據各個波形特征參數的值，以及各個參數所設置的一級告警閾值、二級告警閾值，顯示各個波形特征參數的棒圖，表明系統的當前運行狀態；對樣本數據做傅里葉變換計算，得到頻域數據，顯示波形頻譜圖，根據不同部件的固有振動特性，分析典型振動頻率分量的幅值，得到當前該部件的運行狀態；根據某一波形特征參數在一段時間內的值，如一天、一個月、半年、一年等，畫出振動趨勢圖，顯示特征參數隨時間的變化趨勢；根據某一特征參數值，如峰值、峰峰值，畫出該值隨轉速變化的曲線，即波德圖，主要用于機組啟停機時的分析；分別畫出某測點不同時間的樣本的頻譜圖，即頻譜瀑布圖，主要用于分析機組的振動頻譜特征隨時間的變化趨勢；通過上述各種圖譜分析、和數據庫、知識庫數據對比分析進行故障定位。

所述上位機負責與中央監控中心、遠程診斷中心通訊；

所述中央監控中心接收上位機上傳的風機運行狀態和告警信息數據，可以瀏覽監測所管轄各個風場的各個風機狀態；

所述遠程診斷中心定期獲取由上位機輸出的風場的風機數據，對風機狀態進行定期分析，出具風機狀態分析報告；同時當收到某個風機告警信息時，獲取該風機的樣本數據、過程數據以及歷史數據，通過和上位機一樣的故障分析方法，定位故障，不同之處在于，遠程診斷中心具有更豐富的知識庫和更豐富的專家系統。

本發明公布的風機在線監測與故障診斷系統和方法，已經成功在國內幾個風場試運行，效果良好，為風場節約了資金和維護成本，取得了良好的經濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1示意了本發明在線監測與故障診斷系統的整體系統圖；