[發明專利]風機狀態監控系統和方法

在審

• 申請號: 201310680648.3
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103809556A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 施洪生;霍威;鄭海波;李景新
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;國華能源投資有限公司;北京交通大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;G01D21/02;G01M15/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 陳瀟瀟;肖冰濱

技術領域

本發明涉及風力發電領域，具體地，涉及一種風機狀態監控系統和方法。

背景技術

風力發電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過齒輪箱將旋轉的速度提升，來帶動發電機發電。風電場的發電總量及經濟效益依賴于機組的良好、穩定運行。主軸、齒輪箱和發電機的故障在風電機組的故障中占了很大比例，其故障引起的設備停機時間占到了風電機組非計劃停機時間的70%。主軸、齒輪箱等機械部件的失效是一個長期的、累積的過程，這些失效包括齒輪、軸承等旋轉零件磨損、緊固件的連接松動等。因此，需要采取一定的監控方法來對故障做出診斷及定位，從而避免風機因嚴重故障造成的事故及經濟損失。

在現有技術中，對風電機組的監控主要包括電氣量及狀態監控、視頻監控、振動監控、油液監控等。其中，電氣量及狀態監控采用從風機數據采集與監視控制（SCADA）系統中采集的電壓、電流、振動、溫度等參量進行監測和分析，可以實現對機組重要部件如發電機、塔架、傳動鏈、葉輪等的狀態監測工作。但這種監控的相關性和時效性并不突出，能夠發現的故障限于一些大的故障，不能用于故障的早期預測；視頻監控手段主要是依靠安裝在風電機組內外的視頻采集設備對風機的運行狀況進行監控。這種監控手段的優點是直觀性較強，工作人員可以通過圖像直觀的了解到風機設備的運行情況，缺點是無法獲取設備內部的失效特征，只能在故障發生后觀測到故障的情況；振動監控主要是通過在風機內部的特定位置安裝加速度傳感器，采集設備的振動信息。通過對被測設備的時域波形圖及頻域譜圖進行分析，來對內部零件做出定性診斷。振動監測的優點是對故障的診斷較為準確，缺點是振動監測的前瞻性較差，即當振動監測可以確切的得出失效結果時，故障往往已經發生；油液監控是通過專門的油液檢測傳感器對風機主軸軸承及齒輪箱中的潤滑油進行監測，通過潤滑油信息對故障做出診斷及預警。油液監控的優點是對失效較為敏感，尤其是磨損導致的機械失效，缺點是常規的油液監測需要在實驗室環境中進行，很難做到在線監測，而且很大程度上需要依靠人的經驗。可見，現有技術中尚無一種設備或方法能夠對風機故障做出有效診斷及定位。

發明內容

本發明的目的是提供一種設備和方法，該設備和方法能夠對風機運行狀態進行有效監控，診斷及預測故障。

為了實現上述目的，本發明提供一種風機狀態監控系統，該系統包括：相互通信的數據服務器和多個機組監控設備，其中每個所述機組監控設備包括：加速度傳感器，設置在機組的傳動部件處，被配置成檢測所述傳動部件的振動；油液檢測傳感器，沿所述機組的齒輪箱潤滑油路設置，被配置成檢測潤滑油的狀態參數；以及數據采集裝置，被配置成采集來自所述加速度傳感器的振動信號和所述油液檢測傳感器的狀態參數信號，以及將所采集的信號輸出到所述數據服務器；以及所述數據服務器，被配置成存儲并分析從所述數據采集裝置接收的信號，以獲得監控結果。

可選地，所述數據服務器還被配置成將從所述數據采集裝置接收的信號與預先設置的閾值進行比較，以及當達到或超過所述閾值時，判斷故障部位并生成報警信號。

可選地，所述數據服務器還包括：報警裝置，被配置成根據所述報警信號生成并發送報警信息到移動終端。

可選地，所述傳動部件包括：主軸、齒輪箱以及發電機；以及所述加速度傳感器為兩軸加速度傳感器和/或三軸加速度傳感器。

可選地，所述加速度傳感器包括：分別設置在主軸軸承處、齒輪箱輸出軸軸承處以及發電機傳動端軸承處的三軸加速度傳感器，以及分別設置在所述齒輪箱的低速級軸承、中間級軸承及內齒圈處和所述發電機非傳動端軸承處的兩軸加速度傳感器。

可選地，所述油液檢測傳感器包括以下至少之一者：磨粒傳感器、濕度傳感器以及品質傳感器，其中，所述磨粒傳感器被配置成檢測所述潤滑油的油液磨粒；所述濕度傳感器被配置成檢測所述潤滑油的油液濕度；以及所述品質傳感器被配置成檢測所述潤滑油的油液品質。

可選地，所述數據服務器還包括：服務器端數據庫，被配置成存儲從所述數據采集裝置接收的信號。

可選地，該系統還包括遠程控制設備，該遠程控制設備通過網絡與所述數據服務器連接，被配置成能夠訪問所述數據服務器以及控制所述系統運行。

本發明另一個方面還提供了一種風機狀態監控方法，該方法包括：通過傳感器檢測機組傳動部件的振動以及所述機組的齒輪箱潤滑油的狀態參數；采集來自所述傳感器的振動信號和狀態參數信號；以及存儲并分析所述振動信號和所述狀態參數信號以獲得監控結果。