[發明專利]用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的方法和系統

有效

• 申請號: 201410273567.6
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104075795B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 唐新安;靖峰;范德功
• 申請（專利權）人: 北京金風科創風電設備有限公司
• 主分類號: G01H1/12
• 分類號: G01H1/12;G01M7/02
• 代理公司: 北京金律言科知識產權代理事務所(普通合伙)11461
• 代理人: 羅延紅,逯博

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組的葉輪狀態監測技術，尤其涉及一種用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的方法和系統。

背景技術

風力發電機組的葉輪主要包括葉片和輪轂；葉片是風力發電機吸取風能的部件，輪轂是安裝葉片以及風機變槳機構的部件。

從整機動力學和載荷分析，葉輪(包括葉片)部分承受整機90％以上的載荷，且受力復雜、環境工況惡劣，尤其葉片是受力最復雜的部件。葉片不停的旋轉，載荷具有交變性和隨機性，各種激振力都是通過葉片傳遞出去。所以葉輪是風力發電機組最容易出重大故障的部分，例如葉片斷裂、輪轂出現裂紋、變槳機構失效等問題。風力發電機組的葉輪部分在風機運行過程中不停地旋轉，并且葉片隨風速的大小進行變槳，這對于信號傳輸和采集都是不利的，所以目前行業內對葉輪部分沒有可靠的方法進行實時監測。

目前，一方面，由于葉輪是風機的旋轉部件，盡管可以從其他行業中借鑒，但在旋轉部件的信號采集和傳輸存在可靠性和穩定性問題，對于直驅機組來說，輪轂部分存在于強磁場環境中，此問題更為突出；另一方面，針對葉輪振動狀態的研究還不是很透徹，選擇合適的傳感器和數據采集設備是一個難點。

由于葉輪部分是最容易出現重大故障的部件之一，而且一旦出現故障后果嚴重，因此如果能夠對此部分進行狀態監測，對故障進行提前預警，或者故障較輕時采取補救措施，那么對于降低風機運行維護成本意義重大。

目前針對葉輪系統的狀態監測技術主要集中在葉片的狀態監測，利用光線傳感器采集葉片的應變計變形量，然后根據力學對應關系得到葉片的應力、彎矩、扭矩等力學信息。這些方法優點是目標明確直接當某一力學指標超過設計值時，葉片就可能會出現故障，但缺點更加突出：一方面，光纖傳感器和對應的數據采集設備價格昂貴；另一方面，應變計變形信號容易被干擾，同時對激勵力而言又不是很靈敏，對于葉片非線性材料，如果想得到力學信息，還需進行實驗標定。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的方法和系統，在風力發電機組運行狀態下通過在檢測葉片的振動數據并且結合工況數據對檢測的葉片振動數據進行分析，識別可能發生故障的數據，以幫助在運行狀態下對葉輪做出故障診斷。

根據本發明的一方面，提供一種用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的方法，包括：根據預定的檢測周期檢測在風力發電機組葉片上的預定測點處至少一個方向上的振動加速度并同步地獲取風力發電機組的至少一個機組運行參數的數據，并且記錄獲取的機組運行參數數據和檢測的振動加速度數據；選取超過預定數量的記錄的機組運行參數數據和振動加速度數據的數據集合；對選取的數據集合執行以下處理：根據機組運行參數從所述數據集合去除在風力發電機組處于異常工況時檢測到的振動加速度數據，對在葉片上的測點處檢測的振動加速度數據執行運行模態分析，提取在運行狀態下葉片的固有頻率、阻尼比和振型中的至少一個，并且根據提取的固有頻率、阻尼比和振型確定風力發電機組的葉輪是否發生故障。

根據本發明的另一方面，提供一種用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的系統，包括：至少一個振動傳感器，設置在風力發電機組葉片上的預定測點處的至少一個方向上，用于檢測所述預定測點處的振動加速度；葉輪振動數據采集裝置，用于根據預定的檢測周期控制所述至少一個振動傳感器檢測所述預定測點處至少一個方向上的振動加速度，并且將檢測到的振動加速度發送給狀態數據收集裝置；狀態數據收集裝置，用于與所述預定的檢測周期同步地獲取風力發電機組的至少一個機組運行參數的數據，記錄獲取的機組運行參數數據和從葉輪振動數據采集裝置接收的振動加速度數據，并且選取超過預定數量的記錄的機組運行參數數據和振動加速度數據的數據集合；振動數據篩選裝置，用于根據機組運行參數從狀態數據收集裝置選取的數據集合去除在風力發電機組處于異常工況時檢測到的振動加速度數據；振動數據分析裝置，用于對在葉片上的測點處檢測的振動加速度數據執行運行模態分析，提取在運行狀態下葉片的固有頻率、阻尼比和振型中的至少一個，并且根據提取的固有頻率、阻尼比和振型確定風力發電機組的葉輪是否發生故障。

有益效果

本發明的用于監測風力發電機組的葉輪振動狀態的方法和系統通過周期性檢測葉輪的振動數據結合同步采集的機組運行數據，對風力發電機組在運行狀態下葉輪的振動數據進行運行模態分析，識別可能發生故障的數據，以幫助在運行狀態下對葉輪做出故障診斷。所述方法較使用光纖傳感器采集葉片的應變計變形量的方法價格低廉，分析方法相對簡單并且準確性高。