[發(fā)明專利]風電機組葉片故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510012647.0
• 申請日: 2015-01-12
• 公開（公告）號: CN104515677A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設計）人: 劉俊承;姬棟;呂躍剛;高峰
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京麟保德和知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11428
• 代理人: 梁洪源

技術領域

本發(fā)明屬于風力發(fā)電技術領域，尤其涉及一種風電機組葉片故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術

風力發(fā)電是國家提倡大力發(fā)展的一種可再生綠色能源，其可有效地節(jié)約水、煤資源，減輕大氣污染，并對保護生態(tài)環(huán)境有著深遠的意義。我國有豐富的風力資源，政府已經(jīng)將風力發(fā)電作為改善能源結(jié)構，應對氣候變化，提高能源安全的主要替代能源技術之一。有資料估計到2020年，全球?qū)⒂谐^10％的電力供應來源于風力。風力發(fā)電與火電、核電相比，單機容量小、占地面積廣，風力發(fā)電場通常地處邊遠地區(qū)，技術條件、運行條件一般較差，因此風力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性和安全性至關重要。葉片作為風機捕捉風能的關鍵部件，其性能直接影響風機的整機性能和發(fā)電質(zhì)量。由于葉片長期暴露于惡劣的氣候環(huán)境下，易受到狂風，閃電，冰雪的襲擊；同時，長期工作在負荷大范圍波動的條件下，極易導致裂紋，破損，覆冰，螺栓松動等各種故障的發(fā)生。同時,由于風機長期工作在負載快速變化和惡劣環(huán)境條件下，隨著時間推移，可能導致疲勞損傷或葉輪偏載等結(jié)構健康性能指標下降的情況，輕則使風機偏離原來的設計指標造成捕風效率下降，重則可能使葉片性能不斷惡化直至發(fā)展為嚴重故障。有資料顯示，造成風機性能下降或故障的原因絕大多數(shù)都與葉片性能下降或變槳系統(tǒng)故障有關。很多風機的嚴重故障并非突然發(fā)生的，而是由于其葉片結(jié)構性能指標下降，或發(fā)生輕微故障后沒有采取合理的應對措施，導致故障迅速擴散或惡化。我國風電場風機設計壽命為20年，且多處于風沙大，溫差大的西北、東北、內(nèi)蒙等許多氣候條件惡劣的地方，許多風電場已經(jīng)投入運行接近十年，風機性能下降嚴重，逐步進入事故高發(fā)期。當葉片結(jié)構性能下降或發(fā)生輕微故障時，目前風電場SCADA系統(tǒng)因缺乏對葉片的必要監(jiān)控而無法及時發(fā)現(xiàn)并采取恰當?shù)膽獙Υ胧Ｓ捎陲L電機組控制策略完全沒有考慮葉片的運行健康狀態(tài)，對于葉片處于不同健康狀態(tài)的所有風機采用同樣的控制策略，使結(jié)構健康性能下降的風機處于長期不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，不但嚴重影響發(fā)電質(zhì)量，而且隨著時間推移，極有可能造成軸承，齒輪箱等傳動鏈系統(tǒng)的損壞，致使故障擴散，導致更加嚴重的損失。有研究報告對1995年-2010年德國和丹麥發(fā)生的各種風機事故做了統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)由于風機葉片故障導致或與之直接相關的事故數(shù)量最多。由于風機運行的時間不斷增加，這種類型的事故數(shù)量還在呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。另一份由歐洲專門的機構統(tǒng)計的報告對2012年3月發(fā)生的1208起風機事故進行統(tǒng)計，其中由于葉片故障導致的故障占19.4％，由于風機葉片原因?qū)е峦C大概占34％左右，中國目前沒有相關統(tǒng)計報告，但情況可能比這份報告提及情況更嚴重。當葉片發(fā)生故障時，如若不能及時發(fā)現(xiàn)并采取恰當措施將引起災難性的后果。

近些年國外有一些研究機構和公司相繼開發(fā)了一些風電場葉片監(jiān)控設備，主要有：紅外成像分析，聲學分析，視頻分析等；也有風機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)葉片的時候預埋光纖傳感器，以獲得葉片的運行狀態(tài)信息。目前，絕大多數(shù)檢測手段不但價格昂貴而且安裝復雜，難以推廣應用；特別是像光纖傳感器這樣的檢測手段難以應用于已經(jīng)投入運行的風機，不能滿足對整個風電場葉片運行狀況的監(jiān)控。

為了解決在線風機葉片故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控關鍵技術,國內(nèi)許多研究機構與風機生產(chǎn)商也開展了針對葉片故障診斷和狀態(tài)監(jiān)控的相關研究,最近也公布了一些針對風機葉片在線監(jiān)控的專利：如“風力發(fā)電電機及葉片狀態(tài)在線監(jiān)測儀”(中國實用新型專利CN202305007U)、“風力發(fā)電機組葉片實時狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)及方法”(中國發(fā)明專利CN102539438A)、“一種風力發(fā)電機葉片裂紋自動檢測報警系統(tǒng)”(中國實用新型專利CN202533424U)。上述專利中基本采用視頻，應變片，聲音等方式檢測葉片是否發(fā)生嚴重故障，這些方式要么安裝復雜不適合在線故障診斷，要么檢測準確度不高，難以檢測葉片非嚴重故障，不能對葉片性能指標下降帶來的故障進行診斷。如果風機處于長期不穩(wěn)定的亞健康工作狀態(tài)，不但嚴重影響發(fā)電質(zhì)量，而且隨著時間推移，極有可能造成軸承，齒輪箱等傳動鏈系統(tǒng)的損壞，致使故障擴散，導致更加嚴重的損失。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對上述背景技術中提出的問題，提供一種風電機組葉片故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，同時監(jiān)控葉片振動、葉輪轉(zhuǎn)速及發(fā)電機輸出，不但可以診斷葉片常見故障，還可以對葉片結(jié)構健康狀態(tài)進行在線評估。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的技術方案是，一種風電機組葉片故障診斷與狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述系統(tǒng)包括振動傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、電流傳感器、電壓傳感器、信號同步采集單元、數(shù)據(jù)處理單元、OPC接口單元和主控單元；

所述振動傳感器安裝于風力發(fā)電機主軸軸承處；