风力发电机振动在线监测系统
浅析风力发电机组传动链振动监测系统的应用
浅析风力发电机组传动链振动监测系统的应用摘要：风力发电机组处于恶劣的环境下，运行工况复杂，由于风力发电机组的启停、偏航、变桨、调控时会产生很大的冲击，从而对风机的部件造成冲击振动，影响风力发电机组的安全稳定运行。
传动链作为风力发电机组关键的组成部分，其振动对风机安全稳定运行起到至关重要的作用。
因此，通过振动监测和故障诊断技术，及时、有效地对风力发电机组传动链运行状态作出诊断，避免重大事故的发生，有效保证风力发电机组安全稳定的运行。
关键词：风力发电机组；振动监测；传动链1 引言随着经济社会的发展和转型，人类越来越重视清洁能源的开发和利用。
风能作为一种清洁、无污染、蕴藏量丰富可再生能源，受到各国的重视，成为重点开发的能源之一。
风力发电机组通常处于高山、戈壁、草原、海上等场所，承受的工况条件复杂，常年处于昼夜温差大、载荷变化大、冲击载荷频繁的环境中，容易发生故障，目前，风力发电机组维修保养采用计划维修和事后维修两种方式，其缺点在于需要在维修期间停止风机运行，对于事后维修则需要更高维护成本[1]。
状态监测与故障诊断技术是在设备运行中或不拆卸设备的情况下，运用各种监测设备和方法判断设备的运行状态是否存在异常，准确判断设备故障部位提出预警，并可判断设备故障发展趋势的技术，是一门集力学、电子技术、测试技术、计算机技术等学科为一体的综合性技术。
相比计划维修和事后维修，状态监测与故障诊断技术作为预知性维修，可以根据设备的实际运行状态来安排维修作业，避免了维修不足和过剩维修的情况，防止事故的发生，保障了风力发电机组的稳定运行。
振动监测作为状态监测的必要技术，近年来在风力发电机组上得到广泛应用[2]。
2 风力发电机组风力发电机组主要是通过叶片捕获风能，再通过传动系统增速，最后驱动发电机发电，从而将风能转化为电能。
双馈型风力发电机组传动链主要由主轴、主轴承、齿轮箱、制动盘、联轴器和发电机等主要部件组成，据相关统计数据可知，双馈机组的故障主要集中在齿轮箱、叶片、发电机、电气系统、偏航系统、传动链、控制系统等关键部件，对于电气系统故障，可以通过远程控制和及时更换配件的方式排除故障，但是对于传动链系统的故障检修难度较大，需要停机数天，需要高额的维修费用，会造成发电量的损失和巨大的经济损失。
风力发电机组在线状态监测系统
江苏华创光电科技有限公司
公司团队
1 企业概况
关于我们 · 我们的团队 Our Team 公司拥有一支由高学历、高素质人才组成的30 人创业团队，分别来自清华大学、电子科技大学、 湖南大学等知名高校。作为国内首批从事设备运行 健康管理的团队，见证了监测行业快速发展，积累 了丰富的行业经验，形成了科学的管理体系。 团队成员年轻而充满朝气，具有创新意识并勇 于迎接挑战。具备良好的社会责任感，愿为改善中 国工业现状，贡献一己之力。
江苏华创光电科技有限公司
功能特点
初级和高级报警（双保险）
风场区
数据采集
触发派单
二级报警策 略
WEB服务
警情发布
申请诊断
远程中心
警情和数据 同步
数据处理
执行反馈
二级报警 判断
报告发布
远程诊断
状态识别
一级报警 判断
一级报警策 略
警情发布
运维指导
数据存储
执行反馈
生成派单
初级报警：海量初筛，一键推送 高级报警：经验联动，智能辅助，节省人力，降低误报
2路转速信号通道 —转速脉冲触发电平VH≥16V —量程：1/60Hz ~ 150KHZ，转速值根据转轴单周脉冲数自动换算 —不确定度 ≤0.1%
8路工艺量通道 —信号类型 可设置为4-20mA输入或0-10V电压输入 —分辨率 0.01mA，针对4-20mA输入 0.005V，针对0-10V电压输入
系统概述
CMS3000设备信息管理系统，是江苏华创新一代完整的振动监测设备信 息管理系统。来自WPMS数据采集器的振动数据都集中到一个公共的数据库， 通过主控系统获取的机组相关的运行参数也集成到这个数据库中。
CMS3000（服务器）最低配置需求： CPU：主频1.5GHZ以上； 内存：1G及以上； 硬盘：80GB及以上； 操作系统：Windows Server 2008及以上版本、Win7及以上版本； 运行环境：Microsoft .NET Framework 4.0 运行工具：IE9、IE10、IE11、360浏览器(兼容模式)
一种风力发电机组在线振动监测装置
专利名称：一种风力发电机组在线振动监测装置专利类型：实用新型专利
发明人：王懂懂,王建峰,陈大庆,谢羽,何韵
申请号：CN202122370073.8
申请日：20210928
公开号：CN215633532U
公开日：
20220125
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提供的一种风力发电机组在线振动监测装置，包括传感器保持架和距离传感器，其中，所述传感器保持架为环形结构，活动安装在风力发电机组的机舱内，且位于风力发电机本体的外周侧；所述距离传感器设置有多个，多个距离传感器沿传感器保持架的圆周方向均布；所述每个距离传感器均连接至外接设备；本发明根据多点位的数据可以更加准确的分析出风力发电机本体的振动情况，本监测装置测量误差小，且拆装便利。
申请人：西安热工研究院有限公司
地址：710048 陕西省西安市碑林区兴庆路136号
国籍：CN
代理机构：西安通大专利代理有限责任公司
代理人：白文佳
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风电机组振动检测系统设计及实施方案
风电机组振动检测系统设计及实施方案田伟峰，马王禹泽，张新荣（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021）［摘要］本文设计了一套风力发电机组振动检测系统，实现了机组振动信号的采集、存储和分析，并将该系统安装至某风电场的机组中进行了测试验证，检测系统能够满足机组振动信号采集的需要，应用效果良好。
［关键词］风电机组检测系统；检测系统设计；测点布置［中图分类号］TV731［文献标识码］B［文章编号］1002—0624（2020）08—0008—021检测机组概况风能是地球上最古老、最重要的能源之一。
随着风力发电技术的广泛应用，与之相关的机组振动、故障检测及设备维护等问题得到了高度重视，尤其是风电场投产运行之后，如何保证风电机组安全运行已经成为风力发电领域的核心问题。
为了查明机组振动产生的原因，首先要获取机组振动信号数据。
文中设计了一套风力发电机组振动检测系统，实现了振动信号的采集及存储，并将该系统安装至某风电场的机组中进行了测试。
某风电场安装了20台G58-850型风力发电机组。
选取不同运行状态下的F-05、F-10、F-16号机组作为系统测试对象，进行测试结果对比。
F-10号机组在测试前一天维修中没有异常发生，机组正常运行；F-16号机组在测试前一天维护发现机组“异常”，现场检测发现机舱后端噪声增强；F-05号机组在测试前一天维修中存在异常振动、噪声。
2风力发电机组振动检测系统设计风力发电机组振动检测系统设计原则如下：首先，完整的振动检测系统由硬件、软件及诊断人员三部分组成，如图1所示。
其次，系统能够实现数据存储及实时数据分析。
最后，软件系统既要接受硬件的数据，实时显示波形数据、测量结果，又要发送命令对硬件系统的采集方式、放大倍数等参数进行控制。
图1振动检测系统设计基本框图依据振动检测系统设计原则设计总体框图，如图2所示。
图2系统总体框图振动检测系统共包括3个模块：振动检测模块、PC机配置模块和数据分析模块。
风力发电机振动监测系统维修手册
风力发电机振动监测系统维修手册引言：风力发电机作为一种现代化的可再生能源发电设备，具有环保、高效、可持续的特点，在全球范围内得到广泛应用。
而风力发电机振动监测系统作为该设备的核心部件，对于确保设备的正常运行和减少损耗具有重要意义。
本维修手册旨在提供风力发电机振动监测系统的维修指导，从而帮助用户有效解决设备故障和提高系统性能。
一、系统概述风力发电机振动监测系统通过测量风力发电机振动参数，如振动加速度、振动速度和振动位移等，实时监测设备的运行状态，从而及时识别问题和进行预警。
该系统由传感器、数据采集模块、数据处理单元和显示控制终端等组成。
其主要功能包括：1. 监测风力发电机的振动水平，判断设备的工作状态和软硬件性能；2. 分析和识别设备振动异常，预警设备发生故障的潜在风险；3. 提供实时数据和报表，为维修和调试工作提供数据支持；4. 进行设备故障诊断，提供维修建议和方案。
二、振动监测系统的维护与维修振动监测系统的正常维护和维修对于确保其长期稳定运行和准确监测非常重要。
以下是相关的维护和维修指南：1. 传感器维护传感器是振动监测系统中非常关键的组成部分，其灵敏度和准确性直接影响系统的监测效果。
因此，传感器的维护非常重要。
（1）定期校准传感器的灵敏度，确保其准确度和可靠性；（2）检查传感器与设备的连接接头，确保传感器与设备之间的电气连接良好；（3）在传感器正常工作时，及时清洁传感器并保持传感器周围环境清洁，防止灰尘和杂质影响传感器的运行。
2. 数据采集模块维护数据采集模块负责将传感器采集的数据进行模拟/数字转换，并传输至数据处理单元。
以下是数据采集模块的维护要点：（1）检查数据采集模块的电源和信号连接，确保其正常工作；（2）定期清理数据采集模块和连接线路的灰尘和杂质，保持其通畅和良好的接触性能；（3）及时更换损坏的数据采集模块，确保其正常功能。
3. 数据处理单元维护数据处理单元负责接收和处理数据采集模块传输的数据，并进行分析和判断。
风机振动在线监测及状态评估技术研究
风机振动在线监测及状态评估技术研究随着技术的不断进步，风力发电已经成为了当前全球可再生能源的热门领域之一。
在风力发电中，风机是其中最核心的组成部分，它是将风能转化为电能的关键节点。
由于风机在长时间运行时会面临各种挑战，如湿度、温度、大气压力、机械磨损和腐蚀等因素的影响，它们往往会受到风散影响而发生损坏，扰动机械结构的振动也会影响风机的性能。
因此，风机振动在线监测及状态评估技术的研发和应用日益受到关注。
一、风机振动在线监测技术风机振动在线监测技术是为发现风机的故障，及时发出警报并采取措施维护风机的关键技术，可以通过现代计算机、通信、传感器和互联网等技术进行数据采集和处理。
1. 传感器的选取传感器是风机振动在线监测的重要组成部分，通过安装在机器上，变换为电信号，传统的电压式加速度传感器、压阻式振动传感器、电感式速度传感器、应变式传感器等都被广泛应用来监测风机叶片的振动、加速度、速度和应变等数据。
同时，彩色数字摄像头也被广泛应用于风机安装，其可以发现任何可能的问题，并能够捕捉到许多细节。
2. 数据采集及处理系统风机振动在线监测的数据往往是大数据，数据采集及处理系统需要具备高效且可靠的处理能力，通过计算机视觉、机器学习和深度学习等技术，从海量数据中快速提取最重要的信息。
对于对数据的需求不断增加，GPU替代了CPU成为主流处理器，现场高速运算系统、云计算等业务也广泛应用于该领域。
3. 监测及维护措施通过数据采集和处理系统的分析，风机的振动情况将被识别出来，对于风机存在故障的情况进行监测和维护，对于预测在风机正常轻微振动的情况下是否会发生故障，采取及时措施进行检修。
二、风机状态评估技术风机状态评估技术是指对已经采集到的振动数据、历史数据和操作数据等综合分析，评估风机运行状态及预测未来可能面临的问题。
1. 振动信号处理技术振动信号处理技术是风机状态评估的基础，互相关、时域分析、样本方差分析、小波多尺度分析、短时傅立叶变换等成为振动信号分析处理的标准方法。
风力发电设备的运行与监控系统介绍
风力发电设备的运行与监控系统介绍随着能源需求的不断增长和环境保护的重要性逐渐凸显，可再生能源已成为解决能源危机的重要途径之一。
而风力发电作为最具代表性的可再生能源之一，具有资源广泛、清洁环保的特点，逐渐成为各国能源发展的重要方向。
为了确保风力发电设备的高效运行和可靠性，运行与监控系统起着关键的作用。
一、风力发电设备的运行系统风力发电设备的运行系统主要包括风机传动系统、电力传输系统和液压系统。
1. 风机传动系统风机传动系统由风轮、轴承、风机箱和发电机组成。
风轮通过风力的作用产生转动，随后通过轴承传递转动力矩到发电机，进而将风力转化为电能。
风机箱在整个系统中起到承载和保护作用，同时也是调整风轮朝向的关键部件。
2. 电力传输系统电力传输系统主要包括发电机、变压器、电缆和配电装置等。
发电机将机械能转化为电能，通过变压器将电压升高，并通过电缆将电能输送到连接电网的地方。
配电装置则用于控制电能的输出和管理。
3. 液压系统液压系统主要包括控制技术、传感器和执行器等，用于实现风机的角度调整和灵活性控制。
通过液压系统，可以迅速调整风机的朝向和角度，以适应不同风向和风力的变化，提高风机的发电效率。
二、风力发电设备的监控系统风力发电设备的监控系统主要用于对设备的运行状态进行实时监测和故障诊断，以实现设备的高效运行和预防性维护。
1. 实时监测系统实时监测系统通过传感器和数据采集设备，对风力发电设备的温度、振动、压力、转速、功率等运行参数进行实时监测。
监测数据通过数据传输网络传输到中央控制中心，实现对风力发电设备运行状态的监控。
2. 故障诊断系统故障诊断系统通过分析监测数据，利用模型和算法识别设备可能存在的故障，并提供相应的预警和诊断报告。
通过对故障进行及时的诊断和处理，可以避免故障进一步发展和对设备的损坏，提高设备的可靠性和可用性。
3. 远程控制系统远程控制系统通过与监测系统和故障诊断系统的集成，实现对风力发电设备的远程控制。
风力发电机组在线振动监测系统及现场应用研究
风力发电机组在线振动监测系统及现场应用研究为了能够更好的避免和减少风力发电机故障带来的重大事故和安全隐患，并且在日常对风力发电机进行维护节省成本，在线振动监测系统必不可少。
本文介绍了在线监测系统的功能简介、工作原理、传感器测点选取和数据处理等关键技术及系统实际应用，对风电振动监测具有一定借鉴意义。
标签：风力发电机组；在线振动监测；现场应用1 系统功能简介风力发电机组工作条件通常比较艰苦，经常地处风沙四起的荒漠或海风盛行的海上，且在变速变载条件下运行。
因此，风电机组设备的相关零部件出故障的几率大大高出其他机械设备，为避免风电机组零件损坏造成的不必要经济损失，机组在线监测势在必行。
风电场中的在线监测系统，需对每一台机组都进行实时的状态监控与故障监测。
所以，监测系统采用分布式设计，主要由硬件和软件两个部分组成：硬件包括振动一体传感器、数据采集仪、现场服务器以及中心服务器等；软件部分包括数据传输和数据诊断分析与报警等功能。
系统软件设计较为复杂，数据传输功能，包括数据采集、数据存储、数据上传等单元；诊断分析功能，先进行信号提取，再进性处理，识别信号特征，接着对故障进行诊断，最后显示报警状态。
其中，采集的信号主要包括发电机前后轴承处的振动信号、发电机接地电压等信号。
2 系统工作原理目前，风力发电机组的故障检测与诊断技术有多种：振动检测、温度检测、声发射检测及润滑油分析检测等多种方法。
针对每种检测方法各有其优缺点：温度检测方法简单，但引起温度变化原因复杂多变；声发射检测技术通过故障设备本身发出的高频应力波信号检测，受周围环境噪声的干扰较小，但是相关测试设备费用贵、误报警率高，且对测试条件、测试环境以及测试信号的消噪预处理技术等环节要求较高；振动检测技术应用较为广泛，技术相对成熟，主要实时监测风电机组发电机前后轴承座表面的振动数据，这些实时的数据能够被规整在一个较长的周期内形成波形图，便于工作人员在这个周期内进行趋势分析，确定发电机前后轴承的工作情况，以及各个零件的健康状况，便于尽早发现发电机内部的零件损伤。
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风力发电机振动在线监测系统
风力发电机是将风能转换成电能的设备,风能通过叶轮带动主轴、增速箱、发电机组转换成电能。
发电机组的状态监测和故障预测、诊断是目前风力发电机设备维修、维护管理的主要手段,其状态监测的方法很多,主要有力、位移、振动、噪声、温度、压力等监测。
由于振动引起的机械损坏比率很高,目前在诊断技术上应用最多的是机械振动信号检测, 风力发电机运行状态通常可从振动数据上体现出来,目前国内大型风力发电机组振动监测设备基本上是整机进口,价格昂贵。
为此我们开发了基于加速度传感器MMA7260QT、C8051F350型单片机的振动在线监测系统,具有振动数据实时监测、分析以及超限报警制动等功能。
1 系统整体设计
风力发电机故障诊断的基本方法是时域监测、频域分析诊断,核心思想是利用加速度传感器检测振动情况,由计算机对振动数据进行采样、滤波,提取有效振动频带内的信号,通过分析有效频带内的峰值振动频率来判断风机运行是否正常[1]。
采集系统主要包括传感器、电源电路、单片机系统和通讯电路。
图1为系统硬件框图。
振动测量采用MMA7260QT 作为振动传感器,MMA7260QT采用了信号调理、单极低通滤波器和温度补偿技术,并且提供4个量程可选,同时带有低通滤波并已做零g补偿。
芯片提供休眠模式,最低供电电流3μA 。
MMA7260QT的关键组成部分加速度感应单元,利用半导体材料经过刻蚀加工成基于可变电容原理的机械结构。
当芯片受到外力产生加速度时,相当于两个极板之间的发生了相对变化,从而将加速度变化以电容值变化的形式体现出来。
再通过内部电路将电容转化为电压变化,经过滤波、放大处理后输出。
通过引脚1 、2 的输入搭配,可实现对加速度范围和灵敏度的选择。
1.2 单片机系统
C8051F350是一款完全集成的混合信号片上系统型MCU,具有高速、低功耗、集成度高、功能强大、体积小巧等优点,其内部有一个全差分24位A/D转换器,该转换器具有在片内校准功能。
两个独立的抽取滤波器可被编程到lkHz的采样率。
可使用内部的电压基准,也可用差分外部基准进行比率测量。
由2.7V~3.6 V低压供电,其功能已达到板卡级水平,使得片外功能器件减少。
硬件实现的SMBus/ I2C、增强型UART和SPI串行接口,4个通用的16位定时器,具有3个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA),片内上电复位、电源电压监视和温度传感器;片内电压比较器,17个端口I/O(允许5V输入)。
可编程增益放大器(PGA)对ADC输入进行放大,可设置的放大倍数为1、2、4、8、16、32、64和128[2]。
1.3 通讯模块
C8051F350与PC机或者其它设备交换数据是借助于RS-485串行通信来实现的。
发送和接收要约定具体的数据格式和波特率(通信协议)。
通信参数为9600,n,8,1。
在配置每个控制器的时候,在一个网络上的所有设备都必须选择相同的串口参数。
波特率9 600,1个起始位,8个数据位,1个停止位,无奇偶校验位[4,6]。
2 软件设计
2.1 下位机软件设计
下位机软件的主要功能是检测和标定振动数据,按要求将数据上传至主机,并接受PC机配置,包括有效频带宽度、报警阈值、数据标定初值等。
数据标定是下位机编程的一个重要部分,它把采集的振动数据与实际加速度对应起来。
设传感器在加速度为正最大值时输出为,加速度为为负最大值时输出为,认为传感器是线性的,当传感器输出任意量时,加速度值可用下式计算:
2.2 上位机软件设计
分析报警软件的主要功能是从下位机接收有效频带内振动信号数据,对数据进行FIR 带通滤波;以通带内信号的合成矢量峰峰值作为依据判断发电机振动情况,同时检测发电机转速,若转速或振动值超限发出相应报警信号。
数字滤波器的设计是该模块的难点。
采用工程中应用广泛的窗函数法,通过反复比较、调整,选用汉明窗设计FIR带通滤波器。
设滤波器的理想频率响应函数为,则其对应的单位脉冲响应为:
用窗函数法设计滤波器的基本原理是用有限长度单位脉冲响应序列去逼近理想的单位脉冲响应序列。
通常理想单位脉冲响应往往都是无限长序列,而且是非因果的,所以用窗函数将进行截断并作加权处理得到:
就是实际设计的FIR数字滤波器的单位脉冲响应序列,其频率响应函数为:
其中,N为所选窗函数的长度。
如果要求滤波器具有线性相位特性,则必须满足:。