风力发电机组在线状态监测系统 PPT
风力发电机组实时状态监测及预防式维护
第6期机电技术81风力发电机组实时状态监测及预防式维护赵子丰(大唐赤峰新能源有限公司,内蒙赤峰 024000)摘要:风电是低碳能源中发展迅速的一种发电技术,发展风电是我国目前减排任务的主要手段之一,近年来实现了跨越式发展,但也随之产生了一些迫切需要解决的问题。
文章针对风力发电的特点,分析了目前风电检修中存在的问题,介绍了状态监测系统的作用和研究现状,阐述了状态监测系统的主要监视内容和故障诊断方法,介绍了预测与健康管理(PHM)技术的思想和基本流程,分析了PHM技术在风电检修系统中的适用性,最后展望了状态监测及预防式维护的应用前景和应用价值。
关键词:风电;状态监测;预防式维护;预测与健康管理中图分类号:TP181;TK229.6+6 文献标识码:A 文章编号:1672-4801(2012)06-081-04近年来,我国风电产业发展迅速,尤其是近几年国家对风电的大力扶持,使得风电在中国以极其迅猛的速度获得跨越式的发展。
如今我国风力发电规模已经位居世界第一,按照国家对风电的发展规划,到2020年,我国风电装机容量有望达到1.5×108 kWh。
风电获得迅速发展的同时也带来了一些问题,如风机的稳定运行､检修､并网等。
因为风电的特殊性,大多风场都建在边远地带､风机之间距离较远,风机机身较高,不能像火电或水电等能够便利的进行设备巡检,因此如何通过其他方式实现风机设备状态的实时动态监测和预警就显得尤为重要。
1 风电机组特点及维护问题风电机组由塔架､风轮､轮毅､变桨系统､传动系统､偏航系统､刹车系统､发电机､变频系统､主控系统､变压并网系统等子系统组成,如图1所示。
而每个子系统又分为很多层次,由若干的零部件构成,各子系统之间相互依赖,子系统之间有许多协同作用,因此是典型的复杂系统。
此外,风电机组运行特性中既包含连续动态特性,又包含离散动态特性,两种动态相互作用。
同时受外部不可控因素影响较大,机组工况随着自然环境(如风速､风向)的变化十分频繁,运行工况复杂多样,具有随机性和多变性,呈现出混杂系统的典型特征。
状态监测与故障诊断基础-风电系统相关
风电机械设备主要故障部位和形式
• 所有主要机械组成部分中，最容易损坏的是齿 轮箱，齿轮箱的监测和保护也是生产商、用户 最关心的机械故障问题。根据国外的有关调查 ，各个损坏部件导致的停机时间比例如图3所示 [1]。 根据国内统计，国内齿轮箱损坏率高达40~50% ，个别品牌损坏率高达100%,是造成停机的主要 原因[2]。 所有部位的轴承中，最容易损坏的是主轴承， 其次是齿轮箱中的轴承。
安全中心六周年集体照
实验室及挂靠单位
• 国家安全生产监督管理总局 危险化学品生产过程故障预防及监控基础研究实验室 • 国家安全生产监督管理总局 新危险化学品评估及事故鉴定基础研究实验室 • 化工安全教育部工程中心 • 中国设备管理协会诊断工程委员会 • 国家质检总局特种设备安全技术委员会管道分会 • 中国石油炼化装备故障诊断北京中心
传统的解调方法流程(SKF, Enteck, WindSL, Commtest…) 滤波器设置困难！
包络波形
gSE值
gSE谱/包络谱
博华信智采用了“最优滤波解调”技术，克服滤波 器设置的困难；用户可以不必设置滤波器频率，系统 会自动计算出最优频率。
最优自动设置: 清晰发现故障特征
早期轴承故障
传统人工设置: 很难发现故障特征
电 源： 6-36VDC 系统功率： <20W 模拟输入： 16通道动态数据输入和2电涡 流键相信号输入，支持ICP加速度传感器 直接输入 抗 混： 模拟滤波器加64位数字FIR滤波 器 模数转换： 16位AD 频率范围： 0.2Hz~30KHz 测量精度： 400~12,800线 采集频率： 最高250KS/s，支持键相信号 触发采集 操作系统： Windows XP Embedded
北京博华信智科技发展有限公司
SD2100系统介绍
全面开展故 障诊断及检 修培训
为设备状态 检修服务奠 定基础
SD2100 系 统 概 述
八、SD2100系统将显著降低风电厂运营成本
根据机组“健康”状态，合理安排上网发电排队顺序， 根据机组“健康”状态，合理安排上网发电排队顺序， 避免“带伤”机组过劳损坏。 避免“带伤”机组过劳损坏。 对受制于电网输电瓶颈限制的风力发电厂， 对受制于电网输电瓶颈限制的风力发电厂，将显著提 高风电机组的平均服役时间。 高风电机组的平均服役时间。 分析机组故障程度，确定更换寿命， 分析机组故障程度，确定更换寿命，避免部件过早更 换。 制定合理的批次更换检修计划， 制定合理的批次更换检修计划，减少单个更换带来的 重复成本。 重复成本。 防范机组出现超过临界点不平衡发生， 防范机组出现超过临界点不平衡发生，是延长风机寿 命重要防范措施。 命重要防范措施。
INTERNET
无线信号发送
塔基通讯柜（内装CDMA路由器） 塔基通讯柜（内装 路由器） 路由器
风电场、 风电场、发电集团等主管部门 以国旋新力公司授权用户， 以国旋新力公司授权用户 ， 可登陆 诊断中心网络服务器获取各项数据
局域无线网通讯方式
机组3 机组2
... ...
机组1
...
通 讯 柜
通 讯 柜
SD2100 系 统 概 述
五、SD2100系统主要功能
基本功能一：风力发电机组网路化专家在线监测及故 障诊断 基本功能二：围绕风力发电机组动平衡监测及现场技 术服务 辅助功能一：低电压穿越事故记录 辅助功能二：局部优化调度配置 扩展功能：发电机故障监测诊断
SD2100 系 统 概 述
六、SD2100系统的显著优越性
SD2100 系 统 概 述
风电场群集中监控一体化系统PPT课件
目录
❖系统定位
风电场群 远程集中 监控系统
❖系统架构 ❖监控系统实时监控 ❖监控系统数据应用 ❖满足外部各种应用要求
❖系统重难点
❖风电企业信息化整体规划
第3页/共53页
系统整体架构
控
上
制
传
信
信
息
息
风力发电机组
控
上
制
传
信
信
息
息
变电站
上 传 信 息
气象站
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系统应用结构
第5页/共53页
第16页/共53页
目录
❖系统定位
风电场群 远程集中 监控系统
❖系统架构 ❖监控系统实时监控 ❖监控系统数据应用 ❖满足外部各种应用第17页/共53页
监控架构图
第18页/共53页
系统基础监控
实时监测与控制调节
数据采集与处理
系统 功能
故障与报 警
事故追忆
第19页/共53页
第25页/共53页
风机监控：功率曲线
第26页/共53页
故障报警
及时、准确、全面的报警平台
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目录
❖系统定位
风电场群 远程集中 监控系统
❖系统架构 ❖监控系统实时监控 ❖监控系统数据应用 ❖满足外部各种应用要求
❖系统重难点
❖风电企业信息化整体规划
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数据管理
1
历史数据管理定期保存数据，对保存的历史数据点可设定存 储周期
• 整体调控
出于稳定、安全的角度出发，电网需要对风电场进行远程的各类调控。
第37页/共53页
数据采集
集控系统对风电场的所有能够采集的数据进行了整合，并且基于一 定的逻辑规则，对一次数据进行了二次加工，形成了众多的二次数据。 出于需要对风电场运行情况进行实时的了解、分析、总结，包括电网在 内的各方，按照自己的需要，接入部分数据。
风力发电机振动在线监测系统
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。
风力发电机组控制系统及SCADA系统参考文档课件
0
环境温度：存储温度-40 C-70 C（低温型）运行温度：0-60 C；相对湿度：5-95%
境 适合于振动环
► 高性能的CPU，大容量的存储器
点 intel 80386EX，33MHZ,8M内存，最大64M程序存储区，适合于复杂的算法，兼具传统DCS和PLC的优
► 灵活的通讯方式，简洁的网络结构
质 ► 支持CAN、FASTBUS、Profibus等现场总线及工业以太网通讯方式，支持双绞线和光纤通讯介 多种可编程的I/O 模块
► （2）控制系统采用计算机控制技术实现对风力发电 机组组的运行参数、状态监控显示及故障处理，完 成机组的最佳运行状态管理和控制。
► （3）利用计算机智能控制实现机组的启停及功率优 化控制，主要进行软切入、功率因数补偿控制、大 小发电机切换和额定风速以上的恒功率控制。
风机控制系统组成
► 塔基控制柜
小风和逆功率停机是将风机停在待风状态， 当十分钟平均风速小于小风脱网风速或发电 机输出功率负到一定值后，风机不允许长期 在电网运行，必须脱网，处于自由状态，风 机靠自身的摩擦阻力缓慢停机，进入待风状 态。当风速再次上升，风机又可自动旋转起 来，达到并网转速，风机又投入并网运行。
自动运行控制要求 ► 3、普通
风电机组工作状态及控制方法
►V ≤V ≤V 切入风速
风速
转子最大转速下的风速
最佳Cp值控制：虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的，但在风速一定 的情况下，需要使它达到最大。由上面的公式知道，只需要控制发电机 的转速ω ，使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用。发电机
的转速控制是通过风电变频器对发电机的控制来实现的。
轮毂控制柜
► 安装于柜体中,分3个部分,每个部分负责一个叶片 ► 轮毂PLC站
风力发电机组状态监测系统设计与应用
风力发电机组状态监测系统设计与应用江苏龙源风力发电有限公司地区：江苏南通江苏；226000甘肃龙源风力发电有限公司地区：甘肃玉门甘肃：735200摘要：随着现代社会的快速发展，科学技术水平已经有了较大程度的提高，对新能源的利用需求也是日益的增多，这就需要不断加大对这些新能源的综合利用力度，对于那些可再生的新能源要充分利用其优异的应用特点，更好地适应现代社会的经济发展应用需求。
大型风力发电设备机组运行状态自动监测管理系统的出现和在实际工业生产过程中的广泛应用，不仅有利于对发电机组日常检修设备费用的有效节约，还可以为保证机组的正常运行提供一个更加可靠的技术保证。
基于结合上述情况，做好对大型风力发电设备机组运行状态自动监测管理系统的整体结构设计验证工作刻不容缓，本文主要针对其状态监测管理系统的结构设计和实际应用情况进行较为详细的描述，结合实际情况，进行了进一步的设计验证，有助于我们构建一个健康绿色环保的工业生产流程。
关键词：风力发电机；风力状态变化监测；系统；结构设计以及应用随着人类经济社会的不断进步发展，人们对自然资源的使用率也在增大，导致了目前全球性的能源危机日益严重，寻找可持续的能源和利用新型能源至关重要，这也是目前人们所关心的一个问题。
可再生的能源相对其它能源还是具有较多的优点，比如一些可再生资源可以重复使用，清洁性比较高等。
现阶段，对于可以使用风能的风力发电机组已经受到了许多发达国家的关注。
虽然目前我国在对于使用一些风力发电机组的相关技术有了较大的发展，但是由于风力发电机组主要还是安装在一些偏远地区或者环境恶劣的地方，所以就难免会因此发生很多的故障，而且位置偏僻造成一些故障维修困难，从而就可能会因此产生很高的故障维修费用。
一、风力发电机组状态监测系统设计1.1风力发电机组状态监测系统设计的功能风力发电机组的状态监测系统由多台安装在风力发电机组的视频监控摄像头、振动、声音、温度等信号采集装置及监控处理装置组成，远程监控中心通过网络光纤与机组监控单元进行数据交换，对状态信息进行存储与深入诊断。
风力发电机组状态监测与故障诊断系统
风力发电机组状态监测与故障诊断系统风力发电机组状态监测与故障诊断系统风力发电机组是一种利用风能产生电能的设备，近年来得到了广泛的应用和发展。
然而，由于长时间的运行和恶劣的环境条件，风力发电机组容易出现各种故障和损坏。
为了有效监测风力发电机组的运行状态，并及时发现和诊断潜在的故障问题，研发风力发电机组状态监测与故障诊断系统变得尤为重要。
风力发电机组状态监测与故障诊断系统是一种利用传感器、数据采集和分析等技术手段，对风力发电机组的各种参数进行实时监测和分析，以实现对风力发电机组运行状态和故障情况的诊断与预测。
下面将从系统概述、监测参数和故障诊断方法几个方面来介绍该系统。
一、系统概述风力发电机组状态监测与故障诊断系统主要由硬件和软件两部分组成。
硬件部分包括传感器、数据采集模块、数据传输模块和数据存储模块等。
传感器用于实时采集风力发电机组的运行参数，如转速、温度、振动等。
数据采集模块将传感器采集到的数据进行处理和转换，然后通过数据传输模块将数据传输给软件部分。
软件部分包括数据分析和故障诊断模块。
数据分析模块对传感器采集到的数据进行处理和分析，生成相关的运行状态指标和故障诊断依据。
故障诊断模块根据数据分析模块生成的指标和依据，对风力发电机组的故障进行诊断和预测。
二、监测参数风力发电机组的状态监测需要采集多个参数进行分析。
首先是转速参数，通过监测风力发电机组的转速变化，可以判断转子的运行情况和负荷情况。
其次是温度参数，通过监测风力发电机组的温度变化，可以判断发电机组内部的温度是否正常，是否存在过热现象。
再次是振动参数，通过监测风力发电机组的振动情况，可以判断是否存在机械故障和失衡情况。
此外，还可以采集电流、电压等参数进行分析。
三、故障诊断方法针对风力发电机组可能出现的故障情况，可以采用多种方法进行诊断。
首先是基于规则的方法，该方法通过事先设定一系列规则和阈值，当监测到的参数超出规定范围时，系统会发出警报，提示可能存在故障。
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接口电路
2
晃度
2
2
8
路
路路路
振 最大16路 振 转 工
动
动速艺
系统功能
振动采集
工况获取
信号处理
设备自检
系
统
智能报警
功
实时监测
能
故障诊断
移动互联
运维管理
3 产品技术
3 产品技术
功能特点
LED灯设备自检指示
限值超限预警
最高四级报警； 报警状态可与转速和载荷形成函数； 支持标准报警； 支持基线测量； 支持限值统计自学习； 支持SMS或E-MAIL及时通知，拒绝滞后。
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。
12%
其他
资质证书
2 企业资质
公司专利
名称 大型旋转机械轴承温度报警监控装置 风力发电机齿轮箱实时监测系统 旋转机械轴承温度监控装置 一种控制方便节能的电动机控制电路 简易旋转机械无极调速控制器 基于STD总线的风力发电机参数综合监测装置 用于大型旋转机械的超温报警器 用于大型旋转机械的脉宽调制转速控制器 用于大型旋转机械的超速报警器 用于大型旋转机械的超速检测报警器 用于旋转工作台的旋转方向以及转速的检测电路 用于大型旋转机械的转速检测报警电路 用于大型旋转机械电机的温度检测控制器
健康状态基准 线管理。
应修即修，提高设备可 利用率，提高发电量。
概述
3 产品技术
WPMS1000
CMS3000
被测装置
传感器
数据采集器
服务器
“WPMS1000风力发电机组在线状态监测系统”由传感器、采集器、服务器三部分构成。它与监测软件 CMS3000配合起来，能快速识别工况信息如风机转速、发电机功率、轴承温度等参数，能在原始振动波形的基 础上，完成对各项机组机械振动状态特征量如振动总值、窄带能量值、峭度、脉冲等的计算、上传、显示及存 储工作，以此结合工况信息和多方位监测参量实现自动准确预警及快速定位故障的目的，从而实现风电机组全 方位状态监测。
风场级： 通过LAN将监测数据 上传到现场服务器中
底层数据采集
远程客户端 （用户、分析师） 在获取权限的情 况下，通过互联 网直接访问远程 中心服务器，对 数据进行查询和 分析。
测点分布图
3 产品技术
RS-485
单网口
空开
AC- 24V DC 电 WPMS1000
源
1、主轴承径向；2、主轴承轴向；3、齿轮箱输入端水平方向；4、齿轮箱行星级垂 直方向；5、齿轮箱中间轴发电机侧轴向；6、齿轮箱高速轴垂直方向；7、发电机驱 动端径向；8、发电机非驱动端径向。
公司依托银环控股集团有限公司雄厚的产业和资金支持，借助互联网+，面向风电行业设备的运行健康状况和维修管 理，积极开发自动化监测仪表、 CMS状态监测系统等先进技术产品，为监测设备提供远程在线或离线状态评估服务，实 现设备的可预知性维修，避免设备的“过修”和“欠修”，降低设备维修费用，提高设备的利用率。
备注 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型 实用新型
3 产品技术
状态监测系统（Condition Monitoring System，CMS）
应用背景
风机特点 服役环境恶劣，长期无人值守； 机组分散，工况复杂多变，且可靠性低，维护困难； 大部件维修和更换成本高昂，占风机整机价格和发电成本
发展历程
公司成立
从事IGBT产品开发
2008 创新成就未来
INNOVATION CREATES FUTURE
1 企业概况
状态监测产品研发成功
同年状态监测产品成功推广到市场
调整发展战略
停止IGBT、超声波风速风向仪产品开发 重点发展设备状态监测系统产品开发
2014
2017
2011
2013
网络架构
客
客
户
户
端
端
带有固定IP的ADSL
分析 师
硬件防火墙
远程中心服 务器
邮件或短信通知报警 延时可调
SQL数据库
INTERNET CMS3000
现场服务器
硬件防火墙
风场环网
TCP/IP
WPMS1000
WPMS1000
3 产品技术
集团级： 现场服务器通过WAN 将数据同步到江苏华创 远程中心服务器中
超声波风速风向仪投入研发
开展超声波风速风向仪产品研发
Байду номын сангаас
成立IGBT事业部和仪表电子事业部
IGBT事业部从事IGBT产品的开发 仪表电子事业部从事设备状态监测产品开发
产品概述
1 企业概况
83%
状态监测系统（CMS） 创新成就未来
INNOVATION CREATES FUTURE
5%
智能消防系统
2 企业资质
编号 'ZL201320573896.3 'ZL201320574954.4 'ZL201320577021.0 'ZL201320577244.7 'ZL201320577422.6 'ZL201320577425.X 'ZL201320577130.2 'ZL201320577387.8 'ZL201320577475.8 'ZL201320578271.6 'ZL201320586322.X 'ZL201320586411.4 'ZL201320586390.6
的比例高； 定期维护和事后维修影响发电效益。
为什么要实施状态监测？
优化备品备件管理， 减小库存成本。
预知性维修， 杜绝过剩维修。
风机故障统计（数据来源行业统计） 25%的故障引起了95%的停机时间； 机械故障导致的停机时间占总停机时间的50％； 传统的机组运行维护成本占风场维护总成本的25%-30%；
江苏华创光电科技有限公司
江苏华创 光电科技有限公司企业介绍
目录
1 企业概况 2 资质证书 3 产品技术
4 公司业绩 5 发展规划
1 企业概况
企业简介
江苏华创光电科技有限公司（以下简称：江苏华创）成立于2008年，目前由银环集团有限公司控股的高新技术企业， 注册资金3400万元。公司总部位于风景优美的太湖之滨江苏省宜兴市经济开发区，同时在成都建有分部，设有远程诊断 分析中心和大数据中心。