风力发电机状态检测系统
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)
基于IEEE 1451.5标准的风力发电机状态监控系统设计
基于IEEE 1451.5标准的风力发电机状态监控系统设计
邹晶辉;陈刚;高法钦;黄俊铭
【期刊名称】《中国工程机械学报》
【年(卷),期】2024(22)1
【摘要】针对现有风力发电机监控系统的传感器接口复杂、系统传输协议不规范问题,设计一种基于IEEE 1451.5标准的风力发电机状态监控系统。
系统主要由无线智能变送器(WTIM)、网络适配器(NCAP)、云平台和上位机构成。
WTIM基于IEEE 1451.5协议实现传感器数据采集标准化,实现用于传感器的电子数据表格(TEDS)。
云平台基于消息队列遥测传输(MQTT)搭建中间件供NCAP与上位机通信,上位机实现远程监控。
经过测试,该系统可通过远程上位机对风机状态实时监控,在风力发电行业中具有一定的使用价值。
【总页数】6页(P67-72)
【作者】邹晶辉;陈刚;高法钦;黄俊铭
【作者单位】浙江理工大学信息科学与工程学院;嘉兴学院信息科学与工程学院【正文语种】中文
【中图分类】TP
【相关文献】
1.基于IEEE1451.5标准的物联网体系结构设计
2.基于物联网的风力发电机状态监测系统设计
3.基于ZigBee技术的海上风力发电机组状态监测系统设计
4.基于无线传感器网络的风力发电机组状态监测系统设计
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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。
风力发电机组叶片载荷监测系统
风力发电机组叶片载荷监测系统
大风机叶片为什么
要安装MEMS光纤叶片载荷和振动监测系统
加装光纤叶片载荷和叶片振动监测系统的必要性如下：
从结构安全性能角度分析：
叶片是风力发电机捕获风能的核心部件，随着大兆瓦风机的逐步发展，风机叶片超过了100米，叶片承受无规律、变速变载荷的风力作用，存在过载、疲劳隐患，同时在长期运行中会逐渐的产生表面损伤，如涂层剥落、点蚀、裂纹等，另外叶片容易遭受一些猝发的自然灾害，如覆冰、雷击等，造成风力发电机叶片不能正常运行，甚至失效和毁损。
「上海拜安」基于宽频智能MEMS光纤传感技术的叶片状态在线监测系统能够实时监测叶片的健康状态。
通过对叶片载荷、振动等物理量的监测，能够及时发现载荷过载、雷击损伤等故障并发出警报，从而避免叶片深度损伤、失效、折断等一系列风险。
基于光纤MEMS 传感技术的叶片状态在线监测系统把风机大部件监测带入高可靠性、长寿命的新时代。
MEMS光纤应变测量具有抗电磁干扰、抗雷击、可靠性高、使用寿命长、布线简单等特点，适合风机叶片应变长期监控使用。
双馈感应风力发电系统状态监测方法综述
Ｉ ． Ｐａｒ ｈｅ ｆ ｕｌ ｔ ｔｓ ｉｓｏｆＣｈｉ ｎｄ ｔ ｒｂｉ ＇ １ ａｂ ｔｏｆｔ ａ ｔｓ ａ ｉｔｃ ｎａ ｓ ｗｉ ｕ ｎｅ
现故 障 ，不 仅 会 因为 长 时 间 停机 而 造 成 发 电量 损
和 控 制系 统 等组 成 。齿 轮箱 位 于 机舱 内 ， 风力 发 是 电系统 中的 主要 增速 和 动力 传 动 部件 ， 风 轮 的动 将 能 传递 给 发 电机 ， 使其 得 到相应 的转 速 。双馈 感 应 风 力 发 电机 由绕 线 转 子 感 应 发 电机 和 在 转 子 电路
Ｎ ｔ ｎ ｌ Ｎ ｔ ｒｌＳ ｉ ｃ ｏ ｎ ￣ｉｎ ０ ｈｎ ５ｌ７ ０ ９）ｔ ｅ ａｉ ａ ａ ａ ｃｅ ｅ Ｆ ｕ ｄ ｏ ｆＣ ｉａ（ １ ７ ３ ； ０ ｕ ｎ ｈ
Ｆ ｎ ａ ｅ ｔｌ ｅｅ ｒ ｈ Ｆ ｎ ｓ ｏ ｅ Ｃ ｎｒｌＵ ｉｅｓ ｉｓ Ｊ — Ｒｌ ２ ｕ ｄ ｍ ｎａ Ｒ ｓａｃ ｕ ｄ ｒｔ ｅ ｔ ｎｖ ｒｉｅ （Ｂ Ｚ ５， ｆ ｈ ａ ｔ １ Ｊ — Ｃ１ ０ ） Ｂ Ｊ ０８．
ＸＩ ＡＯ －ｌ，ＦＡＮＧ ｉ Ｙａ ｉ Ｒｕ —ｍｉ ， ｅ —ｐ ｎ ｎｇ ＬＩＷ ｎ ｅ ｇ
（ ｏ ｅｅｏ ｆ ｍａ０ ｃｅｃ ｎ ｎ ｉｅｒ Ｈ ａｉｏ ｎｖｒ ｔ Ｘ ａ ｅ ６ ０ １Ｖ ｊ ｎ Ｃ ｉａ Ｃ １ｇ ｆｎｏ ｔ ｎＳｉｎｅａ ｄＥ ｇ ｅｉ １ Ｉ ｒ ｉ ｎ ｎ ｕｑａ ｉ ｓｙ ｉｍ ｎ３ １２ ， ｕＪ ， ｈｎ ） Ｕ ｅ ｉ， ａ
轮箱 ， 电机 ， 发 变频器 ， 叶片等 ， 详细论述 了国内外
的状 态监测 方法 。 最后 ， 目前 双馈感应 风力发 电系 从 统 的研 究 现状 以及 面临 的 问题 出发 ， 出了该 领 域 指 主要 发展 趋势 ， 以促 进该 研究 领域 的进 一步 发展 。
中况-风力发电机状态监测
• 故障检修 (RTF) – 当机舱高度标示灯坏了后，更换它。 • 计划检修 (PM) – 根据每个OEM 推荐的周期，定期更换润滑油和过滤器。 • 基于状态的检修 (CBM) – 连续在线地监测振动从而早期发现传动故障。
• 主动性检修 (PCM) – 通过优化规程，在安装或维护设备时注意避免已知的故障因素
监测部件
典型的监测部件
主轴承
发电机轴承
齿轮箱 (轴承 & 齿轮)
多种监测方法
声波探测 红外检测
电气信号分析
定量测量 振动分析 润滑油分析
设备的P-F曲线
P-F 时间– 机械设备
振动的P-F间隔：1-9月 Vibration P-F interval 1-9 months 油液颗粒检测P-F间隔1-6月 Wear Debris in oil P-F interval 1-6 months 工艺性能参数：1周-6个月 Process Performance Data (highly dependent on tuning of system / instruments) ~1 week – 6 months 红外热成像P-F：3-12周 IR Thermography P-F interval 3-12 weeks
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风力发电机状态监测系统
1. 风力发电机状态监测系统
1.1 应用背景概述
风电场一般地处偏远，道路交通不便、机组又位于几十米高的塔顶，对维护维修造成困难（例如人员设备进入等）。
目前风电场的维护多采用计划维修与事后维修方式。
此种维修很难全面、及时地了解设备运行状况，往往造成维修工作旷日持久，损失重大。
对风电机组进行实时状态监测和故障诊断，有效地避免了上述缺陷，达到在不停机状态下对运行设备的监控。
本特利 (Bentley)提供的全面风力发电机状态监测系统能够有效解决传统风电机组检修的难题，提高设备可用率，降低运行检修成本。
1.2 系统品质
本系统采用的核心产品由品质和工艺享誉世界的本特利 (Bentley)组成。
我们使用的Six Sigma™工具得到公认，我们的团队致力于真正做到与众不同。
我们员工所做的一切均是以客为尊的品质为首要任务，以确保我们每一天都能提供优质产品。
我们也获得了外部品质认证。
我们位于内华达州明登市、匈牙利布达佩斯、弗吉尼亚州塞伦及英国布拉克内尔的生产和测试基地，所生产的产品都通过了国际ISO 9001:2000 质量管理标准认证。
1.3 风力发电机状态监测系统解决方案
随着对清洁能源的需求日益增多，风电领域不断发展。
如何在控制运营和维护费用的基础上，开发和维持具有竞争力的发电产品也面临着越来越多的新的挑战。
风力发电机状态监测系统解决方案通过主动检测机械运行状况来进行故障预警从而减少由故障带来的机械损失。
我们提供了包括传感器、监测模块和软件在内的一体化解决方案，可以让您有效管理风电场资产，提高设备的可用性并减少维护费用。
我们在全球拥有一大批熟悉机械、仪表的状态监测专家，可以对整个项目提供一站式的服务。
我们将与客户一起评估客户需求，设计和配置客户解决方案，并帮助客户在整个生产周期进行维护和管理。
1.3.1 系统优势
通过缩短维护间隔和优化检修停机周期，提高可用性。
●帮助设立超过上万种齿轮箱的基准运行状态及故障形式，使客户对于故障情况一目
了然。
●针对风机在不同的运行模式下，跟据机组不同负荷下的报警设定对机组进行报警和
保护，及时通知运行人员进行有计划的维修，减低风机的维护及检修成本。
●通过风机分析数据，提早并且有计划地指导检修，将传统的定期维修变为预测维修，
有助于维修安排的优化，从而降低维修成本和减短维修日期。
风力发电机面对着许多对运行有不可忽略影响的不可预测因素，因此要对资产进行可靠的管理，先进的状态监测技术和经验至关重要。
1.3.2齿轮箱是第一优先考虑项
仅仅齿轮箱的维护成本一项往往占据了风场25%-30%的运营和维护成本，我们的状态监测系统使客户不需要大范围地拆开机组也可以随时了解齿轮箱运行状况。
在发生微小故障的情况下，依靠独特的齿轮箱运行状态知识库，可以帮助使用者做出正确的判断，维持风机运行而不损坏风机，以获取最大的效益。
另外，状态监测可以帮助运行人员更好地制定维修计划，预测机组的运行情况，协调整个机组群的停机检修，极大地节省成本。
1.3.3从第1天开始了解你的机组如何操作
对齿轮箱、发电机、主轴承和塔身偏摆进行持续状态监测，提前了解问题持续的时间和趋势。
有利于：
➢利用相同资源对多个维修事件进行规划。
➢将损害程度减少或限制在可控制范围内。
➢在不扩大故障的情况下继续发电，并且等待资源齐备后再进行维修。
➢降低维修费用。
1.3.4专业领域知识
本特利 (Bentley)做为全球最大的状态监测解决方案提供商，有着长达 50 年的状态监测专业技术积累。
本解决方案结合了 System 1*软件的智能以及一流的优化和诊断软件平台，通过将数据转换为可操作的信息，让运行人员作出可靠而且正确的判断。
1.3.5解决齿轮箱复杂性的专利算法
本特利 (Bentley)提供了获得专利的行星轮脉冲累积检测算法。
我们引入了动态能量指数 DEI（Dynamic Energy Index），通过计算轴承、行星轮、中间级、高速级等不同频带上的能量累积对故障进行早期预警。
1.3.6通用、易于联网和可缩放
本解决方案几乎可以在任何制造商的单行星齿轮风机上使用。
布置在塔顶的监测模块可以接收安装在主轴承、齿轮箱和发电机上的加速度传感器的信号，以及来自控制系统的过程量信号。
监测模块内置了所有的组态和算法。
而风力发电机状态监测系统软件也可以与 SCADA 系统集成为一体，使得数据传输率最小化，避免了在 SCADA 网络上造成堵塞。
我们的解决方案可以灵活地应用在单个或多个风电场。
一台服务器可以容纳多达200 个监测模块。
从风电场办公室或控制室就可以实现对整个机群的监控，通过集中管理提高了生产率并增强了分析数据和预测趋势的能力。
1.3.7诊断强大和显示直观
综合的警报、诊断、分析和报告能力可以让运行人员了解风电风力发电机是否处于正常运行状态，并向维修人员提供可操作信息来帮助维修。
对每台风力涡轮发电机，系统可以提供150个静态变量和趋势，此外还可以提供轴承，齿轮的高分辨率波形数据。
这些数据源的频谱、时基和多模式的趋势显示都是基于大众熟知的微软® Windows®导航技术。
1.3.8综合服务解决方案
为确保客户不断取得成功，我们提供了多个服务解决方案，从每周 7 天每天 24 小时的远程监控到立即响应的技术支持。
我们将与客户一起合作定制一套服务解决方案，以期向客户提供切实、所需的支持。
本解决方案由风力发电机和状态监测专家设计，有可信赖的服务作为后盾，是一项具有回报的明智投资。