[发明专利]一种风力发电机叶片与塔筒状态监测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别是涉及一种风力发电机叶片与塔筒状态监测方法及系统。

背景技术

随着风力发电机技术的快速发展，机组单机容量也越来越大，陆上风机已经达到6MW，海上在研风机已经达12MW。单机容量的增大导致关键部件也越来越昂贵。为了对这些关键部件进行更好的维护，需要改变以往的定时维护为预知性维护，这就需要对这些部件进行实时状态监测。另外这些大机组往往安装在沿海或海上，需要提前做好维护计划。目前大部分机组已经安装了振动在线监测系统对主轴承、齿轮箱、发电机等传动链进行监测，但却忽略了风机的两个核心大部件，即叶片和塔筒。

叶片在运行过程中会发生裂纹、裂缝、覆冰、气动不平衡等故障，塔筒螺栓也会有松动、断裂故障，这些故障不仅对叶片和塔筒自身产生影响，而且影响机组的其他部件。如叶片气动不平衡不但会增加叶片的载荷也会增加整机的振动，同时也增加传动链的振动；塔筒螺栓如果松动或者断裂则直接影响机组的安全性，此时若有突发大风机组甚至可能倒塌。

因此，叶片与塔筒的状态需要进行实时监测，以便及时发现叶片与塔筒存在的潜在问题，提醒维护人员及时进行维护、检修。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种实时监测、自动报警的风力发电机叶片与塔筒状态监测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风力发电机叶片与塔筒状态监测方法，包括以下步骤：A.实时采集风机机舱沿风轮前后俯仰和左右摆动方向的振动信号X（t）、Y（t）及叶片挥向和摆向的振动信号x（t）、y（t）；B.根据所述叶片和机舱的振动信号x（t）、y（t）、X（t）、Y（t），结合风机的桨角信号a（t）和方位角信号β（t），计算静止轮毂坐标系下叶片的振动信号x'（t）、y'（t）；所述静止轮毂坐标系下叶片的振动信号x'（t）、y'（t）的计算公式为：

x'（t）=x（t）-X（t）.cosa（t）.cosβ（t）

y'（t）=y（t）-Y（t）.cosa（t）.cosβ（t）

C.对静止轮毂坐标系下叶片的振动信号x'（t）、y'（t）进行处理，得到叶片的固有频率和振幅；对机舱的振动信号X（t）、Y（t）进行处理，得到塔筒的固有频率、主轴的转频及叶片通过频率；D.比较叶片的固有频率、叶片的振幅、塔筒的固有频率、主轴的转频及叶片通过频率与正常值之间的偏差并与监控预警值进行比较。

进一步地，所述步骤C中对机舱的振动信号X（t）、Y（t）及静止轮毂坐标系下叶片的振动信号x'（t）、y'（t）分别进行低通滤波和FFT处理。

进一步地，所述步骤D中监控预警值为塔筒或单个叶片固有频率变化超过5%；或者多个叶片的固有频率或振幅超过叶片平均值的10%。

本发明的另一个目的是提供应用上述方法的一种风力发电机叶片与塔筒状态监测系统，采用如下技术方案：

一种风力发电机叶片与塔筒状态监测系统，包括：安装于风机叶片上的传感器，用于采集风机叶片的振动信号；及安装于机舱或塔筒上的传感器，用于采集机舱的振动信号；数据采集系统，用于接收并处理所述叶片和机舱的振动信号，计算叶片的固有频率、叶片的振幅、塔筒的固有频率、主轴的转频和叶片通过频率；风场监控服务器，通过网络接收并储存所述计算后的各数据，并计算所述叶片的固有频率、叶片的振幅、塔筒的固有频率、主轴的转频和叶片通过频率与正常值的偏差；当所述偏差达到或高于预警设定值时发出警报。

进一步地，所述每处安装于风机叶片上的传感器以及每处安装于机舱或塔筒上的传感器为双向传感器或两个单向传感器。

进一步地，所述传感器为超低频加速度传感器或应变片传感器。

进一步地，所述采集叶片振动信号的传感器安装在风机叶片内部距离叶尖三分之一处；采集机舱振动信号的传感器安装在前机舱底架处或塔筒顶部。

进一步地，所述采集叶片振动信号的传感器的信号线通过设置在轮毂处的集线盒汇合后统一连接至风机的滑环装置，并由滑环装置连接至所述数据采集系统；所述数据采集系统通过网络连接至位于塔筒的塔底控制柜中，塔底控制柜通过风场的环网交换机和核心交换机将数据传输至所述风场监控服务器。

进一步地，还包括远程监控器，所述远程监控器与风场监控服务器之间安装有路由器和防火墙。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：