[发明专利]一种风力发电机组法兰螺栓在线监测及故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及在线监测及故障诊断技术，更具体地，本发明涉及一种风力发电机组法兰螺栓在线监测及故障诊断系统。

背景技术

随着风电产业的迅速发展，风电机组装机规模的不断扩大，风电机组的运行事故发生率也在大幅上升，其中一部分事故是由于法兰螺栓的失效而引起的。风电机组螺栓失效所造成的危害很大，其结果常常会导致风电机组的重要部件不能工作，甚至整体倾覆。这种事故的出现将会对风电机组内进行维护的工作人员造成严重伤害，同时给国家和企业造成巨大的经济损失。截止2011年底，全国累计安装风电机组45894台。我国90％以上主机厂的风电机组技术为国外引进技术，风电机组在原始设计时，关于螺栓的要求是按照国外标准进行的，同时也有着严格安装工艺要求。国内主机厂在螺栓选用时几乎都在国内采购，而国内的螺栓质量与国外还存在一定差距，加上安装工艺问题，导致了国内风电机组螺栓故障成为普遍现象。目前，各个风场工作人员对螺栓的检查只进行定期检查(半年抽检和一年全检)，无法实时监测到螺栓的工作状态及相应的故障诊断分析。然而风力发电机组法 兰螺栓在线监测及故障诊断系统可以解决此类问题。

在风力发电机组中，塔筒与基础、塔筒之间、塔筒与机舱、主轴与轮毂以及叶片与轮毂之间均采用法兰连接方式，这些位置的法兰螺栓在正常工作时受到较大的交变载荷作用。虽然在设计过程中对此已经做了严格的要求，但因法兰螺栓的质量参差不齐，实际安装工艺的不同，法兰结构的差异等原因，导致法兰螺栓存在不同程度的隐患。经过长期运行，部分螺栓出现松动或断裂的情况无法避免，这给风电机组的安全可靠运行带来了隐患。因此要求有一种系统能实时监测螺栓的工作状态，当螺栓发生松动、断裂、拉伸或出现该趋势时，能及时报警并确定故障点的位置，提示工作人员及时维护。

在中国专利申请号为201010539421.3、发明名称为一种螺栓故障监测系统和监测方法中，将应变片贴在法兰面上或法兰与筒体连接处，通过应变片测得法兰相应位置的载荷信号，将载荷信号传输给控制元件，并与控制元件中预先设定的载荷阈值进行比较，当载荷超过预定载荷阈值时，报警元件发出警告信号。这种结构对应变片的粘贴工艺和应用环境(比如温度、湿度)有严格要求，而且普通应变片的寿命较短；若进行更换时操作不方便，也会损伤法兰的防腐表面。并且在该测试方法中，没有提出数据的分析方法，整个系统的信号传输、集成及监控方法。

另外，现有技术中还有针对风电机组塔筒螺栓松动长期监测分级报警系统，其中，在塔筒每层法兰的东、南、西及北方向均匀布置4个螺栓防松报警器并进行编号，通过电路形成两级报警回路。使用信 号线将该电路信号传输到总控制中心，在总控制中心通过两个操作面板读取在线监测的每台风电机组中各个塔筒法兰的状态。当在线监测的法兰螺栓出现故障时，在总控制中心可以很明确的看到故障点所在的风电机组编号，法兰编号和方向编号，并出现了几级报警，指导现场维护人员去维护。该系统存在的缺点为：a.不能确定其它法兰螺栓是否故障；b.没有详细说明每层法兰之间的线路连接方式以及如何与总控制中心连接；c.不能完全包含螺栓的失效状态(比如：螺栓直接拉断而没有旋转)；d.仅涉及到监测塔筒法兰螺栓工作状态。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提出一种风力发电机组法兰螺栓监测及故障诊断系统。

本发明提出了一种风力发电机组法兰螺栓在线监测及故障诊断系统，包括：安装在法兰部位的传感器，和传感器连接的数据采集和处理设备，以及监控风电机组内各个监测点工作状态的服务器所属的监控系统。

本发明的系统可以将实时采集的信息进行处理并分析，提前预报故障并提示故障螺栓的状态和位置，解决目前风力发电机组螺栓故障多，故障定位复杂(由于连接螺栓较多，需逐一排查)，故障未得到及时跟踪且故障发生时状态无法判断而造成机组部件损坏以至整个风力发电机组失效的问题。

相对于风电机组出现危险来说，增加法兰螺栓在线监测及故障诊 断系统的成本是微小的。以目前已安装的主流1.5MW风电机组为例，单台整机的造价约为550万，而本申请系统的市场估价为单台风电机组在8万元以内，具有广阔的市场前景。

通过该系统在风场的实施，对提高风力发电机组的可利用率、有计划的进行法兰螺栓及其相关部件的维护、提高风能利用率等能起到重要的作用，并可增加风电场的正常运行时间、优化机组运行工况、降低风力发电机组的维修费用和提高风力发电机组运行的安全性。

附图说明

图1为根据本发明的第一实施例的系统结构图；

图2为图1所示系统的逻辑图；