[发明专利]风力发电机组远程在线多模式健康状态监测与故障诊断系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动监测与故障诊断系统，尤其涉及一种风力发电机组远程在线多模式健康状态监测与故障诊断系统。

背景技术

作为一种可再生新能源技术，风力发电近几年在我国得到迅猛发展。至2012年底，我国累计安装风电机组53764台，装机容量已达75324.2MW，处于世界领先地位。风力发电机组是风力发电的关键设备，大都布置在比较偏僻的野外或海上几十米高的台架上，工作条件非常恶劣，维修维护非常困难，一旦出现故障，如不能得到及时处理，常常会造成非常大的事故，损失十分巨大。因此，为了提高风力发电机组运行的安全可靠性和可利用率，降低维护费用，迫切需要研制开发能够实现远程在线监控风力发电机组运行状态的监控系统和故障诊断系统。

风力发电机组主要包括传动链以及控制机构，传动链主要由叶片、轮毂、主轴、齿轮箱、耦合器和发电机等组成，控制机构主要由变桨系统和偏航系统等组成，机组能否正常运转关键取决于上述设备部件是否完好，其运行的健康状态可以由风速一发电量定性地反应出来，也可以由转子及轴承的振动情况和温度等工况参数反应出来。风力发电机组运行有无异常也可以采用音频和视频模式直接观察、了解。

风速一发电量监测模式根据风速与机组发电量关系曲线，由发电量的偏差定性评估机组的运行状态。

通过振动监测旋转设备的运行状态的研究始于上个世纪的60年代，相对成熟并已有成果应用于汽轮机、压缩机等大型旋转设备，而对风力发电机组运转状态的监测系统和故障诊断目前还没有成熟的系统。虽然风力发电机组在线监测系统在国外已有应用，国内也有几家在进行研究，但都是监控为主，较少或未能进行远程在线故障诊断，且监控参数偏少，未能对风力发电机组整体进行监控，缺少综合故障诊断分析。对轴承和齿轮的故障分析判断还主要依据冲击脉冲法。

传统的风力发电机组监测系统一方面存在监测方式单一，不能综合监测的缺点，另一方面，传统的风力发电机组监测系统只能监测，但缺乏自动故障诊断系统，不能及时预警，也不能预知维修，无法实现对机组运行状态的远程观察。

发明内容

本发明为解决上述技术中存在的监测方式单一、不能及时预警预知维修等问题，通过全面监控风力发电机组各主要部件的转速、温度和振动情况，及时预警机组故障的发生、发展和健康状态的恶化程度，实现无人值守，预知维修的目的。同时，利用音频和视频技术，实现对机组运行状态的远程观察。

具体的，本发明提供一种风力发电机组远程在线多模式健康状态监测与故障诊断系统，其包括，风速/发电量监测装置、温度/振动监测装置、音频监测装置和视频监测装置，其特征在于：所述风力发电机组远程在线多模式健康状态监测与故障诊断系统还包括与风力发电机组相连接的下位机以及与网络客户端相连的上位机。

所述风速/发电量监测装置通过数据通讯技术与风力发电机组主控系统进行数据交换，获取风速与发电量数据，利用风速与发电量常态关系曲线定性监测风力发电机组的运行状态；

所述温度/振动监测装置包括传感器、信号调理器和数据采集卡；所述数据采集卡包括低频数据采集卡和高速数据采集卡；所述传感器包括温度传感器、转速传感器和振动传感器；所述振动传感器在X轴与Y轴方向至少各安装8个；所述转速传感器的数量至少为2个。

优选的，所述温度传感器为PT100温度传感器，所述转速传感器为光电转速传感器SZGB-20或霍尔转速传感器Hal-12，所述振动传感器为加速度振动传感器。

优选的，所述音频监测装置以及所述视频监测装置分别通过在风力发电机组的机舱安装麦克风阵列及摄像机阵列，从而获取机组运行的音频和视频数据，实现远程观察风力发电机组的运行状态。

所述上位机与所述下位机之间可以通过光纤或网络传输数据。

所述下位机为单片机或工控机，所述下位机预装状态检测模块，可优选的，安装风力发电机组振动状态检测模块，对风力发电机组的各主要部件进行原始信号采样，将各类传感器取得的信号经数据转换及初步处理传送给上位机，并对采集的数据根据设定阈值，对机组运行的健康状态根据阈值进行规则分析，监控风力发电机组运行的健康状态。

优选的，所述下位机设有监测和报警单元，所述监测和报警单元包括监测单元和报警单元，所述报警单元设有声光报警构件，所述监测单元如发现监测数据超过预先设定的阈值，则会自动分析，一旦确认发电风力机组运行健康状态恶化或发生故障，所述报警单元即会启动声光报警。