[发明专利]风电机组叶片在线检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风电机组叶片检测技术，特别涉及一种激光雷达在线风电机组叶片摆幅监测方法及其报警系统。

背景技术

风能是一种清洁的永续能源。近年来，我国政府给予了风力发电有力的扶持。据统计，全球2007年新增装机17489台，其中我国新增装机3155台。至2010年全球及中国新增装机分别达到3万台及1万台。到目前为止，我国已建成的风电场约59个，增长势头强劲。

风电机组一般有两种形式，水平轴风电系统和垂直轴风电系统，风力发电机组是将风能转换成电能的发电设备，风力作用于风电机组叶片带动主轴旋转，经过齿轮箱调速后通过发电机转换成电能。在风力发电机组结构部件中，风电机组叶片是弹性体，在风载荷的作用下，作用在叶片结构上的空气动力、弹性力、惯性力等具有交变性和随机性，各种受力的耦合将会引起与某些振型共振的自激共振，即颤振，该振动是发散的，严重时会导致风力机结构破坏。叶片是风力发电机的核心部件，造价约占整个设备的1/4到1/3。由于风场的气候条件恶劣，风力对叶片的损伤和自身老化在所难免，而这种损伤和老化如果没有监测和预警措施一旦发生将是致命性的，机组被毁造成严重经济损失或塔架瘫塌导致人员伤亡。如何在它们受损或老化疾像显现之前采取更换部件或其它维护措施就显得尤其重要和迫切。

风力发电机组是风电场的关键设备，长期以来一直采用计划维修的方式，即一般风力机运行2500～5000h后进行例行维护。这种维修方式无法全面的、及时的了解设备的运行状况；而事后维修则由于事先的准备不够充分，造成维修工作的耗时太长、损失严重。

目前大多数风机上运用的通用监测程序为风场监测。这种方法主要监测输出电量，同时也包含部分故障信息的存储。通常控制系统的状态信息、输出电量以及风速情况将被存储，并将这些信息发送给制造商和运营商。但该方式只有在具有详细记录的前提下才有可能观察到故障。在大多数情况下，当控制系统发出警报时故障已经发生。

风电机组的监测应包含两方面的内容，一般性的性能检测和运行状态的在线监测与诊断。就一般性的性能检测而言，风电发达国家早在上世纪80年代就已经开展风电机组的检测工作，已有二十多年的历史，积累了丰富的经验，形成了完整测试理论和测试方法。IEA（国际能源协会）在1988年颁布了“Recommended Practices for Wind Turbine Testing—6.Structure Safety（风电机组试验推荐方法—6.结构安全性）,Review of(draft)standards/codes of practice,Preparatory Information,IEA,1.Edition1988”，成为关于风电机组检测的最早标准。上世纪90年代以来，国际电工委员会（IEC）陆续颁布了一系列风电机组测试标准，用来规范测试方法，保证测试结果的一致性和准确性，这些标准也成为目前国际上公认和通用的风电机组测试标准。这些标准主要包括风电机组的功率特性测试标准、电能质量测试标准、噪声测试标准、载荷测试标准。随着测试技术的不断进步，这几个标准自颁布后都已经过多次改版。

对于风电机组运行状态的在线监测与诊断，国外相关报道较少，2011年3月31日，国华能源投资有限公司报道从新西兰况得实仪器有限公司引进了两套Turningpoint风电机组健康监测系统安装在国华公司下属的黄骅风场、齐齐哈尔风场。经过4个多月的试运行，系统运行稳定可靠、收效明显。该系统主要通过对风电机组转子的各种振动进行在线数据采集和分析，提供全面完整的诊断服务报告，预知性地发现风电机组潜在风险和早期故障，合理安排运行维护和检修，大大提高了风场运营管理效率和水平。但该系统并未涉及对风电机组叶片振动（摆动）的在线监测。

现有的风电机组叶片检测技术，通常采用在叶片上嵌入各种传感器，如加速度传感器、光纤传感器等进行检测，这些检测技术需要对叶片进行改造，在叶片上安装传感器，属于接触式检测技术。由于叶片工作时处于高速运动状态，这些接触式检测技术应用受到极大的限制。

国内对风电机组监测技术研究刚刚开始，尚不成熟，已成为国内风电发展的一个“瓶颈”。就一般性的性能检测而言，各风电企业自备了一些检测设备，但还没有形成风电机组测试标准。对于风电机组运行状态和叶片的在线监测与诊断还是空白，因此建立和完善国内风电监测具有自主知识产权的监测与诊断装备体系和标准势在必行，迫在眉睫。

发明内容