專利名稱：風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測試裝置，特別是涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前世界能源主要來自不可再生的能源，如:煤、石油、天然氣和核能，這樣的能源結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致能源的短缺，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。風(fēng)能作為一種可再生清潔能源已越來越受到全世界各國政府的歡迎和重視。根據(jù)2010風(fēng)能發(fā)展報告，受國際風(fēng)電開發(fā)趨勢的推動，中國風(fēng)機制造商開始進入大型風(fēng)機設(shè)備競爭行列，國內(nèi)的華銳、金風(fēng)、湘電等都在開發(fā)5MW或者更大功率的風(fēng)機，隨著這種向大型化機組發(fā)展的趨勢，塔架越來越高，葉片直徑也越來越大，長度達(dá)百米，體積龐大。機組設(shè)備在高空受風(fēng)力影響越來越明顯，設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性是保證機組運行的關(guān)鍵所在。目前，一些機組已經(jīng)出現(xiàn)了包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)等故障，這些故障的發(fā)生成為了機組的致命危害，從而導(dǎo)致機組停止運行，嚴(yán)重影響發(fā)電，造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，發(fā)電機、主軸承和齒輪箱發(fā)生故障導(dǎo)致停機的時間占到了 68.7%，因此，保證發(fā)電機、齒輪箱、主軸承等主要零部件的安全運行至關(guān)重要。由于風(fēng)電場的環(huán)境與自身結(jié)構(gòu)的特點，風(fēng)力發(fā)電機組所受的外部激振力和振動自由度相對其他大型旋轉(zhuǎn)機械要多，為了保障機組的正常運行，對其主要部件運行狀況進行振動狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷非常重要。綜上所述，如何對風(fēng)力發(fā)電機組主要旋轉(zhuǎn)部件進行全面深入的振動狀態(tài)監(jiān)測，以便及時發(fā)現(xiàn)和排除風(fēng)力發(fā)電機組的故障，對于指導(dǎo)工作人員對機組進行維護，達(dá)到延長風(fēng)力發(fā)電機組使用壽命的目的具有重要的意義。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對目前一些機組已經(jīng)出現(xiàn)了包括葉片、齒輪箱、發(fā)電機、控制系統(tǒng)等故障從而導(dǎo)致機組停止運行，嚴(yán)重影響發(fā)電達(dá)的不足，提供一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)組成；其中，所述現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)依次相連；所述現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)包括一個上位機工程師站以及若干個風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)機傳感器和信號處理箱，每一組風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)機傳感器以及信號處理箱串聯(lián)后與上位機工程師站相連；所述風(fēng)力發(fā)電機組由發(fā)電機、齒輪箱和主軸承串聯(lián)組成；所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由本地瀏覽器、防火墻及互聯(lián)網(wǎng)依次相連組成；所述遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由遠(yuǎn)程診斷中心、集團專家工作站、廠方專家工作站和企業(yè)專家工作站組成，遠(yuǎn)程診斷中心分別與集團專家工作站、廠方專家工作站和企業(yè)專家工作站相連。所述風(fēng)機傳感器包括前軸振動采集器、后軸振動采集器、定子溫度采集器、高速軸轉(zhuǎn)速采集器、前軸承振動采集器、后軸承振動采集器、箱體振動采集器、軸承溫度采集器、軸承溫度采集器、軸向振動采集器、徑向振動采集器、低速軸轉(zhuǎn)速采集器和主軸溫度采集器組成;其中，所述發(fā)電機分別與前軸振動采集器、后軸振動采集器、定子溫度采集器和高速軸轉(zhuǎn)速采集器相連；所述齒輪箱分別與前軸承振動采集器、后軸承振動采集器、箱體振動采集器和軸承溫度采集器相連；所述主軸承分別與軸向振動采集器、徑向振動采集器、低速軸轉(zhuǎn)速采集器和主軸溫度采集器相連。所述信號處理箱由信號硬件處理單元與信號采集傳輸單元相連組成。所述信號采集傳輸單元采用UM192無線通信或以太網(wǎng)有線通訊兩種傳輸方式。本實用新型的有益效果:本實用新型能對風(fēng)力發(fā)電機組振動進行全面監(jiān)測與診斷的系統(tǒng)，達(dá)到延長風(fēng)力發(fā)電機組使用壽命。同時本實用新型可使診斷服務(wù)專家遠(yuǎn)在千里之外“隨時隨地”掌握機組的運行狀態(tài)，進而可打破現(xiàn)有的以“事后服務(wù)，現(xiàn)場服務(wù)”為主的診斷服務(wù)模式，變被動服務(wù)為主動服務(wù)，實現(xiàn)對機組的早期故障預(yù)警以及遠(yuǎn)程專家會診，從而大大提高診斷效率，節(jié)約服務(wù)成本，實現(xiàn)企業(yè)與診斷服務(wù)提供商的戰(zhàn)略“雙贏”。

圖1為風(fēng)力發(fā)電機組在線振動監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；圖2為風(fēng)力發(fā)電機組主要傳感器布置圖；圖3為風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)原理圖；圖4為信號預(yù)處理原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。本實用新型的核心是提供一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)，本系統(tǒng)能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機組的振動運行狀態(tài)進行全面的監(jiān)測與診斷，從而達(dá)到指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員對發(fā)電機組進行維護，最終達(dá)到延長風(fēng)力發(fā)電機組使用壽命的目的。圖1中用點線框出了系統(tǒng)的三個部分，這三個部分別為現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)。現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)采用分布式模式構(gòu)建，現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)分為設(shè)備層和功能層，其中設(shè)備層包括了風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)機傳感器和信號處理箱，上位機工程師站構(gòu)成功能層監(jiān)測系統(tǒng)。設(shè)備層既能夠通過采樣驅(qū)動程序完成各通道的數(shù)據(jù)采集，又能與功能層監(jiān)測系統(tǒng)進行雙向通訊，上傳的采樣數(shù)據(jù)為功能層及遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)提供了可靠的實時數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)之間達(dá)到了數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)共享。其中，本地瀏覽器對現(xiàn)場采集的信號進行實時顯示和分析，同時判斷采集到的振動信號幅值是否超出預(yù)警值?；ヂ?lián)網(wǎng)將電廠數(shù)據(jù)上傳到遠(yuǎn)程診斷中心，為了數(shù)據(jù)的安全性，本地瀏覽器和診斷中心建立了防火墻。遠(yuǎn)程監(jiān)測診斷中心是集團級數(shù)據(jù)分析診斷的中心，是基于互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)以及大規(guī)模數(shù)據(jù)倉庫，提供機組的遠(yuǎn)程管理平臺、遠(yuǎn)程診斷和維護平臺以及遠(yuǎn)程信息溝通交流平臺。在該平臺的幫助下，集團可以根據(jù)自身實際情況，進一步建設(shè)和發(fā)展更有效率、更科學(xué)的風(fēng)力發(fā)電機組管理、診斷或售后服務(wù)管理體系。同時，遠(yuǎn)程診斷為診斷專家隨時隨地了解機組的運行狀態(tài)提供了很好的平臺，通過圖1可以看出，遠(yuǎn)程診斷可以為集團公司診斷專家、設(shè)備廠家診斷專家和企業(yè)診斷專家提供實時的數(shù)據(jù)，便于專家進行分析。如圖2至圖4所示，發(fā)電機分別與前軸振動采集器、后軸振動采集器、定子溫度采集器和高速軸轉(zhuǎn)速采集器相連；齒輪箱分別與前軸承振動采集器、后軸承振動采集器、箱體振動采集器和軸承溫度采集器相連；主軸承分別與軸向振動采集器、徑向振動采集器、低速軸轉(zhuǎn)速采集器和主軸溫度采集器相連。風(fēng)機傳感器用于對現(xiàn)場原始信號進行拾取、傳送，包括轉(zhuǎn)速信號、振動信號和溫度狀態(tài)信號。轉(zhuǎn)速信號用于監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組運行的實際轉(zhuǎn)速，振動信號用于監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電機組整個軸系上的振動狀態(tài)，溫度狀態(tài)信號用于監(jiān)測與振動相關(guān)的信號。通過信號硬件處理單元對信號調(diào)理，包括:去直流、積分、濾波和放大，然后輸出標(biāo)準(zhǔn)信號。信號采集傳輸單元用于直接接受信號硬件處理單元輸出的標(biāo)準(zhǔn)信號，任務(wù)是數(shù)據(jù)采集，對信號進行初步處理，并傳輸實時信號，采用UM192無線通信或以太網(wǎng)有線通訊兩種傳輸方式。為了能夠使本實用新型能夠?qū)︼L(fēng)力發(fā)電機組運行起到指導(dǎo)作用，上位機工程師站通過本地瀏覽器，在工程師站就能進一步對經(jīng)本地瀏覽器判斷過的信號進行分析，實現(xiàn)對整個風(fēng)電場機組數(shù)據(jù)存儲管理、狀態(tài)分析、故障診斷等功能。關(guān)鍵功能有:實時和歷史數(shù)據(jù)的記錄與管理、振動分析診斷方法、數(shù)據(jù)實時處理、報警功能和報警管理、故障診斷；另外可與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換和信息集成能力。綜上所述，本實用新型能夠全方面地對風(fēng)力發(fā)電機組的整個運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測、分析、診斷和報警，指導(dǎo)電廠的運行人員進行相應(yīng)維護，避免發(fā)生重大事故，最終起到延長風(fēng)力發(fā)電機組的使用壽命的目的。
權(quán)利要求1.一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)組成；其中， 所述現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)依次相連； 所述現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)包括一個上位機工程師站以及若干個風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)機傳感器和信號處理箱，每一組風(fēng)力發(fā)電機組、風(fēng)機傳感器以及信號處理箱串聯(lián)后與上位機工程師站相連； 所述風(fēng)力發(fā)電機組由發(fā)電機、齒輪箱和主軸承串聯(lián)組成； 所述數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由本地瀏覽器、防火墻及互聯(lián)網(wǎng)依次相連組成； 所述遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)由遠(yuǎn)程診斷中心、集團專家工作站、廠方專家工作站和企業(yè)專家工作站組成，遠(yuǎn)程診斷中心分別與集團專家工作站、廠方專家工作站和企業(yè)專家工作站相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述風(fēng)機傳感器包括前軸振動采集器、后軸振動采集器、定子溫度采集器、高速軸轉(zhuǎn)速采集器、前軸承振動采集器、后軸承振動采集器、箱體振動采集器、軸承溫度采集器、軸承溫度采集器、軸向振動采集器、徑向振動采集器、低速軸轉(zhuǎn)速采集器和主軸溫度采集器組成；其中， 所述發(fā)電機分別與前軸振動采集器、后軸振動采集器、定子溫度采集器和高速軸轉(zhuǎn)速采集器相連； 所述齒輪箱分別與前軸承振動采集器、后軸承振動采集器、箱體振動采集器和軸承溫度采集器相連； 所述主軸承分別與軸向振動采集器、徑向振動采集器、低速軸轉(zhuǎn)速采集器和主軸溫度采集器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述信號處理箱由信號硬件處理單元與信號采集傳輸單元相連組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于，所述信號采集傳輸單元采用UM192無線通信或以太網(wǎng)有線通訊兩種傳輸方式。
專利摘要本實用新型公開了一種測試裝置，特別是涉及一種風(fēng)力發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)組成；其中，所述現(xiàn)場監(jiān)測診斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)依次相連；本實用新型能對風(fēng)力發(fā)電機組振動進行全面監(jiān)測與診斷的系統(tǒng)，達(dá)到延長風(fēng)力發(fā)電機組使用壽命。同時本實用新型可使診斷服務(wù)專家遠(yuǎn)在千里之外“隨時隨地”掌握機組的運行狀態(tài)，從而大大提高診斷效率，節(jié)約服務(wù)成本，實現(xiàn)企業(yè)與診斷服務(wù)提供商的戰(zhàn)略“雙贏”。
文檔編號G01M15/12GK202994473SQ20132001586
公開日2013年6月12日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者何成兵, 蔣迪, 王爭明, 劉京 申請人:華北電力大學(xué)