一种风电机组在线监测系统和监测方法技术方案

一种风电机组在线监测系统，包括现场声音传感器，声音分析装置，红外监测装置，红外分析装置，控制装置，报警装置；声音传感器与声音分析装置连接，声音分析装置与控制装置连接；红外监测装置与红外分析装置连接，红外分析装置与控制装置连接；控制装置与报警装置连接；其中声音传感器固定设置在风电机组的转动主轴附近，红外监测装置的红外成像仪可以在机舱内轴向移动。还公开一种监测方法。本发明专利技术的系统和方法能够对风电机组传动链的健康状态实现实时在线监测和精确检测，具有操作简便、分析直观等优点。

An On-line Monitoring System and Method for Wind Turbines

An on-line monitoring system for wind turbines includes on-site sound sensor, sound analysis device, infrared monitoring device, infrared analysis device, control device, alarm device, sound sensor connected with sound analysis device, sound analysis device connected with control device, infrared monitoring device connected with infrared analysis device, infrared analysis device connected with control device, and control device. The sound sensor is fixed near the rotating spindle of the wind turbine, and the infrared imager of the infrared monitoring device can move axially in the cabin. A monitoring method is also disclosed. The system and method of the invention can realize real-time on-line monitoring and accurate detection of the health status of the transmission chain of wind turbine, and has the advantages of simple operation, intuitive analysis and so on.

【技术实现步骤摘要】
一种风电机组在线监测系统和监测方法
本专利技术涉及一种风电机组在线监测系统和监测方法，特别是涉及通过声和热两个方面对风电机组进行监测的系统和方法。技术背景对于风电机组来说，故障发生后如果不能及时发现并排除，随着风电机组的运行，传动链上的主轴承、齿轮箱和发电机等零部件会逐渐疲劳，直至发生断裂等重大事故，因此必须对风电机组进行故障监测。目前常见的故障检测方法主要是对风电机组的振动进行分析，需要专业的信号处理知识，对现场运行维护人员来说操作复杂，培训难度大，接受比较困难。本专利技术对风电机组现场声音和热两方面进行检测，从而能够直观的发现风电机组的疲劳和故障情况，方便现场运行维护人员对风电机组的状态进行把控。此外，本专利技术检测系统和方法不需爬塔，降低了劳动强度，可以远程进行故障精确定位。中国专利CN108414898A公开了一种风电场设备带电检测的状态试验方法，包括：(1)带电检测：通过仪器收集数据，实施超声局部放电检测和紫外成像检测相结合的带电检测，监测风电场设备的运行状态，进行故障的检测以及预防；(2)构建决策系统状态检修：收集和分析设备的运行数据，对设备开展状态评价工作，从而确定设备是否需要检修以及确定检修的项目；(3)建立设备预试检修优化方案：通过风电场设备状态检修，结合设备带电检测的实施，依据风电场设备状态评价细则对设备进行状态评价，制定定制的检修策略。该专利能够实现对风电机组的带电检测，从而在不停机情况下实时检测风电机组的工作状况。但是该专利依然存在着检测复杂的问题。中国专利CN207965086U公开了一种风力发电机组检测系统，该系统包括：在线检测装置、离线检测装置以及服务器，其中，所述在线检测装置与所述服务器连接，用于对所述风力发电机组进行实时检测，并发送在线检测结果至所述服务器；所述服务器用于记录所述风力发电机组的运行时间和运行状态；所述离线检测装置与所述服务器连接，用于根据所述风力发电机组的运行时间和运行状态对所述风力发电机组进行检测，并发送离线检测结果至所述服务器。该风力发电机组检测系统无法方便现场运行维护人员的操作。
技术实现思路
本专利技术的风电机组在线监测系统，包括现场声音传感器，声音分析装置，红外监测装置，红外分析装置，控制装置，报警装置；声音传感器与声音分析装置连接，声音分析装置与控制装置连接；红外监测装置与红外分析装置连接，红外分析装置与控制装置连接；控制装置与报警装置连接；其中声音传感器固定设置在风电机组的转动主轴附近，红外监测装置的红外成像仪可以在机舱内轴向移动。声音传感器采集现场声音，获取声音频率信号；声音分析装置根据声音信号的频率，获得声音信号的频率分布情况，判断故障部件。其中控制装置包括有阈值设定模块、触发模块，阈值设定模块接受阈值设定值，触发模块根据阈值设定模块的阈值设定值决定触发模块的输出。其中红外监测装置包括红外成像仪和移动装置，其中移动装置由链轮和孔组成，红外成像仪与链轮、电机固联，组成移动台；孔设置在机舱的导轨上；电机运动带动链轮旋转，链轮与孔啮合，带动固定红外成像仪的移动台运动，移动台上的红外成像仪从而能够受驱动做往复运动。其中控制模块还包括计算模块，计算模块接受声音分析装置的数据并将声音分析装置传送的数据进行归一化处理，获得单一向量值；控制模块中还设置有比较模块，比较模块将计算模块获得的单一向量值与阈值设定模块接受的阈值设定值进行比较，比较模块与触发模块连接，并将比较模块的比较值输入到触发模块。其中控制模块还包括人工操作模块，人工操作模块连接到红外监测装置和红外分析装置。本专利技术用于风电机组在线监测系统的监测方法，声音传感器实时监测风电机组的声音频率，声音分析模块实时分析风电机组频率分布情况，并将风电机组运转产生的声音的频率分布情况送至控制模块；控制模块的计算模块根据频率分布情况计算获得单一向量值；比较模块比较单一向量值和阈值设定模块的阈值设定值；比较模块根据比较结果控制报警装置发出警报或者控制红外监测装置和红外分析装置启动。当声音分析模块获得的结果难以确定机组故障部件时，开启红外成像模式，电机驱动红外成像仪往返移动，同时对主轴承、齿轮箱中齿轮、轴承、发电机轴承进行热成像，并将成像结果送至红外分析装置，观测过热部件并定位故障。人工操作模块接受指令后，控制红外监测装置和红外分析装置启动。本专利技术通过在线检测风电机组的声音和热两方面因素，在声音明显异常的情况下，可以分辨叶轮不平衡、发电机轴承过电流等故障；在声音难辨故障时，启动红外成像装置，从而能够获得实时在线检测，具有精确检测、操作简便直观等优点。附图说明图1示出了本专利技术的风电机组在线监测系统；图2示出了本专利技术的控制模块示意图；图3示出了本专利技术的方法流程示意图。本专利技术的实施例图1中附图标记指代的含义如下：1-导轨；2-红外成像仪；3-声音传感器；4-传输终端；5-驱动电机；6-链轮；7-叶轮；8-主轴承；9-齿轮箱；10-塔筒；11-发电机；12-机舱；13-集控室。参见图1和图2，图1示出了一种风电机组在线监测系统，包括现场声音监测装置，声音监测装置可以是一个声传感器；声音监测装置用于检测风电机组产生的声音的频率；在实际运行过程中，当风电机组发生故障时，风电机组产生的声音的频率会发生异常，通过声传感器测得风电机组产生的声音的频率，随后进行分析从而能够及时的获取风电机组的运行状态。尤其是当叶片出现裂纹、附着物不均匀等所致叶轮系统不平衡时，机舱中会出现特殊的声音频率。ZL201210168524.2号专利技术专利申请提出了一种风力发电机组的状态监测方法，包括：采集风力发电机组的振动信号和噪声信号；如果所述噪声信号的幅值大于设定值，则确定所述幅值对应的时间点；在包含所述时间点的设定范围内，处理所述振动信号和所述噪声信号以获取表征信号能量大小的信号，根据所述表征信号能量大小的信号确定所述风力发电机组的运行状态。在现有技术中，已经了解到可以利用噪声信号发现风电机组出现故障的时间点，风电机组发生故障时，采集到的噪声信号的幅值会发生明显的变化，当噪声信号的幅值大于某一设定的数值时，表征风电机组出现故障，当噪声信号的幅值小于或是等于某一设定的数值时，表征风电机组处于正常的运行状态。本专利技术专利技术人认为噪声的幅值会受到各种因素的影响，风电机组在故障发生时候，噪声声音的频率会发生明显变化，并且频率的监测较幅值的监测受环境影响更小，因此本专利技术通过检测风电机组发出的声音的频率来初步完成对风电机组故障的监测。对信号进行处理的方法主要包括时域处理和频域处理，时域处理方法主要包括均值、方差、分布密度、偏斜度、峭度分析等方法，主要指标包括：均值、方差、标准差、均方值、有效值、峰值、峰-峰值、波形指标、峰值指标、脉冲指标、裕度指标、偏度系数、峭度系数等；频域处理方法只要包括：功率谱分析、频率细化分析法，倒频谱分析法、包络解调法、小波分析法等。这些方法在工程技术中普遍应用，本专利技术并不涉及对这些计算方法本身的改进，因此在此不再赘述。声音分析装置接受来自声音检测装置的信号，根据预定程序分析获得风电机组现场声音频率分布情况；风电机组在不同异常情况下，频率分布情况会发生比较复杂的变化，因此分析装置按照预定程序获取声音频率的分布情况。声音分析装置的程序是根据经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风电机组在线监测系统，包括现场声音传感器，声音分析装置，红外监测装置，红外分析装置，控制装置，报警装置；声音传感器与声音分析装置连接，声音分析装置与控制装置连接；红外监测装置与红外分析装置连接，红外分析装置与控制装置连接；控制装置与报警装置连接；其中声音传感器固定设置在风电机组的转动主轴附近，红外监测装置的红外成像仪可以在机舱内轴向移动。

【技术特征摘要】
1.一种风电机组在线监测系统，包括现场声音传感器，声音分析装置，红外监测装置，红外分析装置，控制装置，报警装置；声音传感器与声音分析装置连接，声音分析装置与控制装置连接；红外监测装置与红外分析装置连接，红外分析装置与控制装置连接；控制装置与报警装置连接；其中声音传感器固定设置在风电机组的转动主轴附近，红外监测装置的红外成像仪可以在机舱内轴向移动。2.根据权利要求1的风电机组在线监测系统，声音传感器采集机组声音，获取声音频率信号；声音分析装置根据声音信号的频率，获得声音信号的频率分布情况，判断故障部件。3.根据权利要求1的风电机组在线监测系统，其中控制装置包括有阈值设定模块、触发模块，阈值设定模块接受阈值设定值，触发模块根据阈值设定模块的阈值设定值决定触发模块的输出。4.根据权利要求1的风电机组在线监测系统，其中红外监测装置包括红外成像仪和移动装置，其中移动装置由链轮和孔组成，红外成像仪与链轮、电机固联，组成移动台；孔设置在机舱的导轨上；电机运动带动链轮旋转，链轮与孔啮合，带动固定红外成像仪的移动台运动，移动台上的红外成像仪从而能够受驱动做往复运动。5.根据权利要求3的风电机组在线监测系统，其中控制模块还包括计算模块，计算模块接受声音传感器的数据并将声音分...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐进，丁显，
申请(专利权)人：鲁能新能源集团有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11