一种风机机舱传动链噪声在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种风机机舱传动链噪声在线监测系统及相应的方法，在风机机舱中部设置一个唯一的噪声传感器，用于采集机舱内传动链运行过程中产生的噪声信号数据；根据噪声信号数据计算风机机舱内的不同倍频带的声级，结合不同倍频带下的A计权网络衰减值得到风机机舱传动链的噪声声压级，并根据实时运行数据进行不同工况下的数据处理，得到对应工况区间的不同倍频带的声级和风机机舱传动链的噪声声压级的当前特征量和特征量变化率，对此进行监测和展示，从而对风机机舱传动链噪声进行在线检测。该方法通过唯一的一个噪声传感器采集声音信号，测量简单便捷，成本低廉，检测结果准确性高，适合用于对风电机舱传动链运行状态进行在线监测。

【技术实现步骤摘要】
一种风机机舱传动链噪声在线监测系统及方法
本专利技术属于风电监测
，特别涉及一种风机机舱传动链噪声在线监测系统及方法。
技术介绍
随着风电产业近五年“井喷”式的发展，越来越多大容量MW风机陆续安装运行，风力发电机很多运行隐患开始逐步暴露出来，部分隐患由于缺乏必要的监测和保护手段，叶片脱落、倒塔、风机失火等恶性事故也时有发生，带来损失动辄上千万，甚至有人员伤亡，给风电场和电网的安全运行带来了严重影响。我国制造业与发达国家还有一定的差距，近年来国产风力发电机噪声问题逐渐显现出来。风机的噪声过大，很可能是由于齿轮、轴承、以及转动等旋转机械部件的不平衡，不平衡的电磁力使电机产生电磁振动等引起，不仅反映了风机本身存在问题，并且会影响到风场附近居民正常的生产和生活。因此，研究风机噪声在线监测方法，尤其是机舱内传动设备噪声，对于分析和诊断这些引起噪声过大的风机故障来说，具有重要的意义和成效。风机机舱内部传动设备的噪声监测目前尚无此方面的应用，而风机同样属于发电机与旋转设备，风机运行的噪声不止一个频率的声音，它们是从低频到高频无数频率成分的声音的大合奏。在噪声测量中，为了分析引起噪声的根源，除了进行噪声总值测量外，往往还需要进行噪声频谱分析，通过频谱分析确定噪声源的主要频率成分(例如高频、中频或低频)，由此判断产生噪声的主要根源(例如是轴承、齿轮箱、电机部分或叶片缺陷和故障等)，从而有针对性地诊断出风机存在的故障，采取相应的消缺和降噪措施。目前风机噪声测量主要指风电场在正常运行时产生的影响周围环境的声音，相关标准GB/T22516-2008《风力发电机噪声测量方法》、DL/T1094-2008《风电场噪声限值及测量方法》、GB/T20319-2006《风力发电机组验收规范》中对风机噪声的测量方法、测量仪器、测量程序等内容作了详细的规定和介绍，并规定了在10m高度8m/s风速条件下测量的风力发电机组声功率级应小于或等于110dB(A)。然而现有标准和测量方法都是针对风机附近场所的噪声测试，而对于风机机舱内部、尤其是发电机的噪声测试很少，而风机内的噪声过大往往反映了风机传动部件和发电机定子部分、发电机电磁方面可能存在相关缺陷和故障。例如张北风光储电场两台金风3MW风机由于出现问题导致去年几个月无法正常运行，维护后开机运行时现场维护人员反映发电机部分噪声较大，但是无法找出噪声大的根本原因。如果在机舱内布置噪声传感器，进一步分析噪声源的频率成分和噪声强度，可以帮助维护人员找出噪声过大的原因，从而制定相关措施减小噪声，消除可能存在的缺陷。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种风机机舱传动链噪声在线监测系统及方法。本专利技术具体技术方案如下：本专利技术提供了一种风机机舱传动链噪声在线监测系统，包括依次电性连接的一个唯一的噪声传感器、一个唯一的信号采集器、风电场SCADA监控系统以及数据处理系统，所述噪声传感器设在所述风机机舱中部、位于齿轮箱上方，用于采集所述风机机舱传动链运行过程中的原始噪声信号数据；所述信号采集器设在所述风机机舱的控制柜内，用于对所述原始噪声信号数据进行处理、并通过风机环网上传至所述数据处理系统中；所述风电场SCADA监控系统被配置为：采集所述风电机舱传动链的实时运行数据，所述实时运行数据包括风机风速实时数据和风机有功功率实时数据；所述数据处理系统被配置为：根据所述原始噪声信号数据计算出所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级，并结合不同倍频带下的A计权网络衰减值、计算得到所述风机机舱传动链的噪声声压级；同时结合所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级和所述风机机舱内噪声声压级进行工况判别，得到对应工况区间的所述不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述风机机舱传动链的噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率；对所述当前特征量和当前特征量变化率进行监测，从而实现对风机机舱传动链噪声的在线监测。进一步地，所述数据处理系统包括数据预处理模块、数据分析模块以及前端展示模块，所述数据预处理模块被配置为：对所述原始噪声信号数据以及所述实施运行数据进行清洗、去除干扰数据，进行数据编码并存储到数据库中；根据所述原始噪声信号数据计算出所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级，并结合不同倍频带下的A计权网络衰减值、计算得到所述风机机舱传动链的噪声声压级；所述数据分析模块被配置为：获取所述风机机舱的所述实时运行数据，并据此划定若干个工况区间，分别每个所述工况区间内的测量数据计算不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率，根据所述当前特征量判断所述风机机舱传动链噪声是否超标，并根据所述当前特征量变化率对噪声的变化趋势进行预测；所述前端展示模块被配置为：将所述当前特征量和所述当前特征量变化率利用软件界面的形式展示出来，从而实现对所述风机机舱噪声的在线监测。进一步地，所述数据分析模块被配置为以如下方法计算所述当前特征量和所述当前特征量变化率：根据所述实时运行数据划定若干个工况区间，运用滑动平均算法计算得到当前风机的工况点，并针对所述工况区间计算所述工况点运行参数变化率；根据所述工况点运行参数变化率，确定当前工况点处于哪一个工况点、是否处于稳定状态；通过划定多个工况区间、并分别进行上述计算和判断过程，即可以对风电机组进行工况判别；结合不同工况区间的所述不同倍频带的频带声级和所述风机机舱传动链的噪声声压级进行工况判别，通过加权平均算法和多元线性回归分析方法，得到不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率。进一步地，所述数据分析模块被配置为通过如下方法计算所述不同倍频带的频带声级：其中：Lpi为1/3倍频列表中每个倍频带的频带声级，Pi为所述所述1/3倍频列表中每个倍频带的升压有效值，P0为基准升压，P0＝2*10-5Pa；所述数据分析模块还被配置为通过如下方法计算所述噪声声压级：其中：LA为A计权的频带声级，LPi为第i个倍频带的频带声级，△Ai为第i个倍频带的A计权的网络衰减值。进一步地，所述系统还包括警报模块，所述警报模块被配置为：设置一个当前特征量第一阈值和一个当前特征量第二阈值，且所述当前特征量第二阈值大于所述当前特征量第一阈值；另外设置一个当前特征量变化率第一阈值和一个当前特征量变化率第二阈值，且所述当前特征量变化率第二阈值大于所述当前特征量变化率第一阈值；当所述噪声声压级当前特征量超过所述当前特征量第一阈值但未超过所述当前特征量第二阈值、和/或所述噪声声压级当前特征量变化率超过所述当前特征量变化率第一阈值但未超过所述当前特征量变化率第二阈值时，发出故障警告；当所述噪声声压级当前特征量超过所述当前特征量第二阈值、和/或所述噪声声压级当前特征量变化率超过所述当前特征量变化率第二阈值时，自动进行报警。本专利技术另一方面提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，包括依次电性连接的一个唯一的噪声传感器(1)、一个唯一的信号采集器(2)、风电场SCADA监控系统(3)以及数据处理系统(4)，所述噪声传感器(1)设在所述风机机舱中部、位于齿轮箱上方，用于采集所述风机机舱传动链运行过程中的原始噪声信号数据；所述信号采集器(2)设在所述风机机舱的控制柜内，用于对所述原始噪声信号数据进行处理、并通过风机环网上传至所述数据处理系统(4)中；/n所述风电场SCADA监控系统(3)被配置为：/n采集所述风电机舱传动链的实时运行数据，所述实时运行数据包括风机风速实时数据和风机有功功率实时数据；/n所述数据处理系统(4)被配置为：/n根据所述原始噪声信号数据计算出所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级，并结合不同倍频带下的A计权网络衰减值、计算得到所述风机机舱传动链的噪声声压级；同时结合所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级和所述风机机舱内噪声声压级进行工况判别，得到对应工况区间的所述不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述风机机舱传动链的噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率；对所述当前特征量和当前特征量变化率进行监测，从而实现对风机机舱传动链噪声的在线监测。/n...

【技术特征摘要】
1.一种风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，包括依次电性连接的一个唯一的噪声传感器(1)、一个唯一的信号采集器(2)、风电场SCADA监控系统(3)以及数据处理系统(4)，所述噪声传感器(1)设在所述风机机舱中部、位于齿轮箱上方，用于采集所述风机机舱传动链运行过程中的原始噪声信号数据；所述信号采集器(2)设在所述风机机舱的控制柜内，用于对所述原始噪声信号数据进行处理、并通过风机环网上传至所述数据处理系统(4)中；
所述风电场SCADA监控系统(3)被配置为：
采集所述风电机舱传动链的实时运行数据，所述实时运行数据包括风机风速实时数据和风机有功功率实时数据；
所述数据处理系统(4)被配置为：
根据所述原始噪声信号数据计算出所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级，并结合不同倍频带下的A计权网络衰减值、计算得到所述风机机舱传动链的噪声声压级；同时结合所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级和所述风机机舱内噪声声压级进行工况判别，得到对应工况区间的所述不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述风机机舱传动链的噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率；对所述当前特征量和当前特征量变化率进行监测，从而实现对风机机舱传动链噪声的在线监测。


2.如权利要求1所述的风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据处理系统(4)包括数据预处理模块(41)、数据分析模块(42)以及前端展示模块(43)，所述数据预处理模块(41)被配置为：
对所述原始噪声信号数据以及所述实施运行数据进行清洗、去除干扰数据，进行数据编码并存储到数据库中；根据所述原始噪声信号数据计算出所述风机机舱传动链在不同倍频带的频带声级，并结合不同倍频带下的A计权网络衰减值、计算得到所述风机机舱传动链的噪声声压级；
所述数据分析模块(42)被配置为：
获取所述风机机舱的所述实时运行数据，并据此划定若干个工况区间，分别每个所述工况区间内的测量数据计算不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率，根据所述当前特征量判断所述风机机舱传动链噪声是否超标，并根据所述当前特征量变化率对噪声的变化趋势进行预测；
所述前端展示模块(43)被配置为：
将所述当前特征量和所述当前特征量变化率利用软件界面的形式展示出来，从而实现对所述风机机舱噪声的在线监测。


3.如权利要求2所述的风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据分析模块(42)被配置为以如下方法计算所述当前特征量和所述当前特征量变化率：
根据所述实时运行数据划定若干个工况区间，运用滑动平均算法计算得到当前风机的工况点，并针对所述工况区间计算所述工况点运行参数变化率；根据所述工况点运行参数变化率，确定当前工况点处于哪一个工况点、是否处于稳定状态；通过划定多个工况区间、并分别进行上述计算和判断过程，即可以对风电机组进行工况判别；结合不同工况区间的所述不同倍频带的频带声级和所述风机机舱传动链的噪声声压级进行工况判别，通过加权平均算法和多元线性回归分析方法，得到不同倍频带的频带声级的当前特征量和当前特征量变化率、以及所述噪声声压级的当前特征量和当前特征量变化率。


4.如权利要求2所述的风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据分析模块(42)被配置为通过如下方法计算所述不同倍频带的频带声级：



其中：Lpi为1/3倍频列表中每个倍频带的频带声级，Pi为所述所述1/3倍频列表中每个倍频带的升压有效值，P0为基准升压，P0＝2*10-5Pa；
所述数据分析模块(42)还被配置为通过如下方法计算所述噪声声压级：



其中：LA为A计权的频带声级，LPi为第i个倍频带的频带声级，△Ai为第i个倍频带的A计权的网络衰减值。


5.如权利要求1所述的风机机舱传动链噪声在线监测系统，其特征在于，所述系统还包括警报模块(44)，所述警报模块(44)被配置为：
设...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利强，王鹏，黎文明，宾世杨，张振，唐俊杰，王琳琼，
申请(专利权)人：国家电投集团广西兴安风电有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45