【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风机塔筒监控，具体涉及一种风机塔筒安全监测预警方法及系统。
技术介绍
1、随着国家能源结构转型和对新能源领域发展的重视，风力发电产业得到了快速发展。风电机组数量逐年增加，每年为社会提供可观绿色能源。同时，风电场的大量建设，也存在着风电场运行安全事故频发的问题。随着风电技术的发展，尤其是超高柔性塔筒得以大批量运用推广，然而柔塔也带来了共振、涡激振动等风险。随着存量机组使用年限加长，塔筒螺栓失效，基础开裂、不均匀沉降等成为仅次于风电机组安全链失效的风险点。这些安全隐患是个漫长的缓变过程，中期难以准确发现，一旦无法及时发现，可能造成倒塔等严重事故，存在着经济损失大、人员伤亡风险高的问题，负面影响尤为突出。因此，行业内迫切需要对塔筒的安全与健康状态进行在线实时监测。
2、现阶段塔筒安全监测大多是针对塔筒本身振动或倾斜进行监测，并未有将振动、倾斜、晃动进行同时监测，也没有将振动、倾斜、晃动数据进行融合监测，监测数据较为单一，无法整体进行判断，预警准确性较差。而且目前塔筒振动监测是基于加速度传感器的塔筒监测，实现塔筒加速度幅值的监测及频率监测，并没有对塔筒晃动位移值进行有效监测。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种风机塔筒安全监测预警方法及系统，可同时监测塔顶绝对位移、塔顶晃动幅值及基础倾斜角度等数据，从而实现多数据融合预警，预警精准可靠。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：
3、风机静止的时候，由于机头的作用，会使塔筒产生
4、
5、其中：y为水平方向变形，gj为机头重力，d0为基础无倾斜时，机头中心偏离塔筒中心距离，ei为塔筒弯曲刚度。
6、当基础向某个方向产生倾斜时，d0此时会附加上由于基础倾斜导致塔顶中心位移的变化值。该值可简化为dδ＝h*tanθ，其中h为塔筒高度，θ为基础倾斜角度。此时塔顶水平变形位移可表示为：
7、
8、当风机运行时，塔筒同时受到风载的作用，因此，此时塔顶水平变形位移可表示为：
9、
10、上式中机头重力gj、基础无倾斜时机头中心偏离塔筒中心距离d0、塔筒弯曲刚度ei、塔筒高度h，可认为在设计时为确定参数，不会改变。因此，当风载一定时，可认为塔顶绝对位移与基础倾斜角度存在线性关系。而塔顶绝对位移大时，弯曲变形大，由此塔顶的相对晃动也会比较大，即可认为塔顶晃动幅值与塔顶绝对位移存在线性关系。因此，塔顶绝对位移、塔顶晃动幅值和基础倾斜角度的关系可简化为：
11、dj＝kj*θ
12、dx＝k*dj＝k*kj*θ＝kx*θ
13、其中，dj为塔顶绝对位移，kj为塔顶绝对位移相对于基础倾斜角度θ的相对系数。dx为塔顶晃动幅值，kx为塔顶相对位移相对于基础倾斜角度θ的相对系数。
14、因此，本专利技术提供的风机塔筒安全监测预警方法及系统同时监测塔顶绝对位移、塔顶晃动幅值及基础倾斜角度，从而实现多数据融合预警，预警精准可靠。
15、本专利技术提供的风机塔筒安全监测预警方法，其特征在于包括以下过程：
16、s1、获取塔筒的基础倾斜角度、塔筒晃动幅值和塔顶绝对位移数据；
17、s2、根据机组正常运行时的塔顶绝对位移dj0、塔筒晃动幅值dx0和基础倾斜角度θ0，计算得到塔顶绝对位移相对于基础倾斜角度的相对系数kj以及塔筒晃动幅值相对于基础倾斜角度的相对系数kx，计算公式如下：
18、dj0＝kj*θ0；
19、dx0＝kx*θ0；
20、s3、将基础倾斜角度、塔筒晃动幅值和塔顶绝对位移数据融合进行塔筒安全监测预警，具体包括以下预警流程：
21、s3.1、基础倾斜角度预警：当基础倾斜角度超过预警阈值时，计算该倾斜角度时塔顶理论绝对位移dj理论与塔筒理论晃动幅值dx理论，若此时塔顶实际绝对位移dj实际、塔筒实际晃动幅值dx实际分别与塔顶理论绝对位移dj理论、塔筒理论晃动幅值dx理论偏差不超过30％，则该基础倾斜角度报警为正常预警，否则将该预警视作误报剔除；
22、s3.2、塔顶绝对位移预警：当塔顶绝对位移超过预警阈值时，根据此时监测的基础倾斜角度计算塔顶理论绝对位移dj理论，若塔顶实际绝对位移dj实际与塔顶理论绝对位移dj理论偏差不超过30％，则该报警由绝对位移超限报警锁定到基础倾斜角度超限报警，只有当监测的基础倾斜角度与根据塔顶实际绝对位移计算得到的理论基础倾斜角度相同，且塔顶绝对位移超过预警阈值时，才进行预警；
23、s3.3、塔筒晃动幅值预警：当塔筒晃动幅值超过预警阈值时，根据此时监测的基础倾斜角度计算塔筒理论晃动幅值dx理论，若塔筒实际晃动幅值dx实际与塔筒理论晃动幅值dx理论偏差不超过30％时，则该报警由晃动幅值超限报警转变到基础倾斜角度超限报警，只有当监测的基础倾斜角度与根据塔筒晃动幅值计算得到的理论基础倾斜角度相同，且塔筒晃动幅值超过预警阈值时，才进行预警。
24、本专利技术还提供了一种用于所述风机塔筒安全监测预警方法的风机塔筒安全监测系统，所述风机塔筒安全监测系统包括：
25、倾角传感器，其布置于塔筒基础上并实时监测基础倾斜数据；
26、晃动位移传感器，其布置于塔筒顶部并实时监测塔筒晃动位移值和塔筒振动加速度；
27、北斗定位定向监测单元，其布置于机舱顶部并实时监测塔顶位置轨迹数据；
28、采集模块，其与倾角传感器、晃动位移传感器及北斗定位定向监测单元连接，采集模块采集各监测数据；
29、上位机，其与采集模块连接，采集模块将监测数据转发给上位机，上位机对监测数据进行计算、分析、存储及预警。
30、所述北斗定位定向监测单元包括移动站、基准站和天线，移动站连接天线并布置于机舱顶部，基准站安装于升压站内，实现精准定位。
31、所述监测模块设置有两套，分别位于塔筒底部和塔筒顶部，其中塔筒底部的采集模块与倾角传感器连接；塔筒顶部的采集模块与晃动位移传感器及北斗定位定向监测单元连接，两套采集模块均与上位机连接。
32、所述上位机将晃动位移传感器监测的塔筒振动加速度数据经过傅里叶变化，得到塔筒运行过程中的固有频率，并根据固有频率进行频率偏移预警。
33、所述上位机将晃动位移传感器监测的塔筒晃动位移值进行极坐标计算转换，确定塔筒晃动的大小及方向，并计算塔筒晃动幅值。
34、所述上位机根据北斗定位定向监测单元监测数据，计算塔顶绝对位移，再根据塔顶绝对位移计算机组载荷，实现风机运行过程中载荷的监测及载荷超限预警。
35、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的风机塔筒安全监测系统通过倾角传感器、晃动位移传感器、北斗定位定向监测单元同时监测塔顶绝对位移、塔顶晃动幅值及基础本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种风机塔筒安全监测预警方法，其特征在于包括以下过程：
2.一种用于权利要求1所述的风机塔筒安全监测预警方法的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述风机塔筒安全监测系统包括：
3.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述北斗定位定向监测单元包括移动站、基准站和天线，移动站连接天线并布置于机舱顶部，基准站安装于升压站内，实现精准定位。
4.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述监测模块设置有两套，分别位于塔筒底部和塔筒顶部，其中塔筒底部的采集模块与倾角传感器连接；塔筒顶部的采集模块与晃动位移传感器及北斗定位定向监测单元连接，两套采集模块均与上位机连接。
5.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述上位机将晃动位移传感器监测的塔筒振动加速度数据经过傅里叶变化，得到塔筒运行过程中的固有频率，并根据固有频率进行频率偏移预警。
6.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述上位机将晃动位移传感器监测的塔筒晃动位移值进行极坐标计算转换，确定塔筒晃动的大小及方
7.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述上位机根据北斗定位定向监测单元监测数据，计算塔顶绝对位移，再根据塔顶绝对位移计算机组载荷，实现风机运行过程中载荷的监测，同时结合基础倾斜角度实现载荷超限预警。
...【技术特征摘要】
1.一种风机塔筒安全监测预警方法，其特征在于包括以下过程：
2.一种用于权利要求1所述的风机塔筒安全监测预警方法的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述风机塔筒安全监测系统包括：
3.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述北斗定位定向监测单元包括移动站、基准站和天线，移动站连接天线并布置于机舱顶部，基准站安装于升压站内，实现精准定位。
4.根据权利要求2所述的风机塔筒安全监测系统，其特征在于：所述监测模块设置有两套，分别位于塔筒底部和塔筒顶部，其中塔筒底部的采集模块与倾角传感器连接；塔筒顶部的采集模块与晃动位移传感器及北斗定位定向监测单元连接，两套采集模块均与上位...
【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，闫旭峰，邓卓，刘浩帆，翁运运，孔立，常佛柱，
申请(专利权)人：国家电投集团神木新能源发电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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