CN113738598A - 一种风力发电机的异常检测*** - Google Patents

一种风力发电机的异常检测*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风力发电机的异常检测***，包括：在线检测装置、离线检测装置以及服务器，所述在线检测装置、离线检测装置分别与所述服务器连接，所述服务器包括：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路，所述第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路分别连接所述处理器电路，所述第一总线接口电路连接所述在线检测装置，所述第二总线接口电路连接所述离线检测装置。采用本发明的技术方案，可以全面检测风力发电机组，以便提前做好应对措施。

Description

一种风力发电机的异常检测***
技术领域
本发明涉及设备检测，具体地涉及一种风力发电机的异常检测***。
背景技术
由于兆瓦级以上风力发电机组的大量安装，目前国内外开展了针对大型风力发电机组状态监测***的研究。大部分研究的监测产品主要用于风力发电机组在线监视以及故障诊断的***产品。其目前主要技术分类是基于共振解调技术的监测***、基于最优滤波解调技术的监测***和基于无线通信的远程监测诊断***。风电场进入运营阶段，由风电场实施对风力发电机组运行管理和维护。风力发电机组是一种由电气***和机械***组成的复杂设备，并且处于环境恶劣的野外，经过长期的运行就会出现一些故障或隐患，风电场维护人员一般只具备机组日常的一些维护、维修能力，并不能完全满足风力发电机组维护的需要。另外，会有一些无法预测的隐患导致机组故障频繁、长时间停机，为了保证风电场的收益最大化，风电场运行工作人员承受着很大的压力。
发明内容
本发明要解决的技术问题，是提供一种风力发电机的异常检测***，可以全面检测风力发电机组，以便提前做好应对措施。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案
一种风力发电机的异常检测***，其特征在于，包括：在线检测装置、离线检测装置以及服务器，所述在线检测装置、离线检测装置分别与所述服务器连接，所述服务器包括：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路，所述第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路分别连接所述处理器电路，所述第一总线接口电路连接所述在线检测装置，所述第二总线接口电路连接所述离线检测装置；其中，
所述在线检测装置，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，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。
优选地，所述在线检测装置包括：叶片检测装置，包含：声发射检测设备以及数据分析设备；所述声发射检测设备置包含：声发射源、声发射传感器、信号调理电路、数字编码电路和WiFi发射器；所述数据分析设备包含WiFi接收器、声发射信号采集卡信号采集处理***和显示***；其中，所述声发射源用于向待检测风力发电机叶片发射弹性波；所述声发射传感器用于检测所述弹性波所引起的待检测风力发电机叶片的机械振动，并且产生表示所述机械振动的电信号，而且将所述电信号传递给所述信号调理电路；所述信号调理电路用于对所述电信号进行数字信号处理。
优选地，所述在线检测装置包括：状态检测装置，其包含：
检测模块，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；
控制模块，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；
输出模块，用于根据所述控制装置的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。
优选地，所述状态检测装置，还包含：转速检测模块和调节模块；
所述转速检测模块，用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速；所述控制模块根据所述转速检测模块获得的转速信号和预定的策略，得到所述风力发电机组的发电机的输入轴的实际转速；还将实际转速与所述预存的标准中的参考转速进行对比，并判断所述发电机的输入轴转速状态；
所述调节模块，根据所述控制模块的判断结果调节所述发电机的输入轴的转速，使所述发电机的输入轴在预定的时间长度内以所述参考转速稳定运行。
优选地，所述在线检测装置包括：过温检测装置，其包含：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元。
优选地，所述离线检测装置包括：内窥镜检测模块，用于通过检测通道进入所述风力发电机组的内部，检测所述风力发电机组的内部缺陷；
优选地，所述离线检测装置包括：雷击检测模块，用于检测所述风力发电机组是否遭受雷击。
优选地，所述离线检测装置包括：结构件探伤检测模块，用于检测所述风力发电机组的结构件的损伤。
通过上述技术方案，采用本发明的风力发电机的异常检测***，使用在线检测装置进行在线实时检测，根据服务器的记录在风力发电机组运行到一定时间和状态时使用离线检测装置进行离线检测，并将在线检测结果和离线检测结果发送至服务器中，可以全面检测风力发电机组，以便提前做好应对措施。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明风力发电机的异常检测***的结构示意图；
图2为本发明风力发电机的异常检测***的服务器结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
如图1、2所示，本发明提供一种风力发电机的异常检测***，包括：在线检测装置、离线检测装置以及服务器，所述在线检测装置、离线检测装置分别与所述服务器连接，所述服务器包括：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路、电源电路，所述第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路分别连接所述处理器电路，电源开关控制电路连接电源电路，所述第一总线接口电路连接所述在线检测装置，所述第二总线接口电路连接所述离线检测装置；其中，
所述在线检测装置，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，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。
在线检测装置是随着风力发电机组的运行实时进行检测的，并将检测结果发送至服务器以便记录；离线检测装置是在风力发电机组运行到一定时间，并可以在风力发电机组停止运行时进行检测的，并将检测结果发送至服务器以便记录。服务器记录风力发电机组的运行时间和运行状态，并记录在线检测结果和离线检测结果。在线检测装置和离线检测装置将在下文详述。
本发明可以实现风电机组设备的在线检测功能，并实现检测结果的数据远传，及时发现设备隐患故障，降低现场人员的工作强度；离线检测部分采用先进技术，对设备的重要部位进行深入的探测分析；服务器可以通过检测结果，建立合理的检修计划，防出现过检修和欠检修情况的出现。
进一步，所述在线检测装置包括：叶片检测装置，其包含：声发射检测设备以及数据分析设备；所述声发射检测设备包含：声发射源、声发射传感器、信号调理电路、数字编码电路和WiFi发射器；所述数据分析设备包含WiFi接收器、声发射信号采集卡信号采集处理***和显示***；其中，
所述声发射源，用于向待检测风力发电机叶片发射弹性波；
所述声发射传感器，用于检测所述弹性波所引起的待检测风力发电机叶片的机械振动，并且产生表示所述机械振动的电信号，而且将所述电信号传递给所述信号调理电路；
所述信号调理电路，用于对所述电信号进行数字信号处理，并且将经数字信号处理之后的电信号传递给所述数字编码电路；
所述数字编码电路，用于对经数字信号处理之后的电信号进行编码以得到编码数据，并且将所述编码数据传递给所述WiFi发射器；
所述WiFi发射器，用于通过WiFi连接将所述编码数据传递给所述数据分析装置的所述WiFi接收器；
所述WiFi接收器，用于接收所述编码数据并将所述编码数据传递给所述声发射信号采集卡信号采集处理***；
所述声发射信号采集卡信号采集处理***，用于从所述编码数据中提取出表示所述弹性波所引起的检测待检测风力发电机叶片的机械振动的信息；
所述显示***用于显示所述信息。
本发明的叶片检测装置，可以有效地检测风力发电机叶片由于老化所出现的裂纹、自然开裂、表面磨损、沙眼等运行状况；可以实时监测叶片的运行状况，为叶片的运行维护提供现场技术指导。
进一步，所述在线检测装置包括：状态检测装置，其包含：
检测模块，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；
控制模块，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；
输出模块，用于根据所述控制装置的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。
采用上述状态检测装置，由于标准是随着风力发电机组所处的不同阶段的磨损情况不断变化的，故能够准确反映该阶段风力发电机组正常工作状态，而控制装置能够根据风力发电机组所处的生命周期的不同阶段选择不同的标准，从而，进一步提高了状态监测的精确性，提高了控制质量，这样，工作人员就可以根据输出模块的输出量了解风力发电机组的工作状态，及时地对风力发电机组的故障装置进行维修，以免风力发电机组的工作状态进一步恶化，从而延长了风力发电机组的工作寿命。
进一步，所述状态检测装置，还包含：转速检测模块和调节模块；
所述转速检测模块，用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速；所述控制模块根据所述转速检测模块获得的转速信号和预定的策略，得到所述风力发电机组的发电机的输入轴的实际转速；还将实际转速与所述预存的标准中的参考转速进行对比，并判断所述发电机的输入轴转速状态；
所述调节模块，根据所述控制模块的判断结果调节所述发电机的输入轴的转速，使所述发电机的输入轴在预定的时间长度内以所述参考转速稳定运行。
采用上述转速检测模块和调节模块，受标准的影响，控制装置需要得到发电机的输入轴在预定转速值下恒定运行预定时间长度的检测信号，才能做出比较判断，转速检测装置对发电机输入轴转速的检测以及调节装置对发电机的输入轴的转速的调节，使发电机输入轴以预定的转速在预定的时间长度内稳定运行，为检测装置在风力发电机组处于各阶段的顺利监测提供了保证，提高了检测的准确性以及监测结果的可靠度。
进一步，所述在线检测装置包括：过温检测装置，其包含：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于将采样电流信号进行放大的放大电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元；
所述中央处理单元分别与电压采样电路、放大电路及转速检测电路连接，所述电压采样电路、电流采样电路分别与整流电路连接，所述放大电路与电流采样电路连接，所述整流电路与风力发电机的三相交流输出端连接，所述中央处理单元还与风力发电机保护装置连接。所述中央处理单元采用DSPIC33FJ16GS402芯片。
上述模块的工作原理为：工作时，所述整流电路将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号，电压采样电路采样整流电路输出端的电压，并输入至中央处理单元。所述电压采样电路及电流采样电路的采样频率均1Hz。所述转速检测电路将风力发电机T相信号转化为方波信号并传输至中央处理单元。所述中央处理单元将最近采样的N组电压及电流计算风力发电机的实际功率，即将上述N组电流及电压分别计算瞬时功率，并对上述瞬时功率求平均得到实际功率，根据转速检测电路输入的方波信号，计算风力发电机当前的转速，并根据风力发电机当前的转速确定风力发电机的额定功率，将额定功率减去实际功率最终得到风力发电机的发热功率，计算风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值，判断风力发电机的发热功率与风力发电机的额定功率的比值是否大于20％，若是则风力发电机处于过温状态，产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置，启动风力发电机保护装置，进行过温保护，否则丢弃上述N组采样的电压及电流中最先采样的一组电压及电流，并继续检测风力发电机是否过温。
通过采样风力发电机的输出电压及输出电流，检测风力发电机的转速，并根据风力发电机的输出电压和输出电流计算风力发电机的实际功率，根据风力发电机的转速确定风力发电机的额定功率，根据额定功率和实际功率确定判定风力发电机是否过温，若是启动风力发电机保护装置，省略温度传感器的在风里发电机内的安装及***的连接线，实现简单、成本低。
进一步，所述离线检测装置包括：内窥镜检测模块，用于通过检测通道进入所述风力发电机组的内部，检测所述风力发电机组的内部缺陷。内窥镜检测属于无损检测中的目视检查，是人眼视觉的延伸。在不破坏被检物体的情况下，通过检测通道进入被检测物体的内部，检查具体缺陷，辅助检查人员做定性分析。
进一步，所述离线检测装置包括：雷击检测模块，用于检测所述风力发电机组是否遭受雷击。风力发电机组均位于野外，为了得到较好的风能资源，周围没有较大的建筑物，是比较容易遭到雷击的对象，在风力发电机组设计过程中尽管非常重视防雷设计，还是会因为各种原因造成防雷的失效，因雷击而造成损失。雷击检测例如可以包括接地装置检测、防雷击装置检测以及风力发电机组内部等电位连接检测等。
进一步，所述离线检测装置包括：结构件探伤检测模块，用于检测所述风力发电机组的结构件的损伤。风力发电机组是由结构件组装到一起的，包括铸件、焊接件，是组成机组的主体，当结构件出现裂纹等内部损伤时，会给机组本身和工作人员安全带来威胁，例如塔架断裂，轮毂解体等。可以利用超声波、磁轭法等无损探伤技术对关键结构件进行检测。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种风力发电机的异常检测***，其特征在于，包括：在线检测装置、离线检测装置以及服务器，所述在线检测装置、离线检测装置分别与所述服务器连接，所述服务器包括：处理器电路、第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路，所述第一总线接口电路、第二总线接口电路、USB电路、电源开关控制电路分别连接所述处理器电路，所述第一总线接口电路连接所述在线检测装置，所述第二总线接口电路连接所述离线检测装置；其中，
所述在线检测装置，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，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。
2.如权利要求1所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述在线检测装置包括：叶片检测装置，其包括：声发射检测设备以及数据分析设备；所述声发射检测设备置包含：声发射源、声发射传感器、信号调理电路、数字编码电路和WiFi发射器；所述数据分析设备包含WiFi接收器、声发射信号采集卡信号采集处理***和显示***；其中，所述声发射源用于向待检测风力发电机叶片发射弹性波；所述声发射传感器用于检测所述弹性波所引起的待检测风力发电机叶片的机械振动，并且产生表示所述机械振动的电信号，而且将所述电信号传递给所述信号调理电路；所述信号调理电路用于对所述电信号进行数字信号处理。
3.如权利要求2所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述在线检测装置包括：状态检测装置，其包含：
检测模块，用于检测所述风力发电机组的振动，得到检测信号；
控制模块，用于确定所述风力发电机组所处的生命周期的阶段，选择预存的标准，并与所述检测信号进行比较，判断所述风力发电机组的状态；
输出模块，用于根据所述控制装置的判断结果，输出所述风力发电机组的状态信号。
4.如权利要求3所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述状态检测装置，还包含：转速检测模块和调节模块；
所述转速检测模块，用于检测所述风力发电机组的传动链的实际转速；所述控制模块根据所述转速检测模块获得的转速信号和预定的策略，得到所述风力发电机组的发电机的输入轴的实际转速；还将实际转速与所述预存的标准中的参考转速进行对比，并判断所述发电机的输入轴转速状态；
所述调节模块，根据所述控制模块的判断结果调节所述发电机的输入轴的转速，使所述发电机的输入轴在预定的时间长度内以所述参考转速稳定运行。
5.如权利要求1所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述在线检测装置包括：过温检测装置，其包含：
用于将风力发电机的三相交流电信号整流为直流电信号供给负载的整流电路；
用于采样整流电路输出端的电压的电压采样电路；
用于采样整流电路输出端的电流的电流采样电路；
用于检测风力发电机转速的转速检测电路；
根据采样电压、采样电流及风力发电机的转速产生启动风力发电机保护装置指令，并发送到风力发电机保护装置的中央处理单元。
6.如权利要求1所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述离线检测装置包括：内窥镜检测模块，用于通过检测通道进入所述风力发电机组的内部，检测所述风力发电机组的内部缺陷。
7.如权利要求1所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述离线检测装置包括：雷击检测模块，用于检测所述风力发电机组是否遭受雷击。
8.如权利要求1所述的风力发电机的异常检测***，其特征在于，所述离线检测装置包括：结构件探伤检测模块，用于检测所述风力发电机组的结构件的损伤。
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