风电机组振动在线监测系统

殷亮 葛鎣 张梦楠 陈德彬

摘要：

风电机组振动在线监测系统对于风力发电设备的正常运行具有重要意义。本文旨在探讨风电机组振动在线监测系统的设计及其应用，通过对其原理、构成、性能进行深入分析，旨在提高风电机组的运行效率和安全性。

关键词：风电机组；在线监测

引言

随着可再生能源在全球范围内的持续发展，风力发电作为一种清洁、高效的能源形式，其重要性日益凸显。然而，风力发电机组在运行过程中，由于风速的波动、机械部件的运动等多种因素，可能导致机组产生振动，进而引发设备损坏，影响电力生产。因此，针对风电机组振动进行实时监测具有重要意义。本文将重点介绍一种风电机组振动在线监测系统的设计及其应用情况。

关键词：风力发电机组；在线振动检测；振动；

1.系统原理及相关组成部分

风电机组振动在线监测系统包括振动传感器、仪表以及运行于仪表上的分析软件。将振动传感器设置在弹性支撑的关键部位，通过电缆传输振动量至监测仪表，由仪表软件部分——“振动监测故障诊断系统”进行分析确定振动量级别，最后根据振动级别判断是否发生故障。最终完成风机传动轴对中状况监测；弹性支撑老化情况监测；发电机轴承监测。

风电机组振动在线监测系统通过安装在工作机组上的振动传感器实时监测机组的振动情况。传感器将采集到的振动信号传递给监测系统，系统通过对信号的处理和分析，判断机组当前的运行状态，以便在出现故障时及时发现并采取相应的措施。

1.1系统的总体设计

系统应包括数据采集、数据处理和数据分析三个核心部分。数据采集部分负责振动信号的采集，数据处理部分负责信号的处理，如去噪、滤波等，数据分析部分负责对数据进行深入分析，提取机组振动特征。应根据机组类型和监测需求选择合适的振动传感器，如加速度传感器、速度传感器等，同时应考虑传感器的安装位置和安装方式。此外，还需要选择合适的信号采集器和数据存储设备。软件系统既要接受硬件的数据，实时显示波形数据、测量结果，又要发送命令对硬件系统的采集方式、放大倍数等参数进行控制。此外，软件系统还需要具备数据存储和数据分析功能，以便对机组振动情况进行长期监测和趋势分析。

为了方便远程管理和监控，系统应具备远程监控功能，可以通过互联网或移动网络将机组运行状态和振动数据传输到远程监控中心，以便对机组进行实时监测和故障预警。系统应考虑安全性，包括对传感器的保护、数据加密、访问控制等措施，以确保系统的稳定性和安全性。系统应设计成易于维护和升级，以便在设备出现故障时快速修复，同时也可以根据需要进行功能扩展和升级。

1.2传感器信号采集和传输部分

在风电机组的关键部位（如发电机前后轴承座表面、传动链等位置）安装振动传感器，使其能够检测到机组的振动情况。振动传感器将检测到的振动信号转化为电信号，并将电信号传输到位于机舱中的数据采集柜。数据采集柜对传感器检测到的电信号进行调理，包括隔离、放大、补偿和变换等处理，以适应数据采集和传输的要求。数据采集柜将调理后的电信号进行A/D转化为数字信号，并将数字信号通过风电场光纤环网送至后端处理层。后端处理层对接收到的数字信号进行处理和分析，提取机组振动特征，同时将数字信号通过互联网络发送至远程监控中心，实现风电机组振动数据的远程分析、诊断。需要注意的是，在信号采集和传输过程中，应采取措施确保信号的稳定性和可靠性，避免信号受到干扰或丢失。此外，应根据实际情况选择合适的传输方式和传输协议，以保证信号传输的效率和安全性。

2. 监测指标与报警处理

2.1监测指标

风电机组振动在线监测系统主要监测的指标包括振动烈度、速度、位移、加速度和温度等，这些指标可以从不同角度反映风电机组的振动状态。

振动烈度是指机组在单位时间内振动的幅度，即振动能量。它是衡量机组振动状态的重要指标之一，通常被用来评估机组的整体振动水平。振动速度是指机组振动的快慢程度，即单位时间内振动的距离。它是衡量机组振动状态的另一个重要指标，常被用来评估机组的动态特性。振动位移是指机组振动时相对于原始位置的移动距离。它是衡量机组振动状态的另一个重要指标，常被用来评估机组的机械性能。加速度和温度也可以作为参考指标，但它们在风电机组振动在线监测系统中可能不是主要监测对象。例如，加速度可以反映机组振动时的冲击力和运动特性，而温度可以反映机组的工作状态和冷却系统的状态。

2.2报警处理

监测系统实时监测风电机组的振动情况，一旦发现异常情况，系统会立即启动报警程序。

系统将根据不同的报警等级，通过声光电等方式提示用户，同时将报警信息发送到相关人员的手机或电脑上。相关人员收到报警信息后，应立即对异常情况进行初步分析，并采取相应的措施。例如，如果异常情况是机组轴承故障，应立即停机检查并更换轴承。如果报警信息无法通过声光电等方式提示用户，相关人员应定期检查系统监控界面，查看是否有未处理的报警信息。如果报警信息一直存在，需要对报警信息进行深入分析，找出故障原因并采取相应的措施。例如，如果报警信息是机组振动烈度过高，需要对机组进行全面检查，并采取相应的措施降低机组振动烈度。报警处理完成后，需要对报警信息进行记录和归档，以便日后对报警情况进行统计和分析。同时，需要对报警处理过程进行总结和评估，以便提高报警处理的质量和效率。

报警处理是风电机组振动在线监测系统中非常重要的一环，需要相关人员高度重视。同时，为了提高报警处理的准确性和可靠性，需要对报警处理程序进行培训和演练，并对报警处理人员进行考核和评估。

3. 国产风电机组振动在线监测系统的优势

3.1技术先进

国内风电机组振动监测技术已经达到国际先进水平，能够实现对机组振动状态的实时监测、数据分析和故障诊断。同时，国内厂商也在不断研发和创新，推出了一系列具有自主知识产权的监测技术和产品。

3.2适用性强

国产风电机组振动在线监测系统能够适应各种类型和规格的风电机组，包括双馈式、直驱式、半直驱式等。同时，还能够适应不同的地理环境和气候条件，确保系统的稳定性和可靠性。

3.3成本较低

相对于进口产品，国产风电机组振动在线监测系统的成本较低，能够降低风电场的投资成本和维护成本。同时，国内的技术支持和售后服务也更加便捷和高效。

符合国家发展方向：国产风电机组振动在线监测系统符合国家能源发展战略和产业政策，能够得到政府和相关部门的支持和推广。同时，国内厂商也在积极推动技术创新和产业升级，推动风电产业的发展和进步。

结论

风电机组振动在线监测系统在稳定性、误报率和实时性方面具有一定的优势，能够有效地监测风电机组的振动情况，及时发现异常。然而，该系统仍存在改进空间，例如通过优化算法和引入更先进的技术，可以进一步提高系统的性能。此外，该系统的应用前景广阔。随着风电行业的快速发展，风电机组振动在线监测系统的需求将持续增长。该系统的应用不仅可以提高风电机组的运行效率，还能有效降低设备的损坏概率，节省维护成本。然而，也需要考虑到潜在的问题，例如数据安全和隐私保护等。因此，在推广应用过程中，需要充分考虑这些因素并采取相应的措施。

参考文献

[1]关立山;.世界风力发电现状及展望[J].全球科技经济瞭望,2004(07).

[2]陈云花.基于振动测试的大型风力发电机组运行状态监测研究[D].内蒙古科技大,2009(07).

[3]任玉亭;.振动监测技术在风力发电机组的应用[J].内蒙古电力技术,2010(02).

[4]刘忠明;段守敏;王长路;.风力发电齿轮箱设计制造技术的发展与展望[J].机械传动,2006(06).

受华能集团总部科技项目‘HNKJ22-HF82发电机弹性支撑振幅监测系统的科研成果及应用工程’资助: