FDCMS -Ⅰ风电状态监测系统(CMS)实现原理及应用

时间:2024-04-15 09:32:22

产品概要:

随着风能技术的快速发展和日趋完善,风力发电机组的可靠性越来越高,单机容量的不断增大,装机量也逐年增加。据彭博新能源财经针对中国风电运行和维护市场的研究报告显示,在2015年至2022年间,中国风场运维费用总计将高达160亿美。为降低运维成本,实现风力发电行业长期稳定安全健康发展,风电机组运行过程中的全生命周期监测就显得非常重要了。

目前国内外相关故障诊断系统正在向诊断内容全面化、实用化方向发展。因此,发电设备运行状态监测、故障诊断与服务支持未来的发展方向将是基于模块的集中化系统,充分利用各种技术资源来实现的大型发电设备全生命周期监测与现代服务支持的综合系统。

FDCMS -Ⅰ风电状态监测系统是针对风电机组的结构复杂、工作环境比较恶劣、各种干扰很大以及涉及问题较多,而建立风电机组数据采集与数据管理系统和基于大数据分析的多方面监测诊断系统,实现对发电机组运行状态进行全方位的全生命周期监测、分析和服务支持。

产品介绍:

1,技术特点

高精度数据采集器

高精度现场采集器,具有可靠性高、采样精确、结构环境适应能力强的特点,可以最大限度地贴近现场进行实时采样,为后台分析提供可靠数据,

大数据分析、智能预警值优化技术

通过对现场大量数据进行智能分析和经验总结,对报警阈值进行不断更新和优化,使其不断减少误报率,为故障程度判断提供更精准的数据依据。

与集控平台无缝对接与集成

可与我司集控系统平台进行无缝对接和集成,可实现即时预警与控制,集中管理,统一调度,为运维管理提供依据。

独有的转速提取技术

通过高精度的数据采集器可对变转速状态下的风机高速轴的转速进行提取,大大提高数据分析的准确性。

2,产品优势

一平台多系统化集成

本产品基于风电机组全生命周期监测诊断平台设计,将传动链故障诊断系统、塔筒监测诊断系统、叶片载荷监测系统、油液监测系统等多系统进行集成,用户可根据需求进行功能筛选。

强大的科研团队与技术支持

具有成都阜特大数据分析中心,与电子科技大学建立长期的故障诊断研究合作关系,为客户提供权威精准的故障诊断分析报告。

特有的故障诊断仿真联合实验室与电子科大联合成立省级风电状态监测仿真联合实验室,对风机关键大部件的故障状态进行预测,使产品更具实用性,针对性和适应性。

 

3,总体布局

      

 

利用振动传感器及采集单元、现场分析单元对风机运行系统进行采样,结合风机运行参数(高速轴转速、电功率及测量风速)对风机各个运行部件进行监测。通过环网将1--N个风场的全部数据在现场服务器上进行整合后台数据预处理和智能判断,并通过以太网与远程数据分析中心进行数据同步。

 

4,传动链振动状态监测系统

风电机组传动链监测诊断系统,主要对风力发电机组的主轴及轴承、齿轮箱、发电机和联轴器等关键部件的振动情况,并依据采集到的振动信号判断设备的故障情况。风电机组传动链监测诊断系统的技术框架示意图如图所示。

 

 

 风电机组传动链监测诊断系统技术框架

风电机组传动链的振动监测与故障诊断过程中,监测到的振动信号多包含强烈的背景噪声,特别是故障初期,故障成分不明显,常常会淹没在背景噪声之中。针对这种情况,该系统采用振动信号的预处理方法,达到对振动信号进行消噪的目的。采用时域信号的参数指标对故障信号进行监测,同时采用时域波形来反应故障信号中的冲击成分。采用频谱分析,包括全景谱、解调谱和细化谱来反应故障频域信号的特点,达到故障定位识别的目的。

4.1,传动链振动状态监测系统采集点位

 

 

风机的结构及转动部件的8个关键点位分别实施振动检测,其测量结果符合我国最新的发布的风电行业技术要求,图中是以1.5MW机型为例,其他机型大致分布情况类似,根据实际情况进行采集点的选择。单个采集器预留4个采集点位,便于根据客户需求进行采集点位的增加。亦可多个采集器并联使用,使监测测点不受采集器的限制。

 

4.2,传动链振动状态监测系统传感器单元(FSU

 

 

在各测点采用高性能振动加速度传感器,具有测量范围宽、灵敏度高、抗干扰能力强等优点,

低频传感器:(灵敏度:500mv/g,量程:10g, 频率范围:0.1-10000Hz)

高频传感器(灵敏度:100mv/g,量程:50g,频率范围:0.5-10000Hz)

环境参数(温度:-50——120℃,最大相对湿度:95%)

安装方式

螺钉安装(M6螺柱,目前有的风机高速轴及发电机前后留有M6的螺孔)

磁吸安装(强磁的吸附力>=18公斤

粘接

 

4.3,传动链振动状态监测系统现场采集单元(FCU)

高精度现场采集器,具有可靠性高、采样精确、结构环境适应能力强,体积小的特点,可以最大限度地贴近现场进行实时采样,为后台分析提供可靠数据,单采集器具有采集通道数12路,可通过工业交换机进行并行扩展,采用频率20KHZ,可精确采集高速轴转速,为后台分析提供参数支持。

 

 

4.4,传动链振动状态监测系统现场分析单元(FAS)

高稳定性和高配置的现场分析单元具有数据存储、数据预处理、断点续传等功能,支持离线存储,在线传输等优点。 

 

4.5,风场分析单元(PAS

风场分析单元是故障诊断专家系统,具有账户管理,分析诊断,故障报警,故障查询与统计等功能,可以协助振动分析师实时监测齿轮箱、主轴、发电机等部件的振动频谱,定期对上述部件的状态进行监测、记录、分析,及时发现隐患,找出导致振动故障出现的原因,并采取相应措施加以解决。

主界面

 

 

风机主界面

 

 

 

 

 

 

时域波形图

频谱图

包络解调谱

趋势分析图

 

 

 

5塔筒振动状态监测系统

 

 

 

塔筒监测诊断系统结构图及监测传感器

风电机组塔筒振动状态监测系统通过传感器采集机舱水平和垂直方向的振动信号,并对原始数据进行处理和轴心轨迹分析,提取反应塔筒的振动量,并保存到本地数据库中。系统可以实时动态的显示当前塔筒振动形态,做出相应的预警,也能打印曲线报表。系统能够根据已采集的历史数据使用预测算法,对塔筒的倾斜沉降变化趋势进行预测,判断塔筒的实时状态。

 

 

6,叶片光纤载荷监测系统 

 

 

风电机组叶片所受的风载荷不均衡且运行环境极度恶劣,风电机组的损伤和故障时有发生,因此对机组叶片进行实时载荷监测很有必要。叶片监测诊断系统根据叶片的实际载荷监测结果采取相应的补救措施能够及时有效地降低风电机组叶片的运行风险、减小疲劳损伤、提高风电机组的可靠性同时延长风电叶片寿命。系统框如图所示。

                    

 

 

叶片监测诊断系统

7,油液监测系统

 

 

油液监测系统结构图

风电机组油液监测系统通过监测风机的润滑油的成分变化来预警风机是否发生异常。监测数据不仅包括油液常规指标(粘度、水含量、密度、介电常数以及温度),还包括磨损产生的铁磁性与非铁磁性金属颗粒的大小和数量。所监测的数据能够反映在用油品的状态、准确的换油期等,还能判断风机常用润滑剂设备内部磨损程度、磨损部位,进而实现对常用润滑剂设备运行状态实时监测

 

应用案例:

 

山东省荣成市大唐八河风电场现场部署

 

甘肃省白银市捡财塘风电场现场部署

。。。

 

以上仅列举部分应用风场案例。在产品应用过程中,FDCMS -Ⅰ风电状态监测系统得到客户的高度的评价和高分的满意度。