明阳风电风机监测技术方案.docx

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明阳风电风机监测技术方案

明阳风电

风力发电机机组振动监测分析系统

技

术

方

案

一：

公司介绍

二：

方案介绍

2.1方案特点介绍

EN3600风力发电机组振动监测分析诊断系统采用“集散式拓扑结构”。

“集”是指所有的分析功能都通过设立在风场升压站的数据服务器系统的的分析监控软件来实现，“散”是指数据采集通过安装于每台风机机舱的数据采集装置实现数据的采集。

•振动监测设备操作简单，出现断网等异常情况无需维护人员上机场维护可自动重连

•在控制中心配置大容量的集中存储磁盘柜和存储服务器，可选择存储振动原始数据，历史数据至少可以保存1年。

存储的数据便于提取回放。

•系统具备全网范围内的轮巡功能，且轮巡的对象、间隔时间可设置。

•监测系统在增加风机或其他监控设备时可以扩展。

•不在控制室内的所有设备为低温型，工作温度为-40℃—60℃。

•安装于机场的数据采集设备具有防尘，防油污的密封结构，大大地提高的了系统的电子抗干扰能力和防护能力。

•数据采集最高频率高达100K,并且能够实现最低不低于十分钟的连续振动数据。

这样，即能实现超高频得振动分析以分析齿轮箱得齿轮啮合频率以分析齿轮啮合等故障和滚珠轴承得分析。

同时能实现以实现超低频分析，以分析风力影响，塔筒晃动等功能分析。

•系统具有良好的可扩展性，如果需要能够将键相，塔架振动，油温等信号接入以实现更高级的分析。

•控制中心分析系统应该具有高级分析功能，具有多域变换分析，智能故障诊断功能，风电机组故障知识库，风电机组故障案例库，远程诊断等功能。

•系统诊断功能具有良好的开放性，数据可以在授权的条件下将原始振动数据提供给处于不同城市，不同单位的的行业内专家以协助诊断分析。

2.2方案整体介绍

•风力发电机组振动监测分析系统系统共有三级构成

•第一级为机舱采集设备（包括ICP加速度传感器，数据采集器，光电转换器，环网交换机等）

•第二级为放置于升压站中控室内的数据服务器，分析程序安装于此服务器内，现场工程技术人员可以从这个服务器的终端获取本风场的机组运行状态。

•第三级为设立在集团的数据中心，可以将集团所有的数据都传送到数据中心，行业专家，专业技术人员可以实现更高层次的分析诊断和管理

其网络拓扑图如下图所示

2.2.1塔筒设备介绍

数据采集箱

数据采集箱EN3600是我公司近二十年来在振动行业内的经验的结晶。

集成了我公司多年的行业经验以及电子技术发展的最新成果研发而成。

具有高精度高可靠性等特点，其参数如下图所示。

名称

内容

技术指标

就地数据采集系统

输入信号

7路ICP加速度传感器信号输入：

频率范围：

0.1Hz－10000Hz；

1路缓变量信号输入：

提供油温和压力等信号。

1路键相信号

测量范围

振动：

±10g；

电流：

4-20mA

测试误差

振动≤0.01g，其它<0.1％

采样数据长度

16K

频率分析范围

0.01Hz－10000Hz

最高A/D采集速度

>60KHz/通道

通讯

以太网络

工作温度

-40-~60℃

功耗

100W

现场状态监测系统

监测显示方式

监视图、趋势曲线、棒图、数字、波形和特征参数、频谱和特征参数等，监测画面可组态

数据存储

可自动存储有关数据，形成历史数据库（分别设有时、天、周、月、年数据库）、变转速数据库、黑匣子数据库、特征数据库等，数据压缩方式符合振动数据的特殊需要，数据库刷新周期≤1s

通讯

支持RS485（Modbus或其它规约）、OPC和以太网方式，可以与厂内DCS系统进行通讯，网络平均负荷率≤25％

信号分析

时域分析：

波形及其特征参数

频域分析：

频谱及其特征参数、细化谱、倒频谱、瀑布图、

滤波分析、包络分析、共振解调分析

趋势分析和相关趋势分析等

故障诊断

建立适用于齿轮和轴承故障诊断的开放的知识库，能够自动诊断轴承和齿轮故障

远程数据分析和诊断中心

远程数据刷新

通过Internet接入，动态数据刷新时间≤3s

远程分析

通过TCP/UDP/HTTP等多种方式实现现场信号分析功能

远程诊断

利用WEB进行远程监测诊断，定期形成设备状态的报告

专家会诊

对出现异常的设备，组织有关专家通过视频会议进行诊断

加速度传感器：

EN060压电加速度传感器，是一种内置IEPE电路、结构先进的机电一体化的压电振动测量传感器。

敏感原理系利用无源压电晶体的正压电效应，敏感结构采用先进的剪切结构，通过IEPE将压电晶体的输出电荷转换为与振动量成正比的低阻电压信号。

可直接匹配仪表显示读数、记录、数据采集器进行采集分析，经合适的仪表或软件可扩展测量速度、位移等参数。

由于传感器中的敏感元件采用P5压电陶瓷晶体，该晶体为功能陶瓷晶体,属于脆性非金属材料，无明显的机械屈服极限和塑性变形，在允许使用的应力范围内，属于无疲劳材料，其本体金属材料——不锈钢亦具有较高的机械强度，加之压电结构本身无活动部件，故使用寿命极长。

该传感器为中心单敏感测量的加速度传感器，可测量直立方向的振动，也可水平安装检测水平方向的振动，如果需检测有角度的振动，则应将传感器借助工装沿着振动方向感受即可测量。

由于该产品体积小、刚度大、频响宽，电压灵敏度高、寿命长、低阻抗（＜100Ω＝信号传输、密封性好、安装可靠、接线使用方便，敏感无源等一系列优点。

在风电振动监测分析行业有着非常广泛的应用。

其技术指标如下图所示

轴位移传感器

轴位移测量采用我公司生产的EN010系列电涡流传感器

●供电电源UT：

-20～-26VDC。

●信号输出：

-2～-18V

●工作温度范围：

-55～80℃

●静态功耗：

≤7mA

三：

测点布置

依据风力发电涡轮机振动标准VDI3884-2009中对振动测点的相关要求，结合明阳风电传动系统的结构特点具体测点如下：

明阳风电的传动系统采用了经典的“一字型”布置，齿轮箱固定在大轴上，齿轮箱与发电机采用柔性连接。

轮毂轴承设立“加速度振动传感器测点”加速度传感器的特性可以兼顾低频和高频振动范围，能够同时实现低频分析和滚珠轴承的故障分析，点数2。

明阳风电齿轮箱采用的是“两行星一平行”的增速结构，低速输入轴端设立“加速度传感器测点”，能够同时实现低频分析和滚珠轴承的故障分析。

齿轮箱行星轮外缘设立“加速度传感器测点”，通过分析齿轮啮合所产生的振动冲击信号来分析行星齿轮工作状态。

高速轴输出端设立一个“加速度传感器测点”来分析第二级行星增速齿轮以及平行增速齿轮的的工作状态，点数3

发电机设立一个“加速度振动测点”来分析发电机自身工作状态以及电刷，滑环等异常分析。

点数1

风力涡轮机传动大轴轴向位移监测采用“电涡流传感器系统”监测大轴的轴向位移。

四：

软件功能描述

设立在风场升压站的数据服务器具有强大的功能，其功能描述如下

•现场状态监测系统

•监测显示方式

•监视图、趋势曲线、棒图、数字、波形和特征参数、频谱和特征参数等，监测画面可组态

•数据存储

•可自动存储有关数据，形成历史数据库（分别设有时、天、周、月、年数据库）、变转速数据库、黑匣子数据库、特征数据库等，数据压缩方式符合振动数据的特殊需要，数据库刷新周期≤1s

•通讯

•支持RS485（Modbus或其它规约）、OPC和以太网方式，可以与厂内DCS系统进行通讯，网络平均负荷率≤25％

•信号分析

•时域分析：

波形及其特征参数

•频域分析：

频谱及其特征参数、细化谱、倒频谱、瀑布图、

•滤波分析、包络分析、共振解调分析

•趋势分析和相关趋势分析等

•故障诊断

•建立适用于齿轮和轴承故障诊断的开放的知识库，能够自动诊断轴承和齿轮故障

•远程数据分析和诊断中心

•远程数据刷新

•通过Internet接入，动态数据刷新时间≤3s

•远程分析

•通过TCP/UDP/HTTP等多种方式实现现场信号分析功能

•远程诊断

•利用WEB进行远程监测诊断，定期形成设备状态的报告

•专家会诊

•对出现异常的设备，组织有关专家通过视频会议进行诊断

软件操作及界面简介如下：

风电分析系统之总揽图

点击对应位置的风机号码即可进入相应的检测界面

•频谱图：

频谱图反映了振动在不同频率点的分布，通过频谱图结合齿轮箱齿数情况可以分析是那个位置的齿轮出现异常工况

高级分析功能之瀑布图

高级分析功能之能量谱图

高级分析功能之级联图

故障特征趋势分析

通过故障特征趋势分析，在专家数据库的支持下可以预测故障发展周期，预测严重故障的发生时间

系统能够实现的功能

本系统具有极强的自学习性和扩展性，能实现常规的监测分析，以及异常值报警之外，同时具有精确的故障诊断功能。

目前能够实现的诊断功能如下。

设置功能

设置每台风机每个信号通道的数据长度，采集速率。

巡回检测时间。

根据VDI3884或者其他标准以及厂家参数设置各类报警阈值

设置网络相关参数

监测功能

以监视图、棒表、数据表格、曲线等方式实时动态显示所监测的数据和状态；

可选择显示所有机组的测量信号变化趋势、波形、棒图、频谱图、三维谱图等；

故障报警显示功能，可以设置多种阈值参数。

分析功能

有时域振动波形、时域特征值提取（峰峰值、有效值、方差、峰值因数、峭度指标等）；

各振动通道的关联性分析，过程量的模态分析；

信号概率分布和密度函数；

振动信号频谱和功率谱分析、沃尔什谱、相位谱、瀑布图、细化谱、倒频谱、包络分析、共振解调分析、趋势和相关趋势分析等

诊断功能

●风机叶片不平衡

●不对中

●齿轮缺陷和破损（可以精确到具体齿轮）

●发电机定子和转子故障

●共振问题

●电机联轴器的时变刚度问题

●电机联轴器以及转子偏心故障

●双馈电机电刷，滑环故障

●齿轮箱高速轴轴向位移故障

编撰人：

北京英华达电力电子工程科技有限公司

技术工程部经理：

吴仕明