风机+光纤,让风电运维更高效
发布时间:2020-01-19

风电机组是集电气、机械、空气动力学等各学科于一体的大型设备,结构复杂、负荷变化频繁、运行环境恶劣,长期与高温、高寒、风沙、潮湿、盐雾等环境相伴。因此,风电设备运维是一项系统而复杂的工程。

我国风电起步较晚,同时工业制造水平也落后于世界发达水平,相比较于欧美风电技术发达、风电设备运维成熟的国家,我国风电设备的运维还存在一定的差距,缺乏系统的、预见性的设备管理和运维体系。

 

 

 
 

 

No.1 运维策略后置

目前在我国风电主要的运维策略是定期检修和事后维修相结合的方式,即除了规定的检修外,只有等到设备出现故障了再进行处理,从设备运行管理角度来说,这是运维的初级阶段,将设备的维修工作主要集中于设备故障后。一方面是因为我国装备制造状态监测水平较低、分析和诊断能力不足,另一方面我国风电技术大多来源于引进,对核心技术的掌握不够,往往是知其然而不知其所以然。此外我国风电行业对运维投入不够也是主要因素。

No.2 检测系统缺失

现有监测主要集中于电气设备,而对一些风电部件,特别是关系到风电设备寿命、运行隐患的关键部件却缺乏有效的、系统的监测,如主轴监测、齿轮箱监测、实时振动监测、噪音监测等。监测的缺乏或不到位,导致运行阶段对风电设备的状态了解不足,对潜在的故障隐患没有有效的监测手段,无法跟踪故障发展趋势,只能做预防维护和事后维护,而不能预先发现并提前解决故障隐患。此外,对现有监测数据的运用和分析不够。

No.3 分析方式落后

风电设备的状态分析是风险评估、可靠性分析、寿命管理、预知性维修等运维工作的前提。我国大多风电引进过程中只是引进了设备制造技术、控制系统等生产和运行相关的技术与设备,而对风电运行状态进行分析、评估相关的软件、工具和方法缺乏,同时分析方式、技能、经验也不能满足设备状态评估的要求。

No.4维护执行不到位

风电设备处于恶劣环境、高温、运动状态下,设备需要定期进行相应的维护。目前各大风电设备制造商都制定了设备维护方案,但运维计划的制定缺乏科学性,缺乏对设备寿命、风险、发电量的综合考量。同时受制于人、财、物等成本考虑,一些运维没有按照计划执行。此外,部分运维人员技术能力、责任心不够,也导致设备维护执行效果受到影响。

随着我国风电装机数量的不断增加,运行时间的增长,未来风电设备运维任务越来越重,要求也越来越高,需要构建现代化的风电运维管理体系。

提升风电设备的检测和监控能力、提高软件和数据的分析水平,进而积累数据分析和问题判别的经验、建立科学的运维管理体系,是一个重要的改进方向。

 

 

风电机组结构健康监测方案

 

 

风电机组光纤监测系统

 

叶片状态及叶根螺栓监测系统总图

 

风电机组光纤监测系统具有以下优点:

  • 系统设备数量少、集成度高、通讯接口少,可根据具体需求进行组合选配。

  • 高精度、高稳定性、高可靠性;

  • 本质安全,不受电磁干扰、抗腐蚀、抗污染、抗雷击能力强;

  • 准分布式测量,在一根光纤上可以串联或并联多个传感器,实现系统大规模组网;

  • 系统性价比高,使用寿命及周期长,后期维护量小

 

01 叶片载荷监测系统

叶片载荷监测系统能够准确监测风电机组叶片受力状况,可以对风电机组叶片载荷、疲劳损伤等参数进行监测,可利用数据进行精确的变桨及偏航控制,并能够将原始数据传输至智能运营平台。

载荷系统布置图

传感器安装位置图

叶片载荷监测系统包括:

  • 光纤解调仪

  • 载荷传感器

  • 光纤接线盒套件

  • 光纤跳线等器件

解调仪将采集到的应变和温度信号解调后,通过定制的通讯协议(RS485、Canopen、Profibus等)将数据传输至风机主控或专用数据采集器或将实时监测数据传送至集控室。

系统架构图

 

02 叶片振动监测系统

叶片振动监测能监测叶片的雷击损伤、表面剥离和裂纹等常见损伤,在风机运行状态下,实时对叶片振动进行监测,对叶片状态进行评估。

振动监测示意图

 

03 叶片温度监测系统

叶片温度监测系统由光纤解调仪、光纤温度传感器、分线盒总成、光纤连接跳线以及轮毂控制柜等组成。

温度传感器提前预埋入叶片内,温度传感器信号经光纤解调仪进行解算,将光信号转换为数字信号,将信号解码后准确传递给控制柜内的PLC控制模块,为叶片除冰系统提供温度数据,系统具有自检测与故障报警等功能。

叶片温度监测示意图

 

04 监测现场安装案例

 

多截面载荷及振动监测

 

 

 

叶根载荷监测

 

 

 

叶片振动监测

 

 

 

叶片测温监测

 

 

 

传感器及数采

 

 

01 应变/载荷传感器

叶片载荷传感器采用了独有的温度自补偿技术应变增敏技术,具有较高的测量分辨率和测量精度。传感器本身耐腐蚀性强、抗雷击能力、抗电磁干扰能力突出以及安装施工方便,为叶片载荷及疲劳损伤监测以及独立变桨控制技术提供载荷依据。

 

02 振动/倾角传感器

光纤MEMS加速度计采用微米/纳米加工技术将加速度检测质量块、弹性支撑体、光学反射微镜、光入射及出射波导直接集成在一个微小的芯片上,具有无源无电、抗电磁干扰、体积小、远距离光信号传输等诸多优点。MEMS加速度计灵敏度高,动态范围大、线性度好、低频从0Hz开始,具有平坦的频率特性响应、相位呈线性变化。

 

03 解调仪

EFT703系列光纤解调仪是专门针对风电开发用于叶片健康状态的监测解调仪。该款解调仪体积小、可靠性高、兼容性强、安装简便。

 

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