《基于状态监测系统振动时波形的信息理论定量器替代故障检测和诊断:在运行中的风力发电机上的应用》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-11-11
  • 风力涡轮机几乎不间断地运行,它们的运行经常受到恶劣的环境,以及复杂的动态负荷。傅里叶分析,一个标准的诊断技术,提出了一些限制使用非平稳,非周期,噪声数据,这正是情况与风力涡轮机的数据。由于这些限制,看不见的故障可能发展,并导致严重的,甚至是灾难性的,风力涡轮机故障。提出了用信息理论量化指标(熵、散度、统计复杂性测度)来评价风力机部件的健康状态。在本工作中,通过对信号进行时域、频域和时频域的分解,即通过频带和Pompe、功率谱和小波包分解来实现。用该方法表征了两组不同的实际运行风力发电机组数据。结果表明,该方法能较好地区分故障状态,但也存在一定的局限性,主要与运行风力机信号的复杂性有关。在此基础上,本文提出了一种与傅里叶分析相补充的新方法,用于风力机数据处理,以提高在如此复杂环境下的故障检测能力。

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    • 一 产品概述 1.1总体描述 风电机组全状态在线监测系统DBCMS-8000是一款基于对风电机组关键部件传动链、塔筒、叶片的数据采集、边缘计算、实时监测、数据分析、故障诊断的智能监测系统,实现对风电机组的故障预测与健康管理(PHM)——预先识别故障类型、故障程度和故障精确定位、预测失效,从而实现设备预测性运维和视情维修,让业主优化维修策略,减小意外停机和安全事故,助力客户实现的节能增效和安全生产的企业目标。 风电机组智能数据采集终端装置DBCMS-8000(以下简称采集装置)作为风电机组智能监测系统的核心部件,承担着信号感知、信号调理、边缘计算、数据传输等重要工作,是连接风电机组部件与中控可视化软件平台的桥梁。在设计生产中,充分考虑风电应用场景的特殊性,从工作环境温度、电磁兼容、信号频率、机械电气噪声干扰、关键部件监测点位置、线缆部署、安装方式和数据传输等方面都进行全方位的设计和测试,能够充分适应风电机组在线监测的应用。 “智能终端”——采集装置的设计,集成了高性能嵌入式处理运算芯片,能够实时计算信号特征参数,并根据自修正的报警门槛实时上报报警状态信息,并且能够根据现场环境噪声调整数据清洗滤波参数,实现有效的数据前端清洗,为后期故障诊断提供“干净”的有效数据。 1.2遵循标准 风电机组智能数据采集终端装置产品遵循如下表所示标准。 二 系统结构 2.1系统介绍 风电机组智能数据采集终端装置DBCMS-8000-IC01,作为风电机组全状态监测系统DBCMS-8000的核心部件,应用于风电机组,从信号感知到数据传输,结合可视化软件的预测和诊断,实现了系统的完整功能,系统总体架构如图1所示。 图1 风电机组系统应用总体架构图 2.2采集装置组成 风电机组全状态检测系统,由感知传感器、采集装置、分析监测软件和连接线缆等附件组成,如下表所示。 I采集装置:采集装置实现振动、角度、转速信号采集,并完成信号的降噪处理、模数转换、信号滤波、特征计算、报警判别、数据传输等功能。 II普频振动传感器:完成中高速旋转部件的振动信号能量转换。 III低频振动传感器:完低速旋转部件的振动信号能量转换。 IV转速传感器:转速传感器完成对发电机驱动端齿盘位移的监测,通过齿盘位移信号生成的方波信号计算当前发电机转速,用于辅助故障的数据分析。 V双轴振动传感器:完成对叶片及塔筒的振动信号能量转换。 VI双轴倾角传感器:完成对塔基及塔筒倾斜角度的转换。 VII数据分析可视化软件:数据分析可视化软件实现对风机关键部件测点状态的实时监测、实时报警、数据分析、故障诊断和业务数据可视化显示。 三 总体功能 I 采集装置能监测风电机组的主轴承、齿轮箱、发电机、叶片、塔筒等关键部件的运行状态,发现故障、精确定位故障部件,通过故障诊断系统软件基于轴承、齿轮等对象自动报警; II 故障诊断系统在接入功率、风速等信号时具有基于风机运行工况与故障危害程度的多物理量联合诊断与综合决策功能; III 具有高速轴系动态不对中、发电机转子轴动不平衡监测与分析功能; IV 系统内嵌有传动链滚动轴承、齿轮等故障特征数据库,数据库轴承、齿轮及报警门限等输入参数对用户公开并可进行编辑; V 系统应具有用户友好的人机界面,方便用户操作,可方便设定设备状态多级报警值,同时可以输出不同的统计信息,包括报警报告、测量信息报告、信号异常报告、机器诊断结果报告等。输出报表支持WORD格式; VI 系统应能提供数据的时域波形图、频谱图、阶次谱图、解调谱图、趋势图(多台趋势比对显示)、瀑布图、波特图、棒图、轴心位置图、关联图等,方便进行数据分析及故障诊断; VII 系统支持Windows自带远程工具或Web远程访问功能,能通过地面系统分析软件或浏览器远程浏览风电机组状态; VIII 多机位测量数据对比,分析风场载荷分布,分析风场规划合理性,数据分析可用于风场改造、控制优化; IX测量叶片实际状态,作为样机调试、控制优化、技术改造评估的依据,评估技改质量、效果和对叶片及机组的影响; X叶片剩余状态评估,规模监测可用于判断需要重点监测维护的叶片; XI结构健康状态监测,监测叶片结构健康状态,避免发生重大失效和非计划外维修。可辨识一定规模的气动不平衡、结冰、结构失效、气动性能衰减等劣化情况; XII实时分析塔筒晃动位移,塔筒刚度分析;通过塔筒倾角分布,可以分析塔筒变形、焊缝开裂和螺栓受力情况; XIII实时分析塔基基础不均匀沉降; XIV系统基于 B/S 架构,支持集中监控和远程访问,实时掌握各地叶片运行情况。 XV 系统诊断故障类型 图2 采集装置外观图示 四 自然环境 I 工作环境温度:-40 ℃~70 ℃; II 存储环境温度:-45℃~85 ℃; III 工作环境湿度:95%RH非冷凝; IV 大气压力:80kPa~110kPa
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    • 编译者:icad
    • 发布时间:2023-01-31
    • 摘 要 :传统船舶使用柴油发 电机 供电,船舶靠岸时,为了节省能源和减少环境污染,应由码头岸电供电。随着船舶大型化,电力系统容量变大,对码头岸电的供电容量要求也越来越高。绝缘在线监测对码头岸电的供电可靠性提供了有效支持。船舶停泊时对船舶电网绝缘状态进行在线监测也可以依靠岸电绝缘监测实现。绝缘监测及故障定位既可以避免一些事故的发生,也减少了码头工作人员和船员检查配电网络是否绝缘良好的工作量。 关键词 :码头岸电;绝缘监测;故障定位,绝缘监测系统 0 行业背景         码头岸电系统是建设绿色,智慧港口的重要组成部分。近20年来,我国码头岸电的应用和发展比较迅速,岸电系统的组成和配置方案比较灵活。相关国家标准和行业标准的实施,对码头岸电系统的发展奠定了良好的理论和实践基础。         随着船舶大型化,电力系统容量变大,对码头岸电的供电容量要求也越来越高,绝缘在线监测对码头岸电的供电可靠性提供了有效支持,船舶停泊时对船舶电网绝缘状态进行在线监测也可以依靠岸电绝缘监测实现。绝缘监测及故障定位既可以避免一些事故的发生,也减少了码头工作人员和船员检查配电网络是否绝缘良好的工作量。         典型的岸电系统主要分高压岸电系统和低压岸电系统2 种。 全球常用的的码头船舶岸电系统输出的电压和频率主要为6kV/50Hz和400V/50Hz。低压岸电的受电系统如下图所示。           其中,变电所为两路10kV进线,经过10/0.4kV变压器到低压系统,低压母线输出多路馈线,分别接入到多个岸电箱,当船舶靠岸时,接入岸电箱,停止柴油发电机组,由低压岸电供电。 1 系统分析         当岸电电网是TN-S系统]时,船体未接专用接地线且船舶电网未与岸电零线接通,船舶电网发生单相接地故障时,人站在岸上触及船体会有触电危险,零线上可能出现高电压,单相接地电流大。当船体接专用接地线且船舶电网接入岸电零线,船舶电网发生单相接地故障时,保护装置跳闸,保障了人身安全,但是供电连续性无法保证。         当岸电电网是IT系统时,船舶电网发生单相接地故障时,单相对地短路电流取决于船舶电网对地绝缘和对地分布电容大小,短路电流较小,人站在岸上触及船体不会有触电危险。一旦船舶电网或者岸电另一相再出现对地短路故障,将会导致两相短路,引起岸电保护装置动作,有可能造成危害。所以进行绝缘监测,及时发现单相接地故障时非常必要的。         为了保证人身安全,避免火灾事故,船舶金属船体应与岸电装置中接地装置连接。岸电宜采用中性点不接地系统供电,即IT系统供电。 2 产品介绍         绝缘监测及故障定位产品可以监测码头岸电系统中低压不接地系统。该产品功能丰富,包括绝缘电阻监测、绝缘故障预警、绝缘故障报警、事件记录、参数设置、通讯组网等,当系统出现绝缘降低或者接地故障时,能及时报警,以提醒相关人员及时排查故障。         AIM-T500L绝缘监测仪可以实时监测IT系统的对地绝缘电阻,电阻越限时启动故障预警或报警功能;具有继电器报警输出、LED报警输出等多种故障指示方式;具有事件记录功能,方便操作人员查看分析故障类型和发生时间,判断系统运行状况;具有自检功能,可一键实现仪表硬件电路的故障自检;具有断线监测功能,实时监测PE/KE功能接地线连线状况;具有一路RS485接口,标准Modbus- RTU 协议; 王金晶,女 , 现任职于安科瑞电气股份有限公司 ,QQ邮箱: 952838119@qq.com,WX:acrelmoon         ASG200测试信号发生器可以产生定位信号并注入不接地系统,指示故障所在相线,         AIL200-12绝缘故障定位仪可以定位并指示故障所在支路,单个AIL200-12多可定位12个回路,每个IT系统多可接90只定位仪,总计定位1080回路;         AKH-0.66 L-xx系列电流互感器与AIL200-12绝缘故障定位仪配合使用实现故障定位。该系列有多种不同规格,可以按照回路额定电流选择合适孔径,可以选择圆形或者矩形互感器。如果现场不具备断电施工的条件,也可以选择开口式AKH-0.66 L-xxKN系列电流互感器。 3 系统介绍         绝缘监测及故障定位系统是专门为了监测IT系统不接地场景应用开发,拥有独立的报警显示功能,同时提供曲线和报表查询功能,方便用户通过历史数据和实时数据进行预测和判断,主要界面如下: 系统首页包含地理位置显示,项目简介,安全运行天数等信息。 系统结构包含项目所有绝缘监测设备的拓扑关系,可以清晰显示现场所有设备连接关系和通讯状态。   系统接线可以显示现场配电回路和绝缘监测具体装设位置,同时具备参数和报警看板,可以直观查看现场具体的配电情况。   曲线报表可以直观显示当天绝缘阻值的变化,可以查看一年时间内的日报表,月报表及年报表,同时可以选择时间进行查询。 4 技术指标 AIM-T500L绝缘监测仪的技术指标如下 5 结语         码头岸电的供电系统具有一定的特殊性,对电网要求较高。接岸电时,一方面要采用安全可靠的接地型式的电网供电,另一方面对船舶电网绝缘在线监测问题不能忽视,应注重岸电及船舶的绝缘在线监测。绝缘监测仪的使用,为岸电和船舶的安全可靠运行提供有力的支持。 参考文献 [1] 刘纯, 唐苇苇, 姚建新. 国内外码头岸电系统技术应用及发展综述[J]. 水运工程, 2020(5):5.  [2] GB 50054-2011 低压配电设计规范 [3] GB/T 51305-2018 码头船舶岸电设施工程技术标准 [4] JTS 155-2019 码头岸电设施建设技术规范 王金晶,女 , 现任职于安科瑞电气股份有限公司 ,QQ邮箱: 952838119@qq.com,WX:acrelmoon .