风力发电叶片实时监控故障预警系统研究

唐晓棠

东方电气风电有限公司 四川德阳 618000

1 监控系统需求分析

随着风力发电技术的快速发展，风电机组的装机容量逐年提升。为了保证风电机组的发电质量和提高风能利用效率，变桨距风机逐步取代定桨距风机，成为风电机组的主流机型。当风速超过风力发电机额定风速时，变桨距系统将根据风速的变化对叶片的桨距角β进行调节，调整叶片对气流的攻角α，以保持风电机组输出功率接近最大值和保证风电机组的安全。然而，变桨距系统的频繁调整容易造成零部件损坏，而且变桨距系统安装在距离地面几十米甚至100多米高的轮毂内，对变桨距系统的维修非常困难。对变桨距系统进行早期故障检测，可以有效提高风电机组的运行可靠性、减少因故障造成的损失。而在大型发电厂中，通常对多台风力机进行监测，风力发电的质量通常受到许多外部因素的影响，如风速、风向、气压和温度，这些因素受地理位置和气候等不可控制因素的影响。为了保证风电场的安全稳定运行，有必要改进监测技术和故障诊断技术。同时，有必要建立一套先进完善的监测系统，对风力发电过程中的运行信息进行采集、处理和有效管理[2]。

每个风力发电机组监控系统应具有三个基本功能：测量、控制和监控。测量功能主要是指测量设备对监控系统中运行数据和基本参数的测量功能。

控制功能主要分为风机就地控制、中央集中控制和远程控制三种。就地控制是对风机末端的风机进行控制，中央集中控制是对升压站集控室的风机进行控制，远程控制是对风机远端的风机进行控制的手段。

监测功能是指对单个风机及整个风电场和通信通道的状态监测。此功能基于故障诊断模块。通过对各台风机运行状态和整个风场的监测，完成了设备故障诊断和故障预警功能。报警功能包括开关量报警、通信中断、设备事故、权限限制、系统自身设置的异常报警等，对风电场的安全稳定运行起着重要作用。

建立叶片实时监控故障预警系统，需对风机叶片实现这三种功能。

2 风力发电叶片实时监控故障预警系统

2.1 叶片工作分析

叶片是保证风机正常对风偏航，保证正常发电的基础。风机叶片由昂贵的复合材料制成，由于风机现场存在雷击、阳光、酸雨、狂风、自震、风沙、盐雾等影响，叶片老化工况复杂，叶片会出现沙眼、表面磨损、叶轮不平衡、横向裂纹、严重时出现断裂[3]。叶片实时监控故障预警系统需对叶片出现的各种健康问题进行测量并提前预知报警。

2.2 实时监测叶轮装置

要对每只叶片进行实时监测，可在叶片中安装1-2支传感器，24小时不间断地采集叶片的运行数据。使用信号屏蔽线将实时信号进行传输，从而能够有效的和塔基控制柜中的监控器进行连接，从而最终监控器将接收到的数据上传至后台服务器。通过后台服务器的数据处理及分析，可掌握叶轮的实时运行状况，在运行状况不佳时提前报警或停机。

2.3 数据采集处理设计

传感器采集到的各种数据接入机舱内的采集设备，采集的系统数据原则上不应超过1-5秒。采集设备对数据进行就地处理及分析，将有用的数据进行初步筛选，并进行上传。风电场升压站计算机监控系统上的服务器接收到有用的实时运行数据，将海量的运行数据存入数据库中，通过数据对比、智能学习的方式，提取到叶片的运行故障报警[4]。数据处理及报警功能，数据处理功能能够有效的进行各个数据的检查，包括对其中的性能以及数据库的生成和报警处理等工作，从而能够进行有效激励，同时也能够更好的通过声光报警以及页面进行有效提升。生成的历史数据记录以及报表和各个曲线图标，从而能够更好的进行各个数据功能的统计，确保整体运行。

2.4 远程监视功能设计

远程监控系统采用B/S架构，中文界面，接口风格，标准化（不同厂家和设备以一种方式显示）。监控系统根据公司风场和风叶的四级显示模式，显示分站分布情况、全公司安装情况、风机台数、风机叶片当前运行状态、生产基本信息。通过单击每个风场的名称，可以看到风场的风扇运行状态。系统主界面能够清楚的显示各个信息图片的消息，其涉及的内容非常多，能够更好的确保各个运行状况，能够实时显示出各个数据的测量状况，主要是针对发电量以及设备温度等相关参数。另外，界面还需要清晰的显示出现各个报警信息以及计算机网络监控系统和状态信息等方面。另外对于监控控制能够更好的帮助工作人员掌握各个运行状况，通过使用鼠标和键盘进行有关操作，更好的确保整体监控效果。

总之，因为受到环境因素的影响，叶片承受的荷载也是不确定的，对于长期运行的风电叶片很容易受到各个程度的影响，出现裂纹或者变现的情况，从而使得叶片出现断裂情况，影响到风电基础的安全运行，直接影响到整体安全，对此需要重点采取措施进行安全故障控制，更好的确保整体建设质量。