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    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線振動系統(tǒng)組成
    發(fā)布時間:2021-07-30 14:47:38

    風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在線振動系統(tǒng)主要由振動信號采集單元、風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)診斷中心三部分組成。信號采集傳輸單元實時采集風(fēng)力機(jī)機(jī)艙傳動部件的振動信號,通過信號調(diào)理轉(zhuǎn)換為電壓信號,經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號,由數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行信號整合,通過網(wǎng)線接入風(fēng)場SCADA光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中;風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心實時顯示測量到的轉(zhuǎn)速、振動等信號,并進(jìn)行簡單的數(shù)據(jù)分析與存儲;遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)診斷中心采用VPN方式接入監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),由專家進(jìn)行異常機(jī)組的故障診斷分析。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

    振動圖1.png

    1、信號采集單元

    每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝8個不同頻段的加速度振動傳感器與一個電感式接近開關(guān),振動傳感器信號經(jīng)過信號調(diào)理器后輸出直流電壓信號,由ADC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)采集器控制ADC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,采樣頻率由控制程序進(jìn)行設(shè)定。接近開關(guān)信號接入數(shù)據(jù)采集器的編碼器通道,測量電機(jī)轉(zhuǎn)速,所有測量信號均接入風(fēng)電場SCADA監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。振動采集單元具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    振動圖2.png

    (1)振動傳感器

    振動傳感器選用壓電式IEPE/ICP振動加速度傳感器,具有測量精度高、安裝可靠、信號傳輸距離遠(yuǎn)、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等特點,本設(shè)計所選用振動傳感器性能滿足如下要求:①通頻傳感器靈敏度100mV/g,標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍50g,低頻傳感器靈敏度500mV/g,應(yīng)用范圍10g;②頻率范圍:0.5~10kHz;③量程:不小于0~10g;④防護(hù)等級:IP65。具體選型結(jié)果及安裝位置見表1。

    振動表1.png

    (2)信號調(diào)理器

    設(shè)計選用2個JK343L型加速度傳感器信號調(diào)理器,通過BNC及2針MIL-C5015接頭電纜連接振動傳感器,為振動傳感器提供4mA恒流源供電電流,具有硬件濾波、去偏置電壓、抗混疊功能,同時可輸出差分電壓信號。單個JK343L信號調(diào)理器具有4個通道,24VDC恒流供電電壓,低頻下限0.08Hz,高頻上限1~100kHz,默認(rèn)設(shè)置為30kHz,輸出電壓增益為1~100,默認(rèn)設(shè)置為1。

    (3)轉(zhuǎn)速傳感器

    選用BESM18EI型電感式接近開關(guān),安裝在齒輪箱高速軸側(cè),用來測量電機(jī)轉(zhuǎn)速,信號接入數(shù)據(jù)采集器的增量式編碼器測速接口。

    (4)ADC轉(zhuǎn)換器

    采用基于AD7606芯片的8通道16位ADC同步模擬量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,所有通道都具有高達(dá)200kSPS的采樣率,搭載二階抗混疊模擬濾波器,帶8檔數(shù)字濾波器過采樣功能,輸出接口通過8080并行方式接入數(shù)據(jù)采集器GPIO接口。

    (5)數(shù)據(jù)采集器

    數(shù)據(jù)采集器選用STM32F429BIT6/LQFP-208型ARM微處理器,主頻為180MHz,板載通用GPIO接口、MicroSD數(shù)據(jù)卡存儲接口、RS232串行通訊接口(SP3232)、CAN2.0通訊接口(SN65HVD230)、100M以太網(wǎng)傳輸接口(DM9000)。通過C語言編程實現(xiàn)以下功能:8通道1Hz頻率的數(shù)據(jù)連續(xù)并行采樣、8通道小于20kHz的自定義頻率1分鐘定時數(shù)據(jù)采樣、采集器離線時MicroSD卡數(shù)據(jù)存儲、以太網(wǎng)TCP/IP數(shù)據(jù)傳輸、編碼器通道轉(zhuǎn)速采集、與風(fēng)機(jī)主控PLC CAN模塊通訊傳輸風(fēng)電機(jī)組功率、溫度等附加信息。數(shù)據(jù)采集器使用100米CAT6型網(wǎng)線接入風(fēng)機(jī)底部監(jiān)控柜的線路交換機(jī),將所采集的信號發(fā)送到SCADA監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

    振動圖3圖4.png

    2、風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心

    風(fēng)電場數(shù)據(jù)處理中心由前臺監(jiān)控主機(jī)與后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兩部分組成,根據(jù)風(fēng)電機(jī)組振動監(jiān)測與故障分析預(yù)警的需求分析、不同操作系統(tǒng)的可移植性及大數(shù)據(jù)分析的便利性,采用Python語言環(huán)境開發(fā)前臺監(jiān)控軟件。

    (1)前臺監(jiān)控主機(jī)

    前臺監(jiān)控主機(jī)所搭載的監(jiān)控軟件具備實時數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)存儲分析、故障預(yù)測等功能,監(jiān)控主界面采用Python編程環(huán)境的PyQT5模塊開發(fā),SocketServer模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)接收與處理,SqlServer模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)庫存儲,采用scipy、numpy、pandas庫進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

    ①實時數(shù)據(jù)監(jiān)控,采集各機(jī)組1S間隔的周期數(shù)據(jù),實時顯示風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)、振動數(shù)值及振動曲線。

    ②數(shù)據(jù)存儲分析,將實時數(shù)據(jù)存儲到后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中,具有數(shù)據(jù)導(dǎo)出、時域指標(biāo)(峰值、均方根值、偏度、峭度、波形因子、峰值因子、脈沖因子、裕度因子)分析功能及錄波數(shù)據(jù)的時域分析、頻域分析功能。

    ③故障預(yù)測,通過自學(xué)習(xí)的方法分析歷史數(shù)據(jù)的各類時域指標(biāo),形成故障閾值,自動識別異常部件。根據(jù)部件的特征頻率設(shè)定錄波參數(shù),定時采集振動數(shù)據(jù),通過FFT變換、包絡(luò)解調(diào)分析等識別故障部位及損壞程度。

    (2)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

    數(shù)據(jù)庫服務(wù)器作為在線振動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心,搭建Postgre SQL 12數(shù)據(jù)庫,按風(fēng)機(jī)名稱建立數(shù)據(jù)表,存儲前臺監(jiān)控軟件所獲取的風(fēng)機(jī)振動、轉(zhuǎn)速、功率、溫度等所有信息,同時也以獨立文件形式存儲定時采集的高頻錄波數(shù)據(jù)。

    3、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)診斷中心

    遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)診斷中心通過防火墻VPN方式接入風(fēng)電場的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),主機(jī)具備使用Web網(wǎng)頁連接訪問數(shù)據(jù)庫,導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)、錄波數(shù)據(jù)的功能,振動分析專家可使用專業(yè)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析,檢驗自動分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,及時生成監(jiān)測報告,保證設(shè)備安全運行。

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