风力发电设备的状态监测系统

发布时间:2010-07-08
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对风电设备的监控首先是监控其元件,诸如齿轮箱、发电机、主轴和轴承以及塔体等。主要注意力集中在旋转的机械元件上,即轴承、轴和齿轮,对这些元件可根据其振动状况借助于加速度传感器进行监控。

除了风力发电设备的生产效率外,风力发电设备的经营人员越来越关注在设备使用寿命期限内的运行费用。他们期望通过状态监测过程使现有的风力发电设备得到更有效的利用。在状态监测基础上的维护保养能够在提升设备使用性的同时降低在使用寿命期限内的运行费用。其中,应根据相关的状态监测实时数据对风力发电设备及其元件进行整体的连续的监控。这样,就能够提前提供关于可能出现的故障的信息和诊断,及时备好备件并可以将安装所需的停机时间纳入规划。

风力发电设备整体状态监测方法

到目前为止所采用的风力发电设备状态监测方法主要是为了满足保险公司所提出的要求。其中,首先是监控风力发电设备的元件,诸如齿轮箱、发电机、主轴和轴承以及塔体等。主要注意力集中在旋转的机械元件上,即轴承、轴和齿轮,对这些元件可根据其振动状况借助于加速度传感器进行监控。

然而,从整体监控的角度来看,值得考虑的是上述那些监测方法是否已经足够了呢?如果风力发电设备的经营人员拟评估在设备使用寿命期限内的运行费用,则需要按照两个判据鉴定所监控的设备元件,即导致设备长时间停机的元件和因巨额维护保养费用或备件费用而提升了在使用寿命期限内的运行费用的元件。若干年来在汽车工业中已建立起了这种监测方法并且在“Total Cost of Ownership(TCO)”提示下一直在维护保养过程中延用。 其中,状态监测系统是作为检测设备使用的,一方面是为了降低设备经营人员的维修保养费用,另一方面也是为了不提升设备和元件制造厂商的质量保证费用。

通过对大量的不同类型设备的长期调研表明,除了上述元件外,在设备使用寿命期限内的运行费用还涉及到许多其他的辅助元件和系统。


图1  针对在使用寿命期限内的运行费用的风力发电设备状态监测方法


以此拓宽了的视角表明,在对风力发电设备的整体分析中得到了图1所示的需要加以监控的装置图。按照这个装置图可知需要监控的有齿轮箱、发电机、变频器、转子桨叶、主轴、变桨系统和偏航系统、配电技术、液压设备以及自动化技术(控制技术,通讯技术)和塔体。

状态监测过程

因为状态监测应纳入到先进的维护保养和技术服务过程之中,所以整个状态监测过程都具有重要作用。但是这一过程并不是始于现场,在设备上安装一个具有数据传输功能的测量装置(如目前通常所作的那样),而是在设计制造阶段就要研发具有状态监测功能的元件。图2显示出了这种理想的状态监测过程。特别是在设计制造阶段会影响到状态监测系统作为技术和过程在以后的运行中是否能实现尽可能低的费用和有效的应用。


图2  状态监测过程

具有状态监测功能的元件和设备的开发是元件和设备制造厂商的任务。其原因在于如将所需的具有状态监测功能的传感器以最佳的方式集成到元件或设备中。此外,可以在元件中设置与使用寿命相关的信息并且建立“电子铭牌”。因为此项技术大部分会涉及到各种类型元件机械和电子性能方面的知识,所以这些信息可以作为状态监测系统的配置参数提前加以设置。这也适合于特定的临界值。

在接下来的元件和设备生产中以适当的价位引入事先确定的状态监测性能。现在也可以启动状态监测的第一个步骤:采集“数字信号”,即通过采集一个元件的状态监测特征值同时设置一个参考值,以后在不断的运行中获得的数据均以此值为参考。此外,还可以准确的识别偏差和趋势。

在设备正确运行之前,还应该定义“工作流程”。就是说,在服务的层次上谁,什么时候,用什么方式提供关于什么的信息。只有这样才能保证在以后的运行中顺利和有效的根据状态进行维护保养。当然,状态监测系统应在设备实际运行阶段之前就启动运行,因为状态监测系统从第一天起就应该发挥作用了。

实际的运行阶段第一步骤是对经典元件进行信号采集和数据处理。这些在过程步骤“开发具有状态监测功能的元件”中已作了适当的考虑。现在,数据分析是采用非常先进的分析算法自动进行的。临界值监控和报告以及维护保养和服务人员的工作均按照事先确定的工作流程进行。接下来的诊断和报告步骤目前还主要通过手写服务方式进行,显然它限制了状态监测系统更广泛的应用。这一点也适于预测。诊断和预测对于根据状态进行的维护保养是非常重要的。因为从事维护保养和服务的技术人员对必要的维护保养措施需要明确的数据支持。接下来将技术方面的状态监测系统与在维护保养和服务中典型应用的ERP系统连接可以进入状态监测过程并使其通过。

通过进一步开发的状态监测方法-整体的过程监控使Winergy AG的状态监测系统获得了新的发展动力。这些表现在诸如关于风力发电设备整个自动化拓扑学的一个系统方法的利用, 将与状态监测相关的技术引入到产品中,将数字信号技术应用到Winergy AG的试验台技术中以及新的状态监测服务系统的建立。

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