一种风机塔架远程实时监测系统及方法与流程

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风机塔架远程实时监测系统及方法。

背景技术：

目前，风能作为一种可再生能源，取之不尽用之不竭。我国风能资源丰富，而且随着风力发电技术的不断发展，风机单机容量也朝着MW级方向发展，总体风力发电机组的装机容量不断逐年增加，风电作为一种新型能源在全球能源结构中所占的比例也越来越大。然而大型风力发电机组常常工作在低温、风暴、雷电、沙尘、盐碱、冰雪等环境特别恶劣的条件下，同时由于风速的不确定性使得风轮转速变化范围大，塔架需承载往复疲劳载荷以及振动，使得风力发电机组的运行工况复杂，会造成法兰螺栓松动、连接螺栓断裂、筒节焊缝热影响区撕裂、塔架折断、基础环与基础钢筋混凝土锚固失效、基础不均匀沉降等问题，甚至会造成塔筒倒塌、叶片折断，从而导致了风力发电机组停机，严重影响发电，并直接造成较为严重的经济损失，导致了风电机组的运行维护成本持续增高。

因此为了保证风力发电机组运行的可靠性，风机厂家一般要求人工进行定期巡检，但是此种方法人为因素较大，巡检间隔时间较长，不能够及时发现问题，因此难以规避事故的发生，对于一些土质较差(如湿陷性黄土、沿海淤泥质土等)的地方，人工监测具有工作量大和难度大的缺点，难以监测并解决由于土质沉降造成的风机的故障。

安装有效的风力发电机组状态监测与故障诊断系统可以有效地降低 工作量和维护检修费用，但是传统的风力发电机组故障诊断系统通过采集机组重要传动部件的振动信号，经专业技术人员来观测振动信号波形并判断机组故障部件。这种方法很容易判断错误，而且很难判断出部件故障的准确位置和严重程度，难以给后期制定相关检修计划提供准确地指导。

上述的风机远程监测系统可以避免人工检测的诸多缺点，但现有技术的还具有如下问题：

(1)对于塔筒振动等大多数问题点的关注较少，监测中一般只包含加速度等少数指标，会导致设定的振动报警值不合理，会出现错误报警或者不报警的情况；

(2)振动报警为后台报警，报警后通常的故障解决方法为风机停机后自动重启，并未对风机故障进行深入分析与判断，更没有找出引起振动报警的根本原因，从而为发生更大的事故留下了安全隐患；

(3)未将监控数据与结构分析结合起来，不能对引起故障的可能原因作出判断和预警；

(4)风机的故障会经过一个较长的过程，现有技术很难及早发现问题与分析原因，不能够及时且准确的对故障加以排查和修复，从而起到减少甚至避免事故发生的作用。

因此，如何发明一种风机塔架远程实时监测系统及方法是本领域技术人员有待解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明提供了一种风机塔架远程实时监测系统及方法，可以同时对多个风机进行自动远程监测，能够及时发现风机故障位置并对其进行提前预警，同时可以生成风机故障的解决方法。

本发明的技术方案如下：

一种风机塔架远程实时监测系统，包括：客户端层、服务器层和数据采集层，其中客户端层与服务器层之间通过互联网连接，服务器层和数据采集层之间通过光纤进行数据传输；

数据采集层，用于测量部位数据信号的采集，并将采集的信号转化为测量值通过光纤传输至服务器层；

服务器层，用于接收和存储由数据采集层传输过来的测量值，通过测量值经服务器层内置的故障判断程序判断并生成风机塔架的健康状态信息与预警信息；

客户端层，包括若干通过互联网与服务器层连接的客户端，客户端通过互联网可以实时获得风机塔架的健康状态信息与预警信息。

进一步地，数据采集层包括传感器、数据采集终端与信号处理装置，传感器设于各个测量部位，数据采集终端用于采集传感器的数据信号，信号处理装置用于将采集的数据信号转换为测量值并通过光纤传输至服务器层。

进一步地，服务器层包括SCADA服务器、数据服务器与中央监控服务器；

其中，SCADA服务器用于接收与转发数据采集层传输过来的测量值，并将数据服务器生成的风机塔架的健康状态与预警信息反馈至客户端层；

数据服务器用于接收并储存SCADA服务器转发过来的测量值，通过故障的判断与预警生成测量结果与预警信号，并进行故障统计分析生成健风机塔架的健康状态信息与预警信息；

中央监控服务器用于控制整个系统的运行，以及系统运行状态和风机塔架健康状态的综合显示和监控。

进一步地，数据服务器内置有分析建议模块，分析建议模块可以结合结构工程的理论自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与巡检监测的建议。

为方便对风机塔架进行实时监控，作为优选的，客户端为PC、手机或其他可用于远程数据接收并进行显示的数字移动终端。

为解决现有技术中存在的问题，本发明还提供了一种风机塔架远程实时监测方法。该方法包括以下步骤：

步骤S101数据采集层通过在每个测量部位均设至少一个传感器，数据采集终端对所述传感器的数据信号进行采集并转化为测量值；

步骤S201上述的测量值传输至服务器层，将该测量值输入故障判断程序，生成测量结果，如测量结果不在服务器层设定的范围内则发出故障预警信号；

步骤S301服务器层存储测量值与测量结果，进行故障统计分析并生成风机塔架的健康状态信息与预警信息；

步骤S401通过互联网将健康状态信息与预警信息实时反馈至客户端层进行显示。

进一步地，步骤101中，所述测量部位为可通过分别设置传感器来测得风机塔架的刚度、倾角、摆动频率、加速度等指标的多个部位。

本发明通过在风机塔架的不同检测部位设有检测点，每个检测点均设置有传感器，需要检测的有风机塔架的刚度、倾角、摆动频率、加速度等多个指标。传感器测量出对应指标的数据信号，数据采集终端对数据信号进行采集，通过信号处理装置将所采集的数据信号转换为测量值并通过光纤传输至服务器层的SCADA服务器。SCADA服务器将测量值转发至数据服务器中，数据服务器中内置有故障判断程序，测量值经故障判断程序计算出测量结果，如果不在据服务器设定的范围内则发出故障预警信号，数据服务器对测量结果的数据信息进行存储，同时进行故障统计分析生成健风机塔架的健康状态信息与预警信息，风机塔架的健康状态信息与预警信息经互联网通过SCADA服务器传输至客户端层的各个客户端中进行显示与预警。与此同时，数据服务器内置有分析建议模块分析建议模块可以 结合结构工程的理论自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与巡检监测的建议。发明的整个系统的运行由中央监控服务器进行控制，系统运行状态和风机塔架健康状态的也是由中央监控服务器进行综合显示和监控。

本发明的有益效果如下：

本发明的风机塔架远程实时监测系统及方法，通过对多个传感器的设置可以同时对多个风机进行自动远程监测；通过多个监测指标的测量，并通过特定的故障判断程序进行计算与判断，极大降低了故障报警的错误率，可以及时发现风机故障位置并对其进行提前预警；还可以结合结构工程的自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与巡检监测的建议。

附图说明

图1为本发明风机塔架远程实时监测系统的结构示意图。

图2为本发明风机塔架远程实时监测方法的步骤示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1为根据本发明实施方式的风机塔架远程实时监测系统的结构示意图。一种风机塔架远程实时监测系统包括客户端层1、服务器层2和数据采集层3，客户端层1与服务器层2之间通过互联网连接，服务器层2和数据采集层3之间通过光纤进行数据传输。

其中，数据采集层3包括传感器31、数据采集终端32与信号处理装置33，传感器31设于风机塔架上的各个测量部位，数据采集终端32用于 采集传感器31测得的数据信号，信号处理装置33用于将传感器31采集的数据信号转换为测量值并通过光纤传输至服务器层2。

服务器层2包括SCADA服务器21、数据服务器22与中央监控服务器23。SCADA服务器21用于接收与转发数据采集层3传输过来的测量值，并将由数据服务器22生成的风机塔架的健康状态与预警信息反馈至客户端层1；数据服务器22用于接收并储存SCADA服务器21转发过来的测量值，通过故障的判断与预警生成测量结果与预警信号，并进行故障统计分析生成健风机塔架的健康状态信息与预警信息，数据服务器22内置有分析建议模块，分析建议模块可以结合结构工程的理论自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与巡检监测的建议；中央监控服务器23用于控制整个系统的运行，以及系统运行状态和风机塔架健康状态的综合显示和监控。

客户端层1包括若干通过互联网与服务器层2连接的客户端11，客户端11通过互联网可以实时获得风机塔架的健康状态信息与预警信息。

作为优选的，客户端11为PC、手机或其他可用于远程数据接收并进行显示的数字移动终端。移动终端具有便携性，工程人员可以在任何地方通过使用PC或手机等数字移动终端对风机塔架进行实时监测，不再需要进行现场实地监测，出现故障问题可以及时发现，规避了重大事故的发生，同时降低了监测过程的工作量。

本发明为要解决的技术问题提供了一种风机塔架远程实时监测方法，该方法包括以下步骤，

步骤S101 数据采集层通过在每个测量部位均设至少一个传感器，数据采集终端对所述传感器的数据信号进行采集并转化为测量值；

步骤S201 上述的测量值传输至服务器层，将该测量值输入故障判断程序，生成测量结果，如测量结果不在服务器层设定的范围内则发出故障预警信号；

步骤S301 服务器层存储测量值与测量结果，进行故障统计分析并生成风机塔架的健康状态信息与预警信息；

步骤S401 通过互联网将健康状态信息与预警信息实时反馈至客户端层进行显示。

在步骤S101中，测量部位为可通过分别设置传感器来测得风机塔架的刚度、倾角、摆动频率、加速度等指标的多个部位。

本实施例通过在风机塔架的不同检测部位设有检测点，每个检测点均设置有传感器31，需要检测的有风机塔架的刚度、倾角、摆动频率、加速度等多个指标。传感器31测量出对应指标的数据信号，数据采集终端32对数据信号进行采集，通过信号处理装置33将所采集的数据信号转换为测量值并通过光纤传输至服务器层的SCADA服务器21。SCADA服务器21将测量值转发至数据服务器22中，数据服务器22中内置有故障判断程序，测量值经故障判断程序计算出测量结果，如果不在数据服务器22设定的范围内则发出故障预警信号，数据服务器22对测量结果的数据信息进行存储，同时进行故障统计分析生成健风机塔架的健康状态信息与预警信息，风机塔架的健康状态信息与预警信息经互联网通过SCADA服务器21传输至客户端层1的各个客户端11中进行显示与预警。与此同时，数据服务器22还内置有分析建议模块，可以结合结构工程的理论自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与巡检监测的建议。本实施例的整个系统的运行由中央监控服务器23进行控制，系统运行状态和风机塔架健康状态的也是由中央监控服务器进行综合显示和监控。

综上所述，本发明的风机塔架远程实时监测系统及方法，通过多个传感器的设置可以同时对多个风机进行自动远程监测；通过对多个监测指标的测量，并通过特定的故障判断程序进行计算与判断，极大降低了故障报警的错误率，可以及时发现风机故障位置并对其进行提前预警；还可以结合结构工程理论自动地对监测数据进行实时分析，并对应生成运行维护与 巡检监测的建议。

以上所述实施例仅仅是本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。