一种风电机组多功能雷电流及振动监测系统及装置的制作方法

[0001]
本发明属于设备监测与诊断分析技术领域，具体涉及一种风电机组多功能雷电流及振动监测系统及装置。


背景技术：

[0002]
风电机组往往都设置在环境孤立且气候条件相对复杂的地带，且风电机组作为地面高耸突出的物体，由于这些因素的影响，风电机组遭受雷击的可能性也大大增加。其雷电短时间释放的能量对风电机组的损害也是十分巨大，与此同时也增加了维修难度与维修费用。
[0003]
在以往的风电机组的雷电监测装置中，其雷电的采集方式无法准确且完整的获得雷电信号的相关数据，单一的振动信号或单一的雷电流信号作为后续判断风电机组是否故障以及损害程度的准确率较低。因此未能及时准确的报警，通知维修人员采取相应的检修措施，进而造成故障不断发展，影响风电机组的安全运行。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的是要提供一种风电机组多功能雷电流及振动监测系统及装置，解决了现有技术中因低采样频率采集的大量雷电信息所造成的微处理器超额工作量，以及由单一的振动信息或单一的雷电信息判断风电机组故障以及受损害程度的准确率较低。
[0005]
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0006]
一种风电机组多功能雷电流及振动监测系统，包括雷电流信号采集模块、振动信号采集模块、微处理器模块、存储模块、告警模块以及通讯模块；所述雷电流信号采集模块包含自积分rogowski线圈传感器、雷电流信号调理模块、转换开关与三重adc模块并依次进行连接；所述振动信号采集模块，包括加速度传感器、振动信号调理模块与adc模块；所述雷电流信号采集模块和振动信号采集模块与微处理器模块分别连接，所述存储模块、告警模块以及通讯模块与微处理器模块分别互相连接。
[0007]
利用自积分rogowski线圈传感器和加速度传感器采集相应监测点处的雷电流信号与风电机组机舱内的振动信号，通过相对应的调理模块对信号进行预处理，对雷电流信号进行模/数转换时采用“三重并联顺序工作”adc模块，即将整个雷电流信号的采集过程分为三个阶段，每个阶段由1个adc模块以不同的转换时间和采样频率完成，其微处理器对所采集的雷电流信号与振动信号分别进行计算与处理，获得雷电流信号特征参数指标和风机振动信号特征参数指标，与设定值进行比较，当不满足设定值时，启动告警模块进行报警，并利用通信模块将所获得的各类特征参数指标上传至后台监测中心。
[0008]
所述装置在线实时监测雷电流参数，同时在线监测振动信号的时域指标，如峰值x
p
、均值均方根值(有效值)x
rms
、峭度指标k、波形因子w
s
、峰值因子c
f
、脉冲指标i、裕度系数l与偏度s等参数指标以及频域指标。
[0009]
所述转换开关与“三重并联顺序工作”adc模块，设置i
m
＝3ka为门槛值，按照经验，
确定雷电流幅值i
m
，并设置50％i
m
为一个阈值。将雷电流的采集过程分为t
0
、t
1
、t
2
、t
3
4个阶段。如图2所示。在正常情况下，系统的adc
1
采样模块工作在t
0
阶段，并以采样频率f
0
进行采样。当检测到雷电流达到i≥i
m
时，进入t
1
阶段，依旧使用adc
1
采样模块，将采样频率f
0
切换至采样频率f
1
。当检测雷电流升至i≥50％i
m
时，进入t
2
阶段，其微控制器控制转换开关由adc
1
采样模块调至adc
2
采样模块，此时采样频率为f
2
。当检测雷电流信号降至时i≤50％i
m
，进入t
3
阶段。微控制器控制转换开关调至adc
3
采样模块，由采样频率f
3
进行采样。直至雷电流i≤i
m
时，雷电流的采样结束。
[0010]
一种风电机组多功能雷电流及振动监测装置，包括雷电流信号采集模块、振动信号采集模块、微处理器模块、存储模块、告警模块以及通讯模块；所述雷电流信号采集模块包含自积分rogowski线圈传感器、雷电流信号调理模块、转换开关与三重adc模块；所述振动信号采集模块，包括加速度传感器、振动信号调理模块与adc模块；
[0011]
所述自积分rogowski线圈传感器分别设置在风电机组的叶片、齿轮箱、发电机上；所述加速度传感器分别设置在风电机组中的主轴轴承、齿轮箱低速轴承、齿轮箱高速轴承、发电机前轴承、发电机后轴承上，并且与对应的调理模块相连接；将雷电流信号调理模块、振动信号调理模块、adc模块、微处理器模块、存储模块、告警模块与通讯模块集成于一体，并设置在风电机组机舱内。
[0012]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0013]
本发明可以完整且准确采集风电机组叶片与机舱内设备雷电流的相关数据和舱内设备的振动信息，经分析处理后将振动信息与雷电信息的数据同设定参数进行比较，不满足设定值时及时告警，从而可以提高预测风电机组故障的准确率。与此同时即使在没有因雷电对风电机组造成危害的情况下，也可由实时采集的振动信息作为判断风电机组是否遭受危害的依据，以及风电机组遭受雷击时但风电机组机舱内设备并未有振动信息的产生，此时由单一雷电信息可以判断风电机组损坏程度，实现了实时在线监测与诊断分析，进而减少了维修时间，保证风电机组正常运行。采集雷电流信号时使用“三重并联顺序工作”adc模块，通过转换开关调节至对应adc模块，利用不同采样频率和转换时间的采集方式，该采集方式减少了微处理处理大量数据的工作量，也为后续设计风电机组的防雷措施提供数据依据。
附图说明
[0014]
图1为本发明的整体结构框图；
[0015]
图2为本发明采集雷电流信号的原理图；
[0016]
图3为转换开关与“三重并联顺序工作”adc模块的硬件连接图；
[0017]
图4为本发明采集雷电流的流程图。
具体实施方式
[0018]
下面将结合具体实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式包括但不限于以下实施例表示的范围。
[0019]
如图1所示，为风电机组多功能雷电流及振动监测装置结构图，包括雷电流信号采集模块、振动信号采集模块、微处理器模块、存储模块、告警模块以及通讯模块。雷电流信号
采集模块与振动信号采集模块的输出端分别与微处理器输入端连接，存储模块、告警模块与通讯模块的输入端分别于微处理器输出端连接。利用自积分rogowski线圈传感器和加速度传感器采集相应监测点处的雷电流信号与风电机组机舱内的振动信号，并通过相对应的调理模块对信号进行预处理，转换为adc模块所能允许的范围内，其微处理器对所采集的雷电流信号与振动信号分别进行计算与处理，获得雷电流信号特征参数指标和风机振动信号特征参数指标，当不满足设定参数时，启动告警模块进行报警。并利用通信模块将获得的各类特征参数指标上传至后台监测中心。
[0020]
其中所述雷电流采集模块包括自积分rogowski线圈传感器，雷电流信号调理模块，转换开关与“三重并联顺序工作”adc模块。利用自积分rogowski线圈传感器采集监测点的雷电流信号，并转换为0
-±
10v低电压信号。通过雷电流信号调理模块对雷电流低电压信号进行进一步处理，变换为adc采样模块所允许的电压范围内。进而通过转换开关调至对应adc采样模块对雷电流信号进行采样。
[0021]
所述振动采集模块包括加速度传感器、振动信号调理模块与adc模块。利用加速度传感器采集监测点的振动信号，通过振动信号调理模块对振动信号进行放大、滤波、积分、隔离等一系列措施后，将振动信号变换为adc采样模块所能接收范围内，进而对振动信号进行采样。
[0022]
如图2所示，分别设置i
m
＝3ka为门槛值，50％i
m
(i
m
为电流幅值)为一个阈值，将雷电流信号的采集分为四个阶段。由正常情况至i＝i
m
(i为所采集的电流)时为t
0
阶段；由i＝i
m
升至i＝50％i
m
为t
1
阶段；由i＝50％i
m
降至出现下一个i＝50％i
m
时为t
2
阶段；由i＝50％i
m
直至i＝i
m
时为t
3
阶段。
[0023]
如图3所示，在正常情况下，adc
1
采样模块工作在t
0
阶段，以采样频率f
0
进行采样。当采集的电流信号达到i≥i
m
的限定条件时，进入t
1
阶段，依旧使用adc
1
采样模块，此时由采样频率f
0
转换为采样频率f
1
。当采集的雷电流信号升至i≥50％i
m
的条件时，进入t
2
阶段，转换开关由adc
1
采样模块调至adc
2
采样模块，由采样频率f
2
进行采样。当采集的雷流流信号降至i≤50％i
m
的条件时，进入t
3
阶段，转换开关由adc
2
采样模块调至adc
3
采样模块，并由采样频率f
2
切换至采样频率f
3
。
[0024]
如图4所示，在正常情况下，adc
1
采样模块工作在t
0
阶段，以采样频率f
0
进行采样，该阶段判断所采集的信息是否为雷电流，如若不满足i≥i
m
的条件时，重复上述步骤。当满足该条件时，进入t
1
阶段，此时由adc
1
采样模块以采样频率f
1
继续采样，进而判断所采集的雷电流是否满足i≥50％i
m
的限定条件，如若不满足，继续使用adc
1
采样模块以采样频率f
1
进行采样。当满足该条件时，进入t
2
阶段，使用adc
2
采样模块以采样频率f
2
进行采样，判断所采集的雷电流是否满足i≤50％i
m
的限定条件，如若不满足，继续使用adc
2
采样模块以采样频率f
2
进行采样。当满足时进入t
3
阶段，使用adc
3
采样模块以采样f
3
频率进行采样，当采集的雷电流信号满足i≤i
m
条件时，雷电流信号采样结束。否则，依旧使用使用adc
3
采样模块以采样频率f
3
进行采样。