风力发电机、存储介质、碳刷磨损监测装置及监测方法与流程

1.本发明涉及风力发电设备技术领域，具体涉及一种风力发电机、存储介质、碳刷磨损监测装置及监测方法。


背景技术：

2.目前，风力发电机包括发电机和集电环室，集电环室内设有集电环和碳刷，集电环为发电机的转子电流输出的关键结构，碳刷与集电环高速接触产生高温，造成碳粉快速脱落，易污染发电机及周边环境，甚至造成短路等严重故障，但是，在发电机工作过程中，无法对碳刷的磨损量进行实时监控。因此，需要监测碳刷的磨损量以便及时更换。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的碳刷的磨损量无法实时监控的缺陷，从而提供一种风力发电机、存储介质、碳刷磨损监测装置及监测方法。
4.为了解决上述问题，本发明提供了一种碳刷磨损监测装置，包括：第一碳粉浓度检测件，用于检测风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的浓度；提示部，用于发出提示；控制器，与第一碳粉浓度检测件、提示部电连接，控制器根据第一碳粉浓度检测件所检测到的碳粉的浓度控制提示部动作。
5.可选的，还包括：第二碳粉浓度检测件，用于检测风力发电机的机舱内的碳粉的浓度；转速检测件，用于检测风力发电机的冷却风扇的转速；其中，第一碳粉浓度检测件所检测到的碳粉的浓度为第一碳粉浓度，第二碳粉浓度检测件所检测到的碳粉的浓度为第二碳粉浓度，控制器与第二碳粉浓度检测件、转速检测件电连接，控制器根据第一碳粉浓度和碳刷的磨损量控制提示部动作，冷却风扇的风量与冷却风扇的转速成正比，碳刷的磨损量为第一碳粉浓度和第二碳粉浓度之差与冷却风扇的风量的乘积。
6.可选的，第一碳粉浓度检测件设置在风力发电机的集电环室中，或者，第一碳粉浓度检测件设置在风力发电机的排碳管中，集电环室上开设有排碳口，排碳口与排碳管连接。
7.本发明还提供了一种风力发电机，包括：上述的碳刷磨损监测装置。
8.本发明还提供了一种碳刷磨损监测方法，包括以下步骤：获取第一碳粉浓度检测件所检测到风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的第一碳粉浓度；根据第一碳粉浓度控制发出提示动作。
9.可选的，根据第一碳粉浓度控制发出提示动作的步骤包括：判断第一碳粉浓度是否大于等于第一阈值；当第一碳粉浓度大于等于第一阈值时，调整风力发电机的冷却风扇的转速或风力发电机的功率；调整冷却风扇的转速或风力发电机的功率达到预设时间之后判断第一碳粉浓度是否大于等于第一阈值，当第一碳粉浓度大于等于第一阈值时，控制发出提示动作。
10.可选的，当第一碳粉浓度小于第一阈值时，获取第二碳粉浓度检测件所检测到的第二碳粉浓度及冷却风扇的转速；根据第一碳粉浓度、第二碳粉浓度及冷却风扇的转速确
定碳刷的磨损量；根据碳刷的磨损量控制发出提示动作；其中，冷却风扇的风量与冷却风扇的转速成正比，碳刷的磨损量为第一碳粉浓度和碳粉浓度之差与冷却风扇的风量的乘积。
11.可选的，根据碳刷的磨损量控制发出提示动作的步骤包括：判断碳刷的磨损量是否大于等于预设磨损量；当碳刷的磨损量大于等于预设磨损量时，控制发出提示动作。
12.可选的，当碳刷的磨损量小于预设磨损量时，判断第二碳粉浓度是否大于等于第二阈值；当第二碳粉浓度大于等于第二阈值时，则判定排碳管泄漏并控制发出提示动作。
13.本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述的碳刷磨损监测方法。
14.本发明具有以下优点：
15.1、第一碳粉浓度检测件将检测到的第一碳粉浓度发送给控制器，控制器可以实时检测风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的浓度，进而实时监控碳刷的磨损量，然后根据第一碳粉浓度控制提示部进行相应的动作，进而便于及时更换碳刷。
16.2、第一碳粉浓度和第二碳粉浓度之差为碳刷磨损后形成的碳粉的实际浓度，再结合空气的风量，可以计算出单位时间内碳粉的排出量，也是碳刷的磨损量，根据碳刷的磨损量可以准确反映碳刷的磨损情况，便于及时更换碳刷，也可以延长碳刷的使用寿命。
17.3、当碳刷磨损过快时需要采取降低碳刷磨损速度，可以保护碳刷，延长碳刷的使用寿命。调整风力发电机的冷却风扇的转速或风力发电机的功率具体为提高冷却风扇的转速或降低发电机的功率，提高冷却风扇的转速越高，可以加快空气流动，进而对碳刷进行快速降温，降低碳刷磨损速度；降低发电机的功率，可以降低发电机的转子的转速，进而降低碳刷磨损速度。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1示出了本发明实施例的风力发电机的简易示意图；
20.图2示出了本发明实施例的碳刷磨损监测方法的流程示意图。
21.附图标记说明：
22.10、第一碳粉浓度检测件；20、第二碳粉浓度检测件；41、发电机；42、机舱；43、集电环室；44、排碳管；45、冷却风扇。
具体实施方式
23.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
27.如图1所示，本实施例的碳刷磨损监测装置包括：第一碳粉浓度检测件10、提示部和控制器，第一碳粉浓度检测件10用于检测风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的浓度；提示部用于发出提示；控制器与第一碳粉浓度检测件10、提示部电连接，控制器根据第一碳粉浓度检测件10所检测到的碳粉的浓度控制提示部动作。其中，第一碳粉浓度检测件10所检测到的碳粉的浓度为第一碳粉浓度。
28.应用本实施例的碳刷磨损监测装置，第一碳粉浓度检测件10将检测到的第一碳粉浓度发送给控制器，控制器可以实时检测风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的浓度，进而实时监控碳刷的磨损量，然后根据第一碳粉浓度控制提示部进行相应的动作，进而便于及时更换碳刷。
29.在本实施例中，碳刷磨损监测装置还包括：第二碳粉浓度检测件20和转速检测件，第二碳粉浓度检测件20用于检测机舱42内的碳粉的浓度；转速检测件用于检测风力发电机的冷却风扇45的转速；其中，第一碳粉浓度检测件10所检测到的碳粉的浓度为第一碳粉浓度ρ1，第二碳粉浓度检测件20所检测到的碳粉的浓度为第二碳粉浓度ρ2，控制器与第二碳粉浓度检测件20、转速检测件电连接，控制器根据第一碳粉浓度和碳刷的磨损量控制提示部动作，冷却风扇45的风量q1与冷却风扇45的转速n成正比，碳刷的磨损量w1为第一碳粉浓度和第二碳粉浓度之差与冷却风扇45的风量的乘积，即w1＝(ρ1-ρ2)
×
q1。具体地，第二碳粉浓度检测件20设置在风力发电机的机舱42内。由于冷却风扇45的进风口吸入的空气是机舱42内的空气，第一碳粉浓度和第二碳粉浓度之差为碳刷磨损后形成的碳粉的实际浓度，再结合空气的风量，可以计算出单位时间内碳粉的排出量，也是碳刷的磨损量，如果计算的碳刷总的磨损量大于等于某一阈值，则判定碳刷磨损较大，需要更换。具体地，q1＝kn，k为排碳管44的截面积，风力发电机包括排碳管44和集电环室43，排碳管44与集电环室43连通，集电环室43中设有集电环和碳刷。
30.在本实施例中，第一碳粉浓度检测件10设置在风力发电机的排碳管44中，集电环室43上开设有排碳口，排碳口与排碳管44连接。对于在役机组，只需要在排碳管44上打孔安装第一碳粉浓度检测件10即可，安装简便
。
可以理解，作为可替换的实施方式，第一碳粉浓度检测件10设置在风力发电机的集电环室43中。
31.具体地，第一碳粉浓度检测件10为第一碳粉浓度传感器，第一碳粉浓度传感器可以监测排碳管44中静止或流动的空气中碳粉的浓度，碳粉的浓度单位为mg/l。第一碳粉浓度传感器输出信号可以是电压信号、电流信号、频率信号等模拟信号，也可以是modbus、tcp/ip等数字量信号。第一碳粉浓度传感器转换为模拟量或数字量输出后，可以接入风力
发电机的可编程逻辑控制器(英文简称plc)，达到实时监测碳粉浓度的目的，例如在某种发电工况下，排碳管44中碳粉的浓度大于等于第一阈值时，则判定该工况下碳刷磨损异常，需要对磨损原因进行分析并对策。例如，第一阈值为50mg/m3。
32.在发电机所处的机舱42内的第二碳粉浓度检测件20为第二碳粉浓度传感器，采用同样的方法将碳粉浓度转换为模拟量或数字量接入控制器，可以监测排碳管44是否破损或密封不严，例如机舱42中碳粉浓度大于等于第二阈值，则可以判定排碳管44中存在碳粉泄漏，需要进行漏点排查。例如，第二阈值为30mg/m3。
33.本发明还提供了一种风力发电机，其包括：上述的碳刷磨损监测装置。
34.在本实施例中，如图1所示，风力发电机还包括机舱42、发电机41、冷却风扇45、集电环室43、集电环、碳刷及排碳管44等，发电机41、冷却风扇45和集电环室43均设置在机舱42内，集电环和碳刷设置在集电环室43中，冷却风扇45的进风口与机舱42连通，冷却风扇45的出风口与集电环室43连通，排碳管44与集电环室43连通，排碳管44与机舱42的外部环境连通，冷却风扇45将机舱42中的空气抽入集电环室43中，空气可以将碳刷磨损后形成的碳粉吹入排碳管44中，碳粉通过排碳管44排出至机舱42的外部。需要说明的是，图1中的实线箭头是指排碳路径，图1中的虚线箭头是指冷却空气的流动方向。
35.对于在役的风力发电机，将碳刷磨损监测装置的第一碳粉浓度传感器安装在排碳管44上或集电环室43中，将碳刷磨损监测装置的第二碳粉浓度传感器安装在机舱42中，通过监测排碳管44中的碳粉浓度、机舱42内碳粉浓度并与阈值对比，以及估算的磨损量与阈值对比，从而对碳粉异常情况进行监测并采取相应的对策，无需对碳刷进行改造，即可估计磨损量；可以诊断碳刷磨损较大工况，分析后对诊解决；避免碳粉泄露引起的发电机及其他部件污染。
36.如图2所示，本发明还提供了一种碳刷磨损监测方法，碳刷磨损监测方法使用上述的碳刷磨损监测装置，碳刷磨损监测方法包括以下步骤：获取第一碳粉浓度检测件10所检测到风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的第一碳粉浓度；根据第一碳粉浓度控制发出提示动作。采用该碳刷磨损监测方法可以实时检测风力发电机的碳刷磨损后形成的碳粉的浓度，进而实时监控碳刷的磨损量。
37.优选地，控制器根据第一碳粉浓度控制提示部进行相应的动作，进而便于及时更换碳刷。
38.在本实施例中，根据第一碳粉浓度控制发出提示动作的步骤包括：判断第一碳粉浓度是否大于等于第一阈值；当第一碳粉浓度大于等于第一阈值时，则判定碳刷磨损过快，然后调整风力发电机的冷却风扇45的转速或风力发电机的功率；调整冷却风扇45的转速或风力发电机的功率之后达到预设时间之后判断第一碳粉浓度是否大于等于第一阈值，当第一碳粉浓度大于等于第一阈值时，控制发出提示动作。当碳刷磨损过快时需要采取降低碳刷磨损速度，可以保护碳刷，延长碳刷的使用寿命。调整风力发电机的冷却风扇45的转速或风力发电机的功率具体为提高冷却风扇45的转速或降低发电机的功率，提高冷却风扇45的转速越高，可以加快空气流动，进而对碳刷进行快速降温，降低碳刷磨损速度；降低发电机的功率，可以降低发电机的转子的转速，进而降低碳刷磨损速度。当采取降低碳刷磨损速度达到预设时间之后，获取此时第一碳粉浓度检测件10所检测到的第一碳粉浓度，如果此时第一碳粉浓度还是大于等于第一阈值，则判定碳刷磨损较大，控制发出提示动作，需要及时
更换碳刷。例如，将冷却风扇的转速从1300rpm调高至1400rpm，风力发电机的功率从额定功率降至0.9倍额定功率。可以理解，冷却风扇45的转速及风力发电机的功率需要根据具体情况来确定，并不局限于此。
39.具体地，当第一碳粉浓度大于等于第一阈值时，控制提示部发出提示，提示部包括灯光提示器和语音提示器中的至少一种，此时提示为灯光和/语音通过灯光和/语音来提醒工作人员。可以理解，作为可替换的实施方式，也可以不设置提示部，提示可以为显示在显示屏上的提示信息。
40.在本实施例中，当第一碳粉浓度小于第一阈值时，获取第二碳粉浓度检测件20所检测到的第二碳粉浓度及冷却风扇45的转速；根据第一碳粉浓度、第二碳粉浓度及冷却风扇45的转速确定碳刷的磨损量；根据碳刷的磨损量控制发出提示动作；其中，冷却风扇45的风量与冷却风扇45的转速成正比，碳刷的磨损量为第一碳粉浓度和碳粉浓度之差与冷却风扇45的风量的乘积。由于冷却风扇45的进风口吸入的空气是机舱42内的空气，第一碳粉浓度和第二碳粉浓度之差为碳刷磨损后形成的碳粉的实际浓度，再结合空气的风量，可以计算出单位时间内碳粉的排出量，也是碳刷的磨损量，根据碳刷的磨损量可以准确反映碳刷的磨损情况，便于及时更换碳刷，也可以延长碳刷的使用寿命。
41.在本实施例中，根据碳刷的磨损量控制发出提示动作的步骤包括：判断碳刷的磨损量是否大于等于预设磨损量；当碳刷的磨损量大于等于预设磨损量时，则判定碳刷磨损较大，控制发出提示动作，提醒工作人员需要更换碳刷。
42.在本实施例中，当碳刷的磨损量小于预设磨损量时，判断第二碳粉浓度是否大于等于第二阈值；当第二碳粉浓度大于等于第二阈值时，则判定排碳管44泄漏并控制发出提示动作。通过监测机舱42内的碳粉浓度可以判断排碳管44是否存在泄漏，当排碳管44泄漏时，需要工作人员及时对排碳管44进行维修，进而可以保护机舱42内其他部件，有效的避免碳粉泄露引起的发电机及其他部件污染。
43.本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现上述的碳刷磨损监测方法。
44.具体地，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-only memory，rom)、随机存储记忆体(random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
45.从以上的描述中，可以看出，本发明的上述的实施例实现了如下技术效果：
46.1、排碳管44中设置第一碳粉浓度传感器，在机舱42内设置第二碳粉浓度传感器，可以监测碳粉浓度，再通过风量估算碳刷磨损量，无需对碳刷进行改造，即可估计磨损量，便于及时更换碳刷。
47.2、通过监测排碳管44中的碳粉浓度可以判断对碳刷运行影响最大的工况，以延长碳刷寿命。
48.3、通过监测机舱42内的碳粉浓度可以判断排碳管44是否存在泄漏，运维人员实时处理碳粉泄露，保护机舱内其他部件，避免碳粉泄露引起的发电机及其他部件污染。
49.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。