大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線檢測裝置|風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置

產(chǎn)品性能指標(biāo)：可完成國產(chǎn)化1.25MW及2MW風(fēng)力機(jī)控制系統(tǒng)的運行過程模擬及在線運行狀態(tài)檢測。

    系統(tǒng)示意圖：如下圖

  系統(tǒng)示意圖

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制與檢測研究平臺依托上海市重點學(xué)科“電力電子與電力傳動”建設(shè),主要包括7.5kW風(fēng)力發(fā)電機(jī)電氣控制系統(tǒng)實驗平臺、10KW雙饋發(fā)電機(jī)模擬實驗臺,永磁同步電機(jī)并網(wǎng)實驗系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)液壓系統(tǒng)實驗站、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線檢測裝置以及BLADED風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計軟件等，可以完成永磁、雙饋風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)控制實驗、風(fēng)電機(jī)組的變槳、偏航實驗，風(fēng)電機(jī)組的振動模擬與檢測、風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計與仿真實驗，開展大型風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)控制、振動監(jiān)測、可靠性分析、系統(tǒng)建模等方面的研究工作。

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)在線檢測裝置|風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置目前的主要研究內(nèi)容：

1.風(fēng)電機(jī)組的并網(wǎng)及控制：通過變槳與變流系統(tǒng)的控制，通過合理的優(yōu)化控制，降低風(fēng)電機(jī)組的諧波和閃變，提高風(fēng)電的電能質(zhì)量，提高風(fēng)電機(jī)組對電網(wǎng)波動的適應(yīng)性；針對電網(wǎng)電壓波動、不平衡及低電壓穿越等問題，研究對風(fēng)電機(jī)組的主控及變流器進(jìn)行相應(yīng)的適應(yīng)性改造方案，控制策略及控制裝置。

在中、短期功率預(yù)測的基礎(chǔ)上，結(jié)合電網(wǎng)的調(diào)度命令，研究風(fēng)電場的能量管理和功率調(diào)度方法。分別研究針對單臺機(jī)組有功、無功功率調(diào)度的風(fēng)電機(jī)組主控、變槳系統(tǒng)、變流器控制策略，以及風(fēng)電場功率調(diào)度中的補(bǔ)償電容器、SVG、SVC、有載調(diào)壓變壓器等電壓、無功調(diào)節(jié)手段的控制方法及調(diào)度預(yù)案。

2.風(fēng)電機(jī)組故障檢測與在線監(jiān)測：過對風(fēng)電機(jī)組的運行特征及電氣部件、機(jī)械部分、控制部分關(guān)鍵狀態(tài)檢測數(shù)據(jù)，建立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)動靜態(tài)故障模型集，結(jié)合風(fēng)電機(jī)組振動檢測及在線監(jiān)測系統(tǒng)，建立風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障演化機(jī)理及安全防御策略模型，解決風(fēng)電設(shè)備故障間歇性運行問題。

3.風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及大部件運行性分析：研究風(fēng)電機(jī)組全壽命過程質(zhì)量評估體系、方法及標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合傳統(tǒng)大型機(jī)電設(shè)備運行壽命及其零部件性能失效規(guī)律的分析、研究方法，對陸地及海上風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及各部件的運行可靠性進(jìn)行分析建模，提出大型風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及關(guān)鍵零部件故障分布規(guī)律及其壽命預(yù)測方法。

4.風(fēng)電場布局優(yōu)化與功率預(yù)測方法：采用粒子群等優(yōu)化算法，結(jié)合WAsP、WindFarmer等風(fēng)電場設(shè)計仿真軟件，研究風(fēng)電場布局的優(yōu)化設(shè)計方法；通過對多種方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的布置方案，使風(fēng)電場獲得較好的發(fā)電量。

結(jié)合風(fēng)電場風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)化布局、風(fēng)機(jī)運行的歷史記錄及氣象資料，研究陸地及海上風(fēng)電場中、短期風(fēng)電功率預(yù)測方法，為風(fēng)電場能量管理與功率調(diào)度提供依據(jù)。

5.齒輪箱振動測試系統(tǒng):通過COMMTEST狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對齒輪箱故障進(jìn)行振動信號采集，應(yīng)用相關(guān)算法對采集的振動信號進(jìn)行分析、診斷，得出齒輪箱故障診斷結(jié)果；系統(tǒng)具備在不破化齒輪箱零部件的前提下提供齒裂、軸不平衡，軸不對中、軸向竄動等故障，并且可以在正常與故障狀態(tài)之間快捷靈活切換，研究方法可用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱系統(tǒng)的故障分析。

1  硬件結(jié)構(gòu)和機(jī)械結(jié)構(gòu)

安裝在模擬機(jī)艙上同模擬風(fēng)能的電動機(jī)直接連接。其在線測量的傳感器均安裝在模擬機(jī)艙內(nèi)。

機(jī)組參數(shù)包括

ü   轉(zhuǎn)速參數(shù)：

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、齒輪箱轉(zhuǎn)速、電動機(jī)帶動輪轂轉(zhuǎn)速

ü   溫度參數(shù)

       發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱溫度、齒輪箱油壓、齒輪箱液位等

ü   振動與噪聲參數(shù)

2 相關(guān)技術(shù)參數(shù)

工作環(huán)境條件：

環(huán)境溫度：-10℃－40℃

相對濕度：5%－95%

交流電源電壓：220V±10%，50Hz±1%

機(jī)組參數(shù)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、齒輪箱轉(zhuǎn)速、電動機(jī)帶動輪轂轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)溫度、齒輪箱溫度

3  所具備的實驗功能

引入發(fā)電機(jī)在線檢測具備了與風(fēng)力發(fā)電測量技術(shù)相關(guān)的實驗

ü   風(fēng)能與輪轂轉(zhuǎn)速對比實驗

ü   輪轂、齒箱及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速對比及效率實驗

可供選擇的系統(tǒng)配置情況：

系統(tǒng)配置：

組件一：MasCon16W （唐智振動傳感器）

MasCon16W是*狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中非常關(guān)鍵的一員。是SKF專門為風(fēng)力發(fā)電機(jī)開發(fā)的一套智能監(jiān)測單元，是一個IP65等級認(rèn)證測量單元，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境并且符合CE要求。

MasCon16W配有16個模擬信號輸入，該動態(tài)信號可以通過設(shè)置用于多種傳感器，例如：加速度、速度和位移或者其它易采用的參數(shù)。通過變光開關(guān)設(shè)置，每個輸入可以設(shè)置為ICP（加速度傳感器），4-20mA ±15V 或者±25V。除了模擬通道之外，可以使用2個數(shù)字通道來測量轉(zhuǎn)速、觸發(fā)或者數(shù)字狀態(tài)來指示何時進(jìn)行測量。

Mascon系統(tǒng)的主要特點

·         電氣防護(hù)，絕緣，符合所有相關(guān)的CE標(biāo)準(zhǔn)

·         MasCon16W*的內(nèi)置硬件自動診斷系統(tǒng)能持續(xù)檢查所有傳感器，電纜接線和電子的故障，信號中斷，短路或電源故障。任何故障都能觸發(fā)警報，如果系統(tǒng)電源出故障，在恢復(fù)電源時，整個系統(tǒng)會自動重啟

·         4通道同步測量高達(dá)10 kHz 的頻率。單通道測量高達(dá)40 kHz的頻率

·         傳送至基于PC的ProCon設(shè)備診斷軟件的數(shù)據(jù)能迅速通過有線或無線的以太網(wǎng)TCP/IP進(jìn)行處理

·         鑒于我們振動專家提供的后備支持工作，所有的信息能通過調(diào)制解調(diào)器或電子郵件進(jìn)行傳送。我們?nèi)旌蚪邮諄碜允澜绺鞯氐臄?shù)據(jù)

·         良好的低轉(zhuǎn)速測量特性

每個MasCon 16W單元適用于

·         振動，溫度，壓力等16個測量模擬通道，每模塊4通道。

·         2個通道數(shù)字輸入，脈沖信號，速度及開關(guān)量等。  

 其它重要特點：

·         適用于任何類型的傳感器，信號和測量配置。

·         每個通道能輸出多個測量參數(shù)。

·         每個測點分別設(shè)置警告和報警狀態(tài)。

·         可使用設(shè)備轉(zhuǎn)速和/或負(fù)載控制警告和報警。報警信號，尤其是風(fēng)力發(fā)電機(jī)故障類型，如不平衡，齒輪損壞等。                                                                                                                                             

注：關(guān)于MasCon16W硬件的詳細(xì)資料，請參考定貨附件。

組件二：分析軟件ProCon

ProCon 監(jiān)測系統(tǒng)的功能和特點：

ProCon軟件是一套專家向?qū)У臋C(jī)器分析軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的機(jī)器狀態(tài)診斷，對機(jī)器和過程的正確評估提供沒有專家時的專家意見。成功的機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測必須基于為數(shù)據(jù)管理和分析提供功能強(qiáng)大、用戶友好的機(jī)器故障診斷軟件。

使用專家向?qū)Э梢苑浅Ｈ菀自赑roCon軟件中創(chuàng)建新的機(jī)器，同時能夠自動生成頻段報警，分辨率，缺陷頻率和機(jī)器診斷設(shè)置等數(shù)據(jù)。

ProCon軟件既可用于在線測量單元，又可用于便攜式的三向測量單元，即同時兼容離線監(jiān)測系統(tǒng)的運行，如 PerCon 4 和 Microlog數(shù)據(jù)采集器。

監(jiān)測特點：

樹狀結(jié)構(gòu) – 用鼠標(biāo)點擊想要的測點，會自動顯示過期測點和報警指示。

系統(tǒng)概觀 – 顯示所有前端監(jiān)測裝置、傳感器和測點的狀態(tài)，如前端監(jiān)測裝置的通訊狀態(tài)。

連續(xù)跟蹤 – 自動跟蹤某個特定參數(shù)隨時間、機(jī)器轉(zhuǎn)速或任何其它模擬數(shù)據(jù)（如功率MW, 油溫等）的變化趨勢?？梢栽O(shè)置報警觸發(fā)值和根據(jù)機(jī)器負(fù)載和轉(zhuǎn)速進(jìn)行自動調(diào)節(jié)報警設(shè)置。同時也顯示各種實時數(shù)據(jù)動態(tài)。

過程概觀 – 圖示所有相關(guān)機(jī)器結(jié)構(gòu)，包括各個測點的實時數(shù)據(jù)，如振動水平，過程傳感器數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的圖形化顯示。

機(jī)器照片 – 黃色和紅色測點指示燈標(biāo)明機(jī)器的警告和報警狀態(tài)。每臺機(jī)器的報警水平可以自動和手動設(shè)置，智能化機(jī)器診斷功能自動激活。

信號處理：

測量數(shù)據(jù)的處理過程在前端監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)完成，處理過程如下：

快速傅立葉變換FFT  – 在特定的頻率范圍內(nèi)顯示信號的頻率和相位譜圖。利用多個軟件提供的幫助功能，可對具體的機(jī)器故障作進(jìn)一步的深入分析，如觀導(dǎo)流管內(nèi)紊流導(dǎo)致的振動、不平衡和對中問題。顯示實時振動頻譜圖。 

直流信號DC – 用于評估電渦流探頭的直流信號(如由于溫度變化引起的靜態(tài)移動)，用單位 [mm]表示 或 測量轉(zhuǎn)換器的電壓信號(如有用功/無用功) ，用單位[MW / MVAR]表示。

離散頻率 – 對于每一個通道, 振動水平可以在四個分開的頻率范圍內(nèi)監(jiān)測，用戶可自由選擇。這些頻率范圍可以是機(jī)器運轉(zhuǎn)速度，負(fù)載或任何其它模擬數(shù)據(jù)（MW，水位等）的函數(shù)。對于每一個頻率，其帶寬和諧波數(shù)量也是可選的。

總值Overall – 用于評估在用戶選擇的頻率范圍內(nèi)的振動總值（有效值RMS，峰值 或峰峰值）。 不管是使用非接觸式傳感器還是速度傳感器或加速度傳感器，總值都可以用位移[mm or mils], 速度 [mm/s or ips] 或加速度 [m/s² or g’s]來描述。

對于每個信號處理過程都可以單獨設(shè)置報警值水平和跳車值水平。對于直流信號，也可以設(shè)置信號偏小時的報警值水平和跳車值水平。

數(shù)據(jù)分析：

缺陷頻率 –每個機(jī)器部件和不同部件之間的相互作用在系統(tǒng)內(nèi)有了定義。基于這些信息，所有機(jī)器的缺陷頻率都能自動計算出來，并在用戶看到的頻譜圖上顯示出來。

數(shù)字峰值包絡(luò)分析 DPE– DPE代表了對軸承早期故障檢測的主要技術(shù)進(jìn)步，這種技術(shù)優(yōu)于過去所使用的所有滾動軸承故障檢測技術(shù)。

有效值RMS – 自動顯示每個頻譜的振動有效值。

軸心軌跡圖 – 利用兩個互相呈垂直安裝的傳感器信號，根據(jù)用戶定義的頻率范圍實時顯示軸心的運動軌跡。

機(jī)器診斷 – 內(nèi)置了大多數(shù)常見機(jī)器故障診斷的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則，如不平衡，不對中，各種軸承缺陷，齒輪缺陷和汽蝕等故障。用戶可以非常容易進(jìn)行的自定義故障診斷規(guī)則的設(shè)計。一旦一個測點觸發(fā)了一個報警，將自動激活機(jī)器的故障診斷過程。 ProCon系統(tǒng)將自動執(zhí)行頻率分析和核對機(jī)器的故障類型。 

歷史數(shù)據(jù)的比較 – 在不同時間測得的振動頻譜可同時顯示或單獨比較，同時也能夠選擇特定幾個測點一起顯示和比較。如果選擇設(shè)定一個基準(zhǔn)頻譜，那么就可自動實現(xiàn)與新測量數(shù)據(jù)或較早測量數(shù)據(jù)之間的比較。

諧波分析 – 在用戶定義的頻率范圍內(nèi)，可以顯示各個諧波頻率。系統(tǒng)自動計算zui合適的諧波分量以*顯示相應(yīng)的諧波分量，諧波分析通常與缺陷頻率分析一起使用。 

邊帶分析 – 在用戶定義的頻段內(nèi)顯示邊帶頻率以得到清晰的邊帶頻率，也通常與缺陷頻率分析一起使用。

組件三: 加速度傳感器（無）

該系統(tǒng)使用高質(zhì)量加速度傳感器，殼體電子絕緣和內(nèi)部屏蔽。

主軸、齒輪箱、發(fā)電機(jī)和結(jié)構(gòu)的機(jī)械分析可以通過在機(jī)器安裝加速度傳感器來完成。傳感器徑向方向的運動將會積壓傳感器中的壓電晶體，由于裝填的質(zhì)量塊的慣性力，產(chǎn)生臨時的電荷，通過傳感器集成電路轉(zhuǎn)換為電壓。這個信號分為DC分量和與加速度成正比的波動的AC電壓信號，MasCon16W測量和分析這個信號。

SKF CMPT 2310W傳感器具有全密封的不銹鋼的殼體，帶有用編織條帶屏蔽的不銹鋼電纜。它具有小尺寸的外殼、側(cè)面輸出的電纜，廣泛的安裝在各種惡劣的工況和狹小的空間。不銹鋼和全密封的結(jié)構(gòu)使得它適用于潮濕和腐蝕的環(huán)境。傳感器的電纜是雙層絕緣的，具有優(yōu)良的抗磨損型。

傳感器電纜具有的信號傳輸性、低的電容、充分的屏蔽和可靠的機(jī)械特性。傳感器和內(nèi)部電纜的屏蔽/接地是與傳感器的外殼*絕緣的； 這避免了構(gòu)建特殊的接地環(huán)路。它的安裝基座和緊固件是*與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的加速度傳感器*的。

CMPT 2310W普通加速度傳感器技術(shù)特征：

·               100mv/g 靈敏度

·               堅固的設(shè)計，不銹鋼和全密封的外殼

·               配有5m、10m、15m帶有用編織帶屏蔽的不銹鋼電纜

·               直觀的接口，帶色標(biāo)和編碼的電纜

·               標(biāo)準(zhǔn)的安裝技術(shù)，使用側(cè)面輸出的電纜和內(nèi)凹的安裝螺紋

·               傳感器的內(nèi)腔與機(jī)器的接地絕緣

·               低噪聲、高沖擊耐受性，和過載保護(hù)的電子器件

靈敏度  ……………....………………………. 100 mV/g  ( ± 10% )

幅值范圍 ...............……...….………………..  70 g

頻率響應(yīng)  ............…………………………… 1Hz - 10,000 Hz

重量 .........................................................…210克 (不帶電纜)

殼體材質(zhì) ..............................................……304不銹鋼

溫度范圍 ................…………….....…………-30° C to 140° C 

風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及應(yīng)用實訓(xùn)裝置系列產(chǎn)品