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1、大型风力发电机组远程故障诊断系统南京协宏软件技术有限公司2015年01月目录1系统概述41.1系统名称41.2风电背景42编制依据及系统概述42.1系统概述52.2技术基础52.3项目技术特点52.4设计制造的行业技术标准63系统结构与特点63.1系统结构总图73.2系统测点配置73.3系统硬件特点83.3.1数据采集监测站 Drivetrain DAU83.3.2数据服务器93.3.3传感器93.4系统实时监测功能103.4.1实时监测103.4.1总貌图描述123.4.2棒图描述133.4.3波形频谱图描述133.4.4趋势跟踪图描述143.5分析诊断功能153.6数据管理功能203.6.
2、1数据记录的存储策略203.6.2事故追忆功能203.6.3数据传输的可靠性策略203.6.4数据记录稀疏策略213.6.5数据备份方法213.6.6用户数据检索功能214远程监测与诊断中心224.1远程监测中心系统结构图224.2系统硬件特点221系统概述1.1系统名称大型风力发电机组远程故障诊断系统1.2风电背景近十年来，风力发电在全世界范围内得到了持续高速发展，为应对全球气候变化作出了重要贡献。风能作为一种清洁的可再生能源已成为低碳经济的重要标志之一。我国在大规模的风能利用方面虽然起步较晚，但近些年来发展非常快，到2009年年底，全国风力机械标准化技术委员会共制定发布风力发电国家标准和行
3、业标准61项，累计装机容量跃过20GW大关，达到25.8053GW。2009年当年，我国新增风机10129台，装机容量13，8032GW，占全球新增风电装机的1/3，超过美国排名全球第一。据国家发改委能源司对未来国家能源战略划，到2020年中国的风电装机总容量将达到30GW。风力发电机组面对各种恶劣的工作环境及严格的电网条件，运行工况复杂多变，各种因素使风力发电机组的可利用率，风电转换效率及使用寿命受到很大影响，很多重大事故的发生，往往源于一个数据的错误或一种信息的疏忽。在一个现代化的大型风电场中，可能会有十几台甚至几十台上百台风力机，如何有效地对各风力机状态进行监测和分析，使整个风电场安全、
4、可靠、经济地运行就变得至关重要。由于风场的选址受到地理条件及风能资源的限制，各风场之间的距离可能会非常遥远，特别是对于海上风场的情况。在这样的前提下，如何方便快捷地对各风场运行状况进行监测和分析以及实现风场间的远距离数据通讯，保证多风场的统一管理运营及维护，并使得广泛的国内、国际技术合作和多方在线断得以实现，成为今后风电行业的新兴发展方向。本技术方案是依据风力发电机组远程状态监测与故障诊断的需求，结合我公司多年从事旋转机械远程在线状态监测和分析诊断以及风电设备状态监测及分析产品的开发和规模应用经验而编制的。2编制依据及系统概述2.1系统概述根据风力发电机组的技术特点，提出了以旋转机械远程在线状
5、态监测和分析诊断以及风电设备状态监测及分析产品的开发基础的成熟和系统的解决方案。该系统利用数据处理技术、现代先进的互联网技术和科学实用的监测技术，实现对风力发电厂实时在线状态监测与故障诊断。远程监测系统对机组实施远程实时在线监测，为电厂发电设备的运行、检修等日常管理工作提供技术支持。本方案提供的风电机组远程振动监测与故障诊断系统是基于INTERNET网络/内部虚拟网建立的一个集数据采集传输和管理、机组状态监测、事件报警管理，故障分析诊断、设备性能评估。本文件提供的系统：现场数据采集分析系统，该部分安装在电厂的机组现场；2.2技术基础南京协宏软件技术有限公司从2009年开始进行“机组远程在线监测
6、和故障诊断中心”的研发工作，目前公司产品已成功应用于风电、火电、水电、冶金、石化等行业。本方案书提供的技术基础是：1.南京协宏软件技术有限公司多年来积累的机组状态监测和故障诊断经验及多项发明专利。2.针对电力设备状态（包括风电机组）的软硬件的研制开发核心技术。3.成功推向市场的现有多种机组实时监测产品的经验。4.最新的机组管理思想和状态监测、故障诊断理论。5.采用先进的软硬件设计技术和唯一基于INTERNET的远程数据传输技术。2.3项目技术特点本方案书的技术可行性分析主要考虑以下几个关键技术问题：1.灵活的信号接入：系统可接收各种类型的信号：振动信号、过程量信号。可配套各种传感器：加速度传感
7、器，速度传感器、油液分析传感器，并可从监控系统获得各种各种电流电压信号，开关量信号等。2.数据的有效存储：灵敏监测功能可有效的记录机组事故前后的数据，有助于机组的故障分析，及早的发现故障隐患。数据采集站具备现地缓存功能，避免网络通讯故障时数据丢失。高保真数据压缩技术保证了机组有效数据的存储，并大大降低存储数据所用空间。3.专业的监测功：系统能够提供专业的监测图谱、数据列表以及完整的数据记录。先进的信号分析和数据管理技术能够帮助用户及早的发现轴承或者齿轮箱的故障隐患。专业的报警功能使得用户对机组的监控更加容易，事件追忆功能有助于机组的故障诊断。4.人性化的操作界面：系统操作非常人性化，经过简单培
8、训即可浏览整个系统数据。系统采用一键式软件安装和模块化组态设计。用户经过授权在任何一台计算机上，无需安装任何软件即可浏览系统监测图谱和数据。5.强大的远程监测功能：基于INTERNET的数据传输技术，远程访问的用户具备现地用户一样的监测和分析功能。2.4设计制造的行业技术标准DL/T 578 计算机软件测试文件编制规范DL5003 电力系统调度自动化设计技术规范DL5002 地区电网调度自动化设计技术规范GB3453 数据通信基本型控制规程GB3454 数据终端（DTE）和数据电路终端设备（DCE之间的接口定义）IEEE 802.3 网络技术标准GB23128 操作系统标准DL476 电力系统
9、实时数据通信应用层协议JB/T5234 工业控制计算机系统验收大纲GB7450 电子设备雷击保护导则DLT687-1999 微机型防止电气误操作装置通用技术条件GB/T17963-2000 信息技术开放系统互连网络层安全协议DL/T634.5104 远动设备及系统第5-104部分:传输规约采用标准传输协议子集的IEC60870-5-101网络访问国家经贸委电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定（2002第30号令）国家电力监管委员会第5号令电力二次系统安全防护规定相关的GB、IEC、IEEE、ISO、ANSI、DIN、JH、JIE标准3系统结构与特点3.1系统结构总图现场一层是由传
10、感器、数据采集单元 Drivetrain DAU、现场服务器。本地诊断中心 Local Care Centre组成的 系统，每一台本地诊断中心 LocalCare Centre都可以经 Internet向远程诊断中心服务器上传数据。3.2系统测点配置按照风电机组的结构特点，对机组的如下信号进行监测：风力发电机组的振动测点的布置示意图如图2所示，振动传感器主要布置在主轴、齿轮箱和发电机组上。其中在主轴轴承座、齿轮箱输入轴处各安装一只专用低频加速度传感器，齿轮箱外齿圈外壳、输出轴箱体外壳处以及发电机前后轴承座处各布置一只振动加速度传感器，用于全方位监测风力发电机组的振动状态。齿轮箱输出轴转速及发电
11、机功率建议由风机的监控系统接入。若风机监控系统无法输出功率和转速信号，则通过在齿轮箱上加装测速传感器进行机组转速的测量。油液监测可对机组轴承、齿轮箱润滑油的油质、油液中金属颗粒数进行监测。本方案书中推荐采用金属颗粒监测，系统可以实时监测油液中混入的金属颗粒数，并进行统计分析和趋势跟踪，对机组轴承、齿轮箱的日常运行磨损、故障损坏等起到实时的监测。3.3系统硬件特点3.3.1数据采集监测站 Drivetrain DAU采集监测站 Drivetrain DAU是一个以微处理器为核心的智能化的数据采集系统，由多块分布式板卡等组成，最终将各种传感器的信号转换成 A/D可以接受的信号。这种结构形式给工业现
12、场提供了最大的配置灵活性。Drivetrain DAU性能参数见下表：3.3.2数据服务器现场服务器由高性能的专业服务器和相应软件组成。现场服务器硬件选用美国IBM公司生产的高性能的服务器。主要完成功能：数据的长期存储与管理、基于 B/S结构的数据传输功能、专业的诊断分析图谱、系统管理及设置。3.3.3传感器美国CTC公司的加速度传感器，此传感器防磁、安装方便、响应快，已经得到广泛应用。参考指标如下：最大线性测量程 5g灵敏度 1000mV/g工作频响范围 0.34kHz谐振频率 12kHz幅值非线性度 5%工作温度 0130加速度传感器工作方式水平、垂直互相通用，为了使安装紧密，先在底座上均
13、匀的抹一层黄油，然后通过底部的5螺杆固定在底座上，只要用手旋紧即可，不需要专用工具。但固定传感器的螺丝一定要焊接在支座上，防止脱落图3-2加速度传感器安装示意图3.4系统实时监测功能3.4.1实时监测系统对机组当前的运行状态进行同步监视和显示，以数值、曲线、图表等各种形式，显示机组的各种状态分析数据，实现在线监测和分析功能。实时监测页面从不同的角度、分层次展现机组的状态信息。这些页面分别是：总貌图、棒图、波形频谱图、冲击谱图、趋势分析图、相关趋势分析图等系统布置总貌图图3-3:系统总貌布置图1图3-4:系统总貌布置图23.4.1总貌图描述功能：显示系统所监测的机组结构、测点分布以及这些测点的值
14、的实时变化情况。如有通道数值超标，则该通道显示颜色立刻区别于其他正常通道。显示：图谱显示当前机组的测点数据，左侧显示目前的动态信息。还会有文字信息显示获取数据的时间，在总貌图中所选中的通道的信息（包括值，报警门限等），被选中的通道将会以红颜色的框来表示。操作：点击“常规图谱”下“总貌图”或者快捷按纽可以调出此图谱。一个电厂可以有多个总貌图，如上图所示，可以通过点击图上的TAB标签在不同的总貌图之间进行切换。显示定制：用户可以通过右侧导航栏任意选择同一集团不同电厂、同一电厂不同机组的总貌图显示棒图图3-5:单值棒图3.4.2棒图描述功能：该图谱以单棒或多棒的形式显示振动测点各个特征值的大小、机组
15、转速大小、数据类型、时间。显示：有效值，峰值，峰峰值。同时用颜色显示该通道是否报警。显示定制：用户可以通过显示定制，选择任意通道，并设定一个界面内显示多少通道的棒值，单值、多值棒图内用户想看到的该通道的某频率成分等。实时波形显示图3-6:波形频谱图3.4.3波形频谱图描述功能：该图谱显示机组运行过程中各测点反映轴承、齿轮箱振动的实时波形图及频谱图，用户可以很直观的观察出该通道的波形是否正常，各频率组成成分是否符合机组特性显示：以实时坐标的形式显示机组的振动波形，频谱图中可显示该振动量各个主要频率成分的幅值大小，频率大小、倍频特征等。左侧导航栏显示该通道的主要特征信息。显示定制：通过显示定制调出右侧导航栏，用户可以自定义显示任一机组的任一通
