風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈系統(tǒng)扭振狀態(tài)的監(jiān)測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈系統(tǒng)扭振狀態(tài)的監(jiān)測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪側(cè)能量通過傳動鏈轉(zhuǎn)移至電機(jī)側(cè)，在柔性軸系中，這種能量傳遞伴隨扭轉(zhuǎn)振動。產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動的根本原因是旋轉(zhuǎn)機(jī)械的主動力矩與負(fù)荷反力矩之間失去平衡，致使合成扭矩的方向來回變化。另外，葉片面內(nèi)擺振也會對傳動鏈系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動產(chǎn)生影響。
[0003]扭振具有破壞性，輕者使作用在軸上的扭應(yīng)力發(fā)生變化，增加軸的疲勞損傷，降低使用壽命，嚴(yán)重時會導(dǎo)致機(jī)組軸系損壞或斷裂，影響機(jī)組安全可靠運(yùn)行。
[0004]目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)傳動鏈系統(tǒng)扭振狀態(tài)監(jiān)測主要通過振動信號采集和處理進(jìn)行監(jiān)測。但需要在傳動鏈各部件的關(guān)鍵點(diǎn)位加裝振動傳感器，信號采集和處理往往還要額外的CPU，增加了成本。如何利用機(jī)組自身測量信息，通過數(shù)據(jù)加工和轉(zhuǎn)換表征傳動鏈系統(tǒng)扭振情況，是業(yè)界重點(diǎn)研究的技術(shù)問題。
[0005]發(fā)明專利201210306986.6公開了一種風(fēng)力機(jī)傳動系統(tǒng)扭振測量方法及裝置。該方法包括:同步采集傳動鏈主軸前端轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)末端轉(zhuǎn)速的脈沖信號，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；計算傳動鏈軸系等效轉(zhuǎn)速差；對等效轉(zhuǎn)速差序列信號做快速傅里葉變換，得到該信號的頻域信號；對頻域信號進(jìn)行濾波；通過傅里葉微分、積分反變換求得扭轉(zhuǎn)角加速度和扭轉(zhuǎn)角度。該裝置包括分別安裝在主軸前端和發(fā)電機(jī)末端的兩個旋轉(zhuǎn)編碼器，以及與兩個旋轉(zhuǎn)編碼器連接的信號處理裝置。無需單獨(dú)的信號采集單元，結(jié)構(gòu)簡單，體積小，性能穩(wěn)定，可靠，使用壽命長，可以有效剔除噪聲和干擾信號，得到準(zhǔn)確的軸系扭轉(zhuǎn)角度。
[0006]申請?zhí)枮?01220448651.3的實用新型提供了一種風(fēng)電機(jī)組傳動鏈故障檢測裝置。該裝置包括設(shè)置于風(fēng)電機(jī)組傳動鏈旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處的聲音傳感器、與聲音傳感器連接的聲音采集電路、及與聲音采集電路連接的單片機(jī)系統(tǒng)；所述單片機(jī)系統(tǒng)包括小波頻譜變換模塊、正常頻譜存儲模塊、頻譜對比分析模塊及邏輯控制模塊；其中，小波頻譜變換模塊與聲音采集電路、正常頻譜存儲模塊、頻譜對比分析模塊分別連接，頻譜對比分析模塊與正常頻譜存儲模塊及邏輯控制模塊分別連接，邏輯控制模塊與正常頻譜存儲模塊連接?；诼曇纛l譜分析，能夠?qū)鲃渔湽收习l(fā)生的過程進(jìn)行檢測并提前預(yù)報，從而提高風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行性能，消除相關(guān)的安全隱患。
[0007]上述這些專利雖然能夠?qū)鲃渔溑ふ窆收线M(jìn)行監(jiān)測，但需要加裝額外傳感器和信號處理單元，增加了成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動鏈系統(tǒng)扭振狀態(tài)的監(jiān)測方法。
[0009]本發(fā)明將傳動鏈振動狀態(tài)量化到電機(jī)轉(zhuǎn)速波動，利用數(shù)據(jù)處理方法，提取發(fā)電機(jī)測量原始轉(zhuǎn)速，剔除干擾以及與傳動鏈振動相關(guān)性小的信號，保留轉(zhuǎn)速中表征傳動鏈振動狀態(tài)的關(guān)鍵成分，并對轉(zhuǎn)速信號提取量進(jìn)行監(jiān)測。
[0010]本發(fā)明包括以下步驟:
[0011]1、采集發(fā)電機(jī)原始轉(zhuǎn)速，并分別通過兩個不同濾波時間的一階低通濾波器，對兩個濾波結(jié)果做差，進(jìn)而去除發(fā)電機(jī)原始轉(zhuǎn)速的直流分量，保留交流信號。所述一階低通濾波器的傳遞函數(shù)為:G(S) = l/(s+T)，
[0012]傳遞函數(shù)采用拉普拉斯變換的s函數(shù)表示，其中s為函數(shù)自變量，T為一階濾波時間系數(shù)。T越大，保留的信號頻率越低。對于計算步長20ms的PLC單元，一般兩個低通濾波器的時間常數(shù)分別選取6和60。
[0013]2、對步驟1提取的交流信號進(jìn)行陷波過濾，濾波后的結(jié)果再被步驟1提取的交流信號相減，提取出原始電機(jī)轉(zhuǎn)速中傳動鏈振動頻率的波動信號。其中陷波濾波器的傳遞函數(shù)為:G(s) = (s2+oi2)/ (s2+2 ξ ω s+ ω2),
[0014]傳遞函數(shù)采用拉普拉斯變換的s函數(shù)表示，其中s為函數(shù)自變量，ω為頻率系數(shù)，表示陷波的中心頻率，ξ為阻尼系數(shù)，影響陷波中心頻率信號衰減的幅度。
[0015]3、對步驟2提取的原始電機(jī)轉(zhuǎn)速中傳動鏈振動頻率的波動信號進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)在一定時間內(nèi)該波動信號超過閾值的振蕩次數(shù)達(dá)到保護(hù)值，則觸發(fā)電機(jī)保護(hù)，避免機(jī)組運(yùn)行在傳動鏈系統(tǒng)扭振狀態(tài)。
[0016]因考慮噪聲的存在，提取的信號不能直接沿用數(shù)學(xué)上極值的判斷方法求取波形的峰值。因此本發(fā)明通過以下方法監(jiān)測波動信號，判斷其波形區(qū)間，對傳動鏈扭振故障進(jìn)行監(jiān)測，以便選擇對應(yīng)的邏輯條件，實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)組的保護(hù)。
[0017]將提取的傳動鏈振動頻率的波動信號劃分為七個區(qū)域。計時器未啟動時，提取信號在區(qū)域一，此時持續(xù)檢測波動信號的大小，不斷清零計時器和計數(shù)器。但當(dāng)提取的波動信號大于正閾值時，進(jìn)入?yún)^(qū)域二，當(dāng)波動信號剛跳入?yún)^(qū)域二時啟動計時器，并對計數(shù)器加一。當(dāng)提取的波動信號小于負(fù)閾值時，進(jìn)入?yún)^(qū)域三；當(dāng)波動信號剛跳入?yún)^(qū)域三時，啟動計時器，并對計數(shù)器加一。在區(qū)域二時，當(dāng)提取的波動信號小于零，進(jìn)入?yún)^(qū)域四。而在區(qū)域三時，當(dāng)提取的波動信號大于零，則跳進(jìn)區(qū)域五。在區(qū)域四時，當(dāng)提取的波動信號小于負(fù)閾值，進(jìn)入?yún)^(qū)域六，當(dāng)波動信號剛跳入?yún)^(qū)域六時，計數(shù)器加一。在區(qū)域五時，當(dāng)提取的波動信號大于正閾值進(jìn)入?yún)^(qū)域七，當(dāng)波動信號剛跳入?yún)^(qū)域五時計數(shù)器加一。
[0018]在非區(qū)域一時，當(dāng)計時器到達(dá)時間t時，則調(diào)回區(qū)域一，而計數(shù)器值達(dá)到保護(hù)值η時，則對機(jī)組扭振狀態(tài)標(biāo)志置位并執(zhí)行相應(yīng)停機(jī)邏輯。
【附圖說明】
[0019]圖1機(jī)組扭振過程轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩曲線圖；
[0020]圖2扭振保護(hù)模塊簡示；
[0021]圖3 —階低通濾波器函數(shù)波特圖；
[0022]圖4陷波濾波器函數(shù)波特圖；
[0023]圖5扭振保護(hù)方法區(qū)域切換示意圖；
[0024]圖6機(jī)組某次機(jī)組扭振故