风电叶片监控系统解决方案

避免二次损伤
• 叶片在被雷击损伤3m后制造出强大的噪声，当地人因此报了警，警察通知运营商在2:15执行了停机。
气动不平衡
2号叶片一直低于正 常载荷值
Occurences
挥舞振幅
• 叶片振荡振幅比较为叶片的载荷分布提供了一种测量方法
变桨故障
• 变桨传感器故障导致1号叶片 (红色)的桨距角随机变化。
• 翼梁脱胶后，高频段的信号能量趋势线越来越高。
• 红色: 叶片 1 • 蓝色: 叶片 2 • 绿色: 叶片 3
3号叶片的信号能量明显增加
叶片平均信号能量的差异
时间周期 (2 weeks)
检测损伤的案例
案例：翼梁松动开裂导致的损伤 在几周之内，损伤达到了导致危险的尺寸 若无检测功能，将导致叶片折断或脱落
含自动启机功能的认证
系统的GL认证。
BLADEcontrol® 检测的叶片故障类型
气动表面壳体损伤
- 裂痕和分层，尤其是前缘和尾缘 - 雷击导致的叶尖开裂
结构支撑件的损伤（致命）
- 腹板分层或断裂 - 梁 / 翼梁分层或断裂 - 叶片轴承损伤
气动表面
前缘
腹板 翼梁
松动部件
- 叶片内 - 轮毂内 - 叶片外部
覆冰检测系统的运营改善情况
与非基于叶片分析系统的比较：
- 基于叶片的覆冰检测可以显著缩短停机时间50~90% - 更高的安全性，有效防止甩冰
实际案例：两台Vestas V80风机比较：
- 在典型的冬季进行风机停机分析 - 基于气象数据和结冰传感器的风机停机：168小时 - 基于叶片系统分析的风机停机：53小时 - 结果:
2、由于积冰厚度不一，叶片原有的气动外形将发生 改变，降低机组的风能利用系数，从而造成发电功率 降低，严重时还可造成机组无法正常启动；
3、风机上的测风仪结冰后，将无法正常工作，使测 量数据不准，影响机组的正常运行和控制；
4、结冰后，风机抛出的冰块可能会伤害到风机自身 及其附近的人或物。
Time in days
每只叶片结冰超过250kg 未结冰
• 由于结冰，所有振动的固有 频率都降低了。
• 叶片固有频率，也包括转子 的固有频率。
大量覆冰
Frequency in Hz
叶片覆冰检测
风机待机状态下和运行过程中结冰情况是不一样的。
前缘结冰情况: 冰形成厚度沿叶片半径增加
叶片覆冰检测
示例：同一个风场的不同风机的结冰速率。 第一台风机进入结冰严重告警与最后一台进入结冰严重告警相差了5个小时。
风电叶片监控系统解决方案
为什么要对叶片进行状态监测?
叶片是风机中受压最大的部件之一
- 面临着极端的外部条件，而且动态载荷大。
叶片更换费用非常昂贵
在极端损坏情况下，风机必须立刻停机减少直接或二次损害。
如果能提早发现损伤，叶片可以很好地被修复。
目前，主要检测手段是视觉，但这种方法时间间隔长，非实时，且花费巨大。 完全不适用于海上风机
防腐层脱落
3 hours
18 hours
• 及时的检测到防腐层脱落，可以预防发电量损失和叶片腐蚀。
传动链扭振超限检测
振幅超过正常值的10倍!
触发了警告信息给客户
传动链修正后的振幅图
• 基于风速的传动链扭振幅值图
• BLADEcontrol® 系统监测到异常 后通知了客户
• 调整完传动链阻尼控制参数， 振幅下降到10 %
▪ 自动重启 可获得更高收益
▪ 经过DNV GL认证 得到官方认可
改善运营
▪ 检测动态不平衡 提高收益 降低载荷
▪ 动态载荷配准 预防过载
▪ 显著的运行状态检测 避免额外支出
覆冰检测DNV-GL证书 / 叶片状态监测系统DNV-GL 证书
BLADEcontrol® 覆冰检测，2008年获得了DNV-GL 的认证。 BLADEcontrol® 在2013年获得了首个风机叶片状态监测
✓ 基于叶片分析的检测系统相比其他方式降低68.5%的停机时间 ✓ 考虑到当地的入网电价，推断冬季(6个月)可能节省约25000€
(168-53)约4.8天额外停机，2MW的风机，一个冬季将额外损失230MW的发电量
230MW * 0.5 CNY/KWh= 115,000 ¥
积冰甩出
翼梁脱胶ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ损伤信号
时间线（数周）
偏离三个叶片 的加权平均值
通过检测叶片的初始损伤来防止叶片失效
• 未受损叶片：叶片 1 (红色), 2 (蓝色) 和 3 (绿色)叶片频谱重合很好
• 数据来自冰检，不含损伤检测
• 叶片 1 (红色) 损伤清晰可见 • 初始损伤：雷击后叶尖开裂
• 风机持续在25m/s的风速下运行，30分钟后脱落 • 如果损伤检测开启，及时停机可以避免叶片损失
变桨轴承故障检测
• 变桨轴承更换前15个月，监测到变桨轴承出现故障。
首次损伤
时间跨度15个月
变桨轴承更换
系统应用情况
在线监测: >2,400* 总共售出: >3,000*
背景
- 超过 9,000* 个机器年的监控经验，超过25个国家进行过安装
市场分布
- 主流OEM厂家和大型运营商的选择（标配，选配，基于项目合作） - 覆盖了广泛的风机和叶片类型，陆上海上机型
（防损保护层，扰流器）
气动不平衡
- 变桨偏差 - 变桨传感器故障
尾缘
测量单元 HMU
机舱接入点 APNAC
数据评估服务器 ECU
轮毂传感器
监控中心
风机主控
叶片传感器
——毫米范围分辨率的冰层厚度监测
1、叶片表面的积冰造成的冰载不同，使机组的不平 衡载荷增大，从而降低风机的零部件寿命，对机组造 成较大的危害；
状态监测系统的两大功能
- 提高可利用小时数
• 覆冰检测 • 静态和动态载荷评估
- 叶片损伤检测
• 雷击检测 • 叶片内部和外部损伤
损伤检测
▪ 更早检测到叶片的损伤 降低维修成本
覆冰检测
▪
严重损伤给出自动停机信号 安全操作，避免灾难
▪
精确检测叶片覆冰 安全操作
▪ 经过DNV GL认证 得到官方认可
BLADEcontrol® 是叶片监控系统的先驱
- 覆冰检测在2008年即通过了GL认证 - 叶片状态监控系统在2013年通过GL认证
Web Visualisation 可视化界面
有竞争力 完全自主的内部硬件和软件开发 几乎适合所有类型风机（1兆瓦以上） 拥有最高级别数据安全性
经过验证 • 销售超过3,000套系统 • 超过9,000机器年的监控经验 • 安装在超过33个国家