风电场状态在线监测系统

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报警状态概括
下载分析工具
BK – 申克风力发电机振动标准
发电机: • 按照ISO10816 第 3级1组的标准 (>300kW, 120rpm-15000rpm) • 柔性基础 = 11.0 mm/s RMS = 1.7m/s2 （25 Hz时） • 柔性基础 = 11.0 mm/s RMS = 0.9m/s2 （12.5 Hz时） • 在柔性支撑时允许乘以5 • 因此设定的极限值为 8.5 m/s2 RMS • 以上适用于通频振动值 • • • 在窄带宽时的系数可以为0.5 因此设定的极限值为4.2 m/s2 RMS 以上适用于1倍频和2倍频值
不需要行动.
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系统问题
硬件系统故障
请尽快解决
报警的状态总览表
报警状态识别
功能详尽的报警报告
WTG 分析软件，先进的诊断工具
风力透平的主页在我我们日常工作中要使用 – 帮助管理设备的信息
位置 透平的位号 相关联系人 发电机和齿轮箱的类型 调试状态 运动学数据 时域波形测量的总体状态 状态变化的记录
CA5
监测策略：三级模式
监测 简单的通频振动值 – 严重报警 Properties
无诊断能力 所需数据量少 用作报警值及停机值 中等诊断能力 监测值与各部件有关，如： •轴承故障 •齿轮啮合频率 所需数据较少
1
较为宽广的频带的RMS值 (10-1000Hz)
状态监测值 –- 较轻严重级别报警
根据机器各个部位的振动特征选择性监测相应频率的值，以用于 早期报警（如 BCU, 1阶啮合频值等.)，排除构造性的故障。
监测报告：齿轮箱支撑故障
橡胶衬 套损坏
齿轮箱第二级通频振动值快速上升，超过5级功率（大于1.2MW ）时的危险值，4级功率时为缓步上升且低于报警值。其他功率级 别时振动无变化。BCU值仅在5级功率时接近报警值。第三级齿 轮处通频有较小增加，第一级处无变化。 第二级齿轮BCU值的增加表明齿轮箱内可能存在冲击，也有可能 轴承有问题但可能性比较小。 其通频值的快速增加意味着齿轮箱的支撑出现了问题或是松动。 第一、三级变化不大或无变化意味着问题仅在第二级。 仅在大功率时振动增加说明这是由于支撑松动导致系统刚度下降 而产生的结构共振。 仅在输出功率超过1.2MW时振动值超标。 应立即检查齿轮箱，是否存在安装或松动问题。 应检查齿轮箱内部是否能目测到旋转部件的碰磨。 风机如果继续运行有极大风险，有可能产生非常严重的后果。 BKV会密切观察，及时发现任何进一步恶化现象。
风电场状态监测系统
2009年12月21日 刘来春 B&K Vibro 中国区技术服务经理
内容提要
• • • • • 关于Brüel & Kjær Vibro (B&K – 申克) B&K-申克关于远程状态监测的理念 监测策略 应用实例 故障分析
B&K - 申克
• 行业内最主要的公司之一, 在欧 洲市场为No.1 • B&K-Vibro 申克的目标是为用户 提供和定制最佳的解决方案.
B & K – 申克：风力发电机状态监测的领跑者
• IEC 和 ISO 相关技术委员会的积极成员 • 2001年推出风机状态监测系统，2003 年开始为OEM供货 •与最主要的风机制造商及大型风场合作伙伴关系 •监测系统功能扩展：油颗粒监测、风机叶片监测及统计性监测 •可靠的硬件及软件技术，大量成功应用，获得机构认证和用户认可 • B&K – 申克是一家以振动技术为核心业务的独立供应商，在振动行业有悠久 的历史和重要的地位，公司的业务遍布全球各地
地板上发 现的损坏 的螺栓
发电机驱动端一倍频振幅快速上升达危险值。 发电机驱动端通频值上升。 发电机驱动端BCU值无明显上升。 发电机非驱端一倍频振幅有小幅上升。 发电机第三级BCU值及通频值有小幅上升。
2
时域波形的频率分析
3
人工的频谱分析，用于对报警进行精确确认，可以准确地判断故 障的位置，例如齿轮箱某级齿轮发生了轮齿断裂，或是某个轴承 的内圈出现故障等。
高诊断能力 分析出某个具体部件的具体 故障 数据量大
连续的状态监测
振动对时间的变化
分级的概念
从数采装置获取的数据
某轴承振动幅值
数据按设定值进行比较 然后存贮
齿轮箱更换工作结束 。下图为自八月以后 的齿轮啮合频率振动 值。
监测报告：靠背轮故障
靠背轮螺 栓被扭断
完整无损 的螺栓
发电机驱动端BCU值不变表明轴承没有问题。发电机两端不同水 平的一倍频振幅表明这不是转子不平衡问题。发电机驱动端振幅 的突增表明轴承的刚度发生了变化，原因可能是支撑结构或是固 定螺栓的松动。也可能是发电机-齿轮箱靠背轮的平衡发生变化， 原因是部件松动。发电机非驱端及第三级齿轮的小幅变化表明故 障仅发生在发电机驱动端轴承或是发电机靠背轮。 检查发电机驱动端轴承，是否存在螺栓松动或其他部件松动。 检查发电机转子是否有松动部件。 检查靠背轮是否有松动部件。
发电机出力
总体的结构
吊舱内安装的硬件
诊断数据采集单元 振动传感器：安装在主轴，齿轮箱， 发电机上， 转速传感器，主轴和输出轴
传感器的安装位置的类型
标量数据的测量
标量数据的测量
标量数据的测量
从控制系统采集的标量数据测量
中诊断中心的服务器工作
• • • 长期的数据存储，并带有报警监测 自动的报警管理，带有部件损坏的 预评估。 该 WTG 状态监测方案安全符合德 国 Lloyd 规定的风力发电厂的状态 监测标准。
轴承故障
松动故障
CA2
传感器安装位置
齿轮箱第1、2、3级 舱体
发电机驱动端及非驱端
主轴承
风力发电机状态监测的实际应用
一台风力发电机的振动模式是非常复杂的:
•时刻变化的运行参数 •低转动速度 •齿轮箱的复杂结构 •所有设备部件没有刚性基础 •接近设备困难，或受限制 •设备振动易受其它辅助设备影响
因此我们需要一个经过大量应用验证的专门的风力发电机状态 监测系统
Per V. Brüel *1915
源自文库
1942 创立Brüel & Kjær公司 1943 第一只电荷式加速度传感器 1950 测量用麦克风 1960 2203 型声音测量表 1986 BK 2515 1990 Compass状态监测系统
B&K-申克：纯正的“振动血统”
B&K-申克悠久的历史:
• 振动测量产品始于40年代 •1943年 全球第一只电荷式加速度传感器 •1948年 全球第一台电子动平衡机 •1970年 全球第一台数字滤波分析仪 •1990年 全球第一套一体化设备状态监测及故障诊断系统 Compass B&K-申克的振动学概念: •反频谱 •BCU（轴承状态单位） 全球范围大量应用： •大型石油、石化项目、电力项目、水泥、造纸 •从传感器、二次仪表到状态监测、故障诊断、设备性能计算
MÆRSK
大型钻井平台:
•Troll A, Gulfaks A,B,C, Statfjord A • Montrose, Angsi A, Resak Carigali • Bayu-Undan Timor Sea, Mærsk Dan F • Britannia, Sliepner
风电应用：
•全球最成熟和最为广泛应用的风力发电机状态监测技术； •维斯塔斯（Vestas) 全球最大风电制造商风力发电机状态监 测系统专供商； • 苏斯兰 （Suzlon) 全球第三大风电制造商风力发电机状态 监测系统专供商。
类型 描述 需要采取的行动
严重程度
1
危险
严重到会产生设备损坏
立即采取行动。如果继续操作风力透 平，会产生设备损坏和其他间 接损失。
2
报警
故障在快速恶化
尽快采取行动，推荐在两周内处理。
3
警告
故障在发展
在方便时采取行动，推荐两个月内处 理。
4
警告
小的或者发展缓慢的失 效
在下一个维修期处理.
5
正常
没有异常发生
CA1
我们的状态监测系统帮您发现以下问题:
靠背轮故障
齿轮故障
•Hansen •Ja)(ke •Lohman •Metso •Moventas •Valmet •Winergy
塔体振动 转子故障
•ABB •ELIN •LeroySomer •Loher •Siemens •Weier •Winergy
• 具有60年的旋转机械振动监测、 安全保护的经验，提供离线及在 线监测设备。
B&K-申克：历史
卡尔 申克 1835 – 1910 1881 创立申克铸铁厂 1905 第一台动平衡机 1974 成立卡尔申克股份公司（动平衡及称重） 1977 成立C部门：振动及手持式动动平衡仪表 1985 上市
Viggo Kjær
轴承内圈损坏照片
监测报告：轴承箱故障
在滤油器室内发 现的金属碎屑
齿轮箱第二级通频振动值缓步上升至报警值。第二级齿轮啮合一阶振 动升至报警值。二、三阶振动低于报警值。 第三级齿轮通频值升至报警值。 第一、三级齿轮啮合值无明显变化。 齿轮箱第二级通频振动值缓步上升至报警值。第二级齿轮啮合一阶振 动升至报警值。二、三阶振动低于报警值。 第三级齿轮通频值升至报警值。 第一、三级齿轮啮合值无明显变化。 第二级齿轮一阶啮合振动上升表明第二级齿轮的工况恶化。 下面频谱图中的边频信号也确证了这一点。 第二级齿轮的通频振动值的增加也确证这一点。 第一、三级齿轮啮合值不变表明问题出在第二级齿轮上。 第三级齿轮通频振动值的增加是由于第二级齿轮故障导致的。
B&K-申克：不仅仅是振动保护
•保护仪表：确保及时跳车，避免设备损坏
•振动分析：解读振动信号中包含的信息
•状态监测：结合过程变量分析机器状态
•性能计算：压缩机、汽轮机效率计算
•决策支持：故障诊断及检修处理建议
从设备保护到设备状态监测到故障诊断，实 现最优化的设备维护管理，实现预知检修， 提高设备可用率，缩短设备检修周期，提高 工厂效益。
BK – 申克风力发电机振动标准
齿轮箱: • 按照 ANSI/AGMA 6000 标准 A级 (<25.4m/s 节线速度) • 极限值 = 12 m/s2 （峰值） = 8.5m/s2 （RMS值） • 适用于所有频率 ( 通频以及窄带宽) 主轴承: • 按照ISO10816标准 3 级1 组(> 300kW) • 柔性基础= 11.0 mm/s RMS = 20 mm/s2 RMS （0.3Hz时） • 柔性基础= 11.0 mm/s RMS = 14 mm/s2 RMS （0.2Hz时） • 在柔性支撑的情况下可乘以系数5 • 极限值为100 mm/s2 RMS • 适用于所有测量值
更换橡胶衬套后，趋势 图显示振动值恢复到正 常水平。由于及时安排 检修，避免了一次严重
监测报告：发电机驱动端轴承故障
立即检查或更换轴承。 BKV会出具详细的诊断报告。 BKV会密切进一步关注轴承状况。
发电机驱动端轴承BCU值升高至报警值。 BCU值升高与输出功率不相关。 BCU值升高表明滚动轴承故障。 BKV的进一步分析表明轴承内圈有损坏。 轴承内圈的损坏处于中晚期。
B&K - 申克: 部分应用业绩
大型炼化、石化项目:
• • • • • • • • • • • 阿曼炼油 LNG 1、2、 3 号生产线 尼日利亚 LNG 1、2、3、4、5 、 6 号生产线 澳洲 WoodsideLNG 1、2、3、4、 5 号生产线 澳洲 Pluto LNG 1、 2 号生产线 文莱 LNG1、2、3、4 、 5 号生产线 卡塔尔石油 Borealis 新加坡炼油公司 Samir Refinery 越南榕桔炼油（Dong Quat） Houdini Refinery
核电应用：
• Niagara Mohawk 核电站主机及核泵 （ 美国 ） • South Ukrainian 核电站主机及核泵 （ 乌克兰 ） • Ulchin 核电站主机及核泵 （ 韩国 ）
风力发电用户对于风机可用率提出更高要求
•单机容量不断增加，故障停机的成本昂贵 •风机容量的增加也使各部件的价格上升 •风电场通常地处偏远，有计划地安排检修工作非常重要 •风电场面临更大维护成本压力、人员紧张以及缺乏振动故障分析方面的专家 •设备寿命过程投资的理念 (不光考虑价格，还要考虑运行及维护成本) •风电设备的特性决定了其故障类型的独特性