一種海上風電場設備狀態在線監測系統及海上風電場的制作方法

本發明涉及海上發電，具體涉及一種海上風電場設備狀態在線監測系統及海上風電場。

背景技術：

1、目前，風力發電、光伏發電等新能源行業獲得了前所未有的機遇，裝機容量在電力系統中占比也越來越高，構建以新能源為主體的新型電力系統已成為推動能源結構轉型的重要手段。與陸上風電和光伏發電相比，海上風電具有風能資源豐富、不占用土地、便于集中連片開發、消納條件好等優勢，將成為新能源領域發展的一大趨勢。

2、由于海上風電機組大型化時代的到來，從而對海上風力發電關鍵技術與重要配套部件提高更高要求，如大型風電機組關鍵部件塔筒等，在沿海極端天氣情況下，經受臺風、強風沙、低溫及高鹽霧惡劣環境考驗，需要對風電機組進行實時監測，而目前傳統的監測方法僅包含單一的振動監測方式，無法全面對風電機組進行實時監測，然而由于海上風電設備設置于海上，需要將監測數據回傳至陸地，但是海上環境復雜，通信不便，有時無法及時將數據傳輸至陸地。因此亟需一種為了滿足上述使用條件下對海上風電設備進行全面監測以及與陸上及時進行信息傳輸的系統。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發明提供了一種海上風電場設備狀態在線監測系統及海上風電場，以解決無法對海上風電機組進行全面監測以及無法及時與陸上進行通信的問題。

2、第一方面，本發明提供了一種海上風電場設備狀態在線監測系統，該系統包括：

3、風電機組，用于海上發電，風電機組包括塔筒、安裝在塔筒上的葉片、與塔筒連接的機艙；

4、監測設備，用于對風電機組進行葉片監測、塔筒監測、機艙設備監測以及運行環境監測，并采集風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據；

5、監測設備交換機，與監測設備連接，用于接收監測設備采集的風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及風電機組運行環境監測數據；

6、海上升壓站，通過第一光纖與監測設備交換機連接，用于接收并匯聚監測設備交換機傳輸的風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據；

7、陸上集控中心，通過第二光纖與海上升壓站連接，用于接收海上升壓站傳輸的風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據，并基于風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據對風電機組運行狀態進行故障診斷。

8、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過監測設備采集風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據，并經監測設備交換機將監測數據經海上升壓站傳輸至陸上集控中心，實現了對風電機組葉片、塔筒、機艙設備以及運行環境的全面、實時監測，并及時將監測數據傳輸至陸上集控中心，可提前感知機組存在的風險點，有效避免事故擴大化，減少經濟損失，提高運維人員工作效率，確保風電場安全穩定運行，解決了無法對海上風電機組進行全面監測以及無法及時與陸上進行通信的問題。

9、在一種可選的實施方式中，監測設備包括葉片監測子設備、葉片監測采集器、塔筒監測子設備、塔筒監測采集器、機艙監測子設備、機艙設備監測采集器、運行環境監測子設備以及運行環境監測采集器；葉片監測子設備與葉片監測采集器連接，塔筒監測子設備和塔筒監測采集器連接，機艙監測子設備與機艙設備監測采集器連接，運行環境監測子設備與運行環境監測采集器連接，葉片監測采集器、塔筒監測采集器、機艙設備監測以及運行環境監測采集器均與監測設備交換機連接；

10、葉片監測采集器用于接收葉片監測子設備采集的葉片監測數據，并將葉片監測數據傳輸至監測設備交換機；葉片監測數據包括葉片應力監測數據、葉片振動監測數據和葉片結冰監測數據；

11、塔筒監測采集器用于接收塔筒監測子設備采集的塔筒監測數據，并將塔筒監測數據傳輸至監測設備交換機；塔筒監測數據包括塔筒傾斜角監測數據以及螺栓監測數據；

12、機艙設備監測采集器用于接收機艙監測子設備采集的機艙設備監測數據，并將機艙設備監測數據傳輸至監測設備交換機；機艙設備監測數據包括設備振動監測數據以及設備溫度檢測數據；

13、運行環境監測采集器用于接收運行環境監測子設備采集風電機組運行環境監測數據，并將運行環境監測數據傳輸至監測設備交換機；所述運行環境監測數據包括運行環境溫度監測數據、煙霧監測數據、氣體含量監測數據、音頻監測數據和火災情況監測數據。

14、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過葉片監測子設備、葉片監測采集器、塔筒監測子設備、塔筒監測采集器、機艙監測子設備、機艙設備監測采集器、運行環境監測子設備以及運行環境監測采集器實現了采集并匯聚葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據和運行環境檢測數據的目的，達到了全面、實時監測的效果。

15、在一種可選的實施方式中，葉片監測子設備包括應力傳感器、加速度傳感器和超聲傳感器；

16、應力傳感器安裝在每個葉片的測量截面上，用于采集葉片上不同方向的作用力數據，以判斷葉片所承受應力和疲勞損傷情況；

17、加速度傳感器安裝在葉片的擺振方向和揮舞方向上，用于采集每個葉片擺振方向和揮舞方向上的振動數據，獲得不同風速時每個葉片的固有振動頻率；

18、超聲傳感器安裝在每個葉片的兩端，用于采集葉片的聲波信號，以對葉片的結冰情況和結冰厚度進行監測。

19、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過應力傳感器、加速度傳感器和超聲傳感器實現了對葉片的應力、振動情況和結冰情況實時監測的目的，通過后續趨勢分析，可及時判斷出風電機組的運行狀態。

20、在一種可選的實施方式中，塔筒監測采集器包括傾角傳感器和螺栓檢測傳感器；

21、傾角傳感器安裝在塔筒的塔頂和塔筒的塔底，用于采集塔頂和塔底的傾斜角度監測數據，以將傾斜角度監測數據換算為塔筒的剛度變化；

22、螺栓檢測傳感器安裝在每個塔筒螺栓的頂部，用于獲取超聲波在自由狀態下從螺栓頂部發射時間與接收時間的第一時間差和緊固狀態下從螺栓頂部發射時間與接收時間的第二時間差，以通過第一時間差和第二時間差計算螺栓的變形量。

23、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過傾角傳感器和螺栓檢測傳感器實現了對塔筒傾斜角度和螺栓變形量實時監測的目的，實時掌握塔筒狀況，保證海上風電機組安全運行。

24、在一種可選的實施方式中，機艙設備包括機艙本體、發電機、齒輪箱、主軸承、變壓器、環網柜和高壓開關；機艙監測子設備包括振動監測傳感器和溫度傳感器；

25、振動監測傳感器安裝在機艙本體橫向測點、機艙本體縱向測點、主軸承測點、齒輪箱測點和發電機測點，用于采集主軸承測點、齒輪箱測點和發電機測點的振動監測數據；

26、溫度傳感器安裝在主軸承上，用于采集主軸承內圈、主軸承外圈和主軸承油脂的溫度監測數據，以及安裝在發電機測點、變壓器測點、環網柜測點和高壓開關測點，用于采集發電機測點、變壓器測點、環網柜測點和高壓開關測點的溫度監測數據。

27、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過振動監測傳感器和溫度傳感器實現對機艙本體和機艙傳動鏈設備極易發生故障的測點的實時監測，以及對主軸承以及發電機測點、變壓器測點、環網柜測點和高壓開關測點的溫度監測，及時發現故障點，保證了機艙設備的安全運行。

28、在一種可選的實施方式中，發電機測點包括發電機前軸承測點和發電機后軸承測點；

29、齒輪箱測點包括齒輪箱輸入軸承測點、行星齒輪測點、中間軸齒輪測點和齒輪箱輸出軸承測點。

30、在一種可選的實施方式中，運行環境監測子設備包括感煙探測器、感溫探測器、可燃氣體探測器、聲音傳感器和火災報警控制器；

31、感煙探測器用于采集風電機組運行環境的煙霧監測數據；

32、感溫探測器用于采集風電機組運行環境的溫度監測數據；

33、可燃氣體探測器用于采集風電機組運行環境的氣體含量監測數據；

34、聲音傳感器用于采集風電機組運行環境的音頻監測數據；

35、火災報警控制器用于采集風電機組火災情況監測數據，并對出現的火災情況進行預警。

36、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，通過感煙探測器、感溫探測器、可燃氣體探測器、聲音傳感器和火災報警控制器分別采集運行環境的煙霧監測數據、溫度監測數據、氣體含量監測數據、音頻監測數據和火災情況監測數據，實現了對機艙和塔筒內電氣設備的運行環境實時監測的目的，提前預知電氣設備運行過程中存在的隱患及火災風險。

37、在一種可選的實施方式中，海上升壓站包括相互連接的海上升壓站監測系統子站和環網交換機；

38、環網交換機用于接收監測設備交換機傳輸的風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據，并將風電機組的葉片監測數據、塔筒監測數據、機艙設備監測數據以及運行環境監測數據進行匯聚并傳輸至海上升壓站監測系統子站。

39、在一種可選的實施方式中，第一光纖為35kv或66kv海纜中復合的兩路光纖，第二光纖為220kv海纜中復合的兩路光纖。

40、本發明提供的海上風電場設備狀態在線監測系統，實現了通過海上升壓站的海上升壓站監測系統子站和環網交換機將海上風電機組的監測數據傳輸給陸上集控中心的目的，保證監測數據實時傳輸，提前感知風電機組存在的風險點，有效避免事故擴大化，減少經濟損失，提高運維人員工作效率，確保風電場安全穩定運行。

41、第二方面，本發明提供了一種海上風電場，包括上述第一方面或其對應的任一實施方式的海上風電場設備狀態在線監測系統。