一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法技术

本发明专利技术提供了一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，基于叶片加速度传感器，来获取叶片运行过程中的加速度信号，并对加速度信号进行频域特征及时域特征值提取，并对特征值进行故障阈值比较，超过阈值时，进行警告或者故障报警，通过将叶片加速度信号接入风机控制系统，直接参与机组的控制保护，大幅提高机组的抗风险能力及安全性。机组的抗风险能力及安全性。机组的抗风险能力及安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法


[0001]本专利技术涉及风电机组监测领域，尤其涉及一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法。

技术介绍

[0002]叶片是风机发电机组的重要部件，随着机组容量的不断增大，叶片的长度以及重量也不断的增加。叶片由于制造问题，本身结构问题，常导致叶片异常振动、叶轮不平衡等异常问题。严重时容易导致机组扫塔、倒塔等严重事故问题。因此，基于叶片监测状态实现对机组安全的保护尤为重要。在叶片监测中，最常使用的方法是通过监测叶片挥舞和摆振方向的振动来对叶片的健康状态做评估。在众多的叶片状态监测中，只对叶片的健康状态进行监测并提供预警功能，并不能实现对机组实时的安全保护功能。风机整机控制保护中有使用机舱加速度信号分析叶片振动信号，对机组异常问题进行识别并参与保护的功能，但机组机舱加速度数据中能够获取的叶轮面的有效信息有限，并不能很全面的体现叶片及叶轮面的振动情况。
[0003]风机安全保护通常还采用以下方式：
[0004]一、叶片振动监测。目前的叶片振动监测方案是采用独立预警的方式对机组的异常进行报警，但当机组真正发生问题时，机组并不能执行保护功能，无法应该风机重大事故问题的发生。
[0005]二、机舱加速度信号识别法。利用机舱加速度进行叶片异常状态检测只能获取部分信息，比如叶片3P振动、倍频异常振动等，对于叶片及叶轮面的振动信息获取不够全面，不能实现全面保护。
[0006]三、视频监测方法。视频监测方法只能识别叶片的表面故障特征，故障识别覆盖面不足。/>[0007]四、音频识别法。音频识别监测方法由于周围噪声较严重，不容易识别。

技术实现思路

[0008]为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，基于叶片加速度传感器，来获取叶片运行过程中的加速度信号，并对加速度信号进行频域特征及时域特征值提取，并对特征值进行故障阈值比较，超过阈值时，进行警告或者故障报警，通过将叶片加速度信号接入风机控制系统，直接参与机组的控制保护，大幅提高机组的抗风险能力及安全性。
[0009]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，包括以下步骤：
[0010]S1、在叶片布置加速度传感器，获取叶片运行过程中的叶片加速度信号；
[0011]S2、对叶片加速度信号进行频域特征及时域特征提取，获得各叶片的前四阶频率，以及各叶片时域的峭度值及RMS值；
[0012]S3、根据叶片仿真模型获取机组运行安全参数；
[0013]S4、将各叶片的前四阶频率、各叶片时域的峭度值及RMS值和机组运行安全参数写入风机控制器中；
[0014]S5、风机控制器将各叶片实时数据计算的前四阶频率以及各叶片时域的峭度值及RMS值，与机组运行安全参数进行对比，实时进行警告或故障报警。
[0015]步骤S2中频域特征提取具体是将叶片加速度时域信号进行FFT处理之后得到叶片振动的频域信号，对频域信号中表示叶片振动情况的特征量进行提取，得到机组的前四阶频率，即一阶频率f1、二阶频率f2、三阶频率f3和四阶频率f4。
[0016]步骤S2中时域特征提取具体是将叶片加速度时域信号直接进行计算，提取其中表示叶片振动强度的直观表示量，包括RMS值和峭度值。
[0017]步骤S3所述的机组运行安全参数包括一阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A1
、二阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A2
、三阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A3
、四阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A4
、有效值安全值RMS0和峭度安全值K0。
[0018]步骤S5具体包括以下过程：
[0019]S5.1、对每只叶片，在[f1‑
10％
×
f1，f1+10％
×
f1]、[f2‑
10％
×
f2，f2+10％
×
f2、f3
‑
10％
×
f3，f3+10％
×
f3和f4
‑
10％
×
f4，f4+10％
×
f4范围内分别自动寻峰找到四个范围内的幅值最大值及所对应的频率，分别记为[f
i
‑
jm
，a
Ai
‑
jm
]、[f
i
‑
2m
，a
Ai
‑
jm
]、[f
i
‑
3m
，a
Ai
‑
jm
]和[f
i
‑
4m
，a
Ai
‑
jm
]；其中i表示叶片号，j表示频率阶数；
[0020]S5.2、对于每只叶片，按以下情况触发事件并记录：
[0021]如果(|f
i
‑
1m
‑
f1|)/f1>0.01，则触发事件A1；如果(|f
i
‑
2m
‑
f2|)/f2>0.01，则触发事件A2；如果(|f
i
‑
3m
‑
f3|)/f3>0.01，则触发事件A3；如果(|f
i
‑
4m
‑
f4|)/f4>0.01，则触发事件A4；
[0022]如果a
Ai
‑
1m
>0.6
×
a
A1
，则触发事件B1；如果a
Ai
‑
2m
>0.6
×
a
A2
，则触发事件B2；如果a
Ai
‑
3m
>0.6
×
a
A3
，则触发事件B3；如果a
Ai
‑
4m
>0.6
×
a
A4
，则触发事件B4；
[0023]如果a
Ai
‑
1m
>0.8
×
a
A1
，则触发事件C1；如果a
Ai
‑
2m
>0.8
×
a
A2
，则触发事件C2；如果a
Ai
‑
3m
>0.85
×
a
A3
，则触发事件C3；如果a
Ai
‑
4m
>0.8
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，其特征在于包括以下步骤：S1、在叶片布置加速度传感器，获取叶片运行过程中的叶片加速度信号；S2、对叶片加速度信号进行频域特征及时域特征提取，获得各叶片的前四阶频率，以及各叶片时域的峭度值及RMS值；S3、根据叶片仿真模型获取机组运行安全参数；S4、将各叶片的前四阶频率、各叶片时域的峭度值及RMS值和机组运行安全参数写入风机控制器中；S5、风机控制器将各叶片实时数据计算的前四阶频率以及各叶片时域的峭度值及RMS值，与机组运行安全参数进行对比，实时进行警告或故障报警。2.根据权利要求1所述的基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，其特征在于：步骤S2中频域特征提取具体是将叶片加速度时域信号进行FFT处理之后得到叶片振动的频域信号，对频域信号中表示叶片振动情况的特征量进行提取，得到机组的前四阶频率，即一阶频率f1、二阶频率f2、三阶频率f3和四阶频率f4。3.根据权利要求1所述的基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，其特征在于：步骤S2中时域特征提取具体是将叶片加速度时域信号直接进行计算，提取其中表示叶片振动强度的直观表示量，包括RMS值和峭度值。4.根据权利要求1所述的基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，其特征在于：步骤S3所述的机组运行安全参数包括一阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A1
、二阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A2
、三阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A3
、四阶频率对应的加速度理论安全阈值a
A4
、有效值安全值RMS0和峭度安全值K0。5.根据权利要求2至4任一项所述的基于叶片振动信号的风机安全控制保护方法，其特征在于：步骤S5具体包括以下过程：S5.1、对每只叶片，在[f1‑
10％
×
f1，f1+10％
×
f1]、[f2‑
10％
×
f2，f2+10％
×
f2、f3
‑
10％
×
f3，f3+10％
×
f3和f4
‑
10％
×
/4，f4+10％
×
f4范围内分别自动寻峰找到四个范围内的幅值最大值及所对应的频率，分别记为[f
i
‑
jm
，a
Ai
‑
jm
]、[f
i
‑
2m
，a
Ai
‑
jm
]、[f
i
‑
3m
，a
Ai
‑
jm
]和[f
i
‑
4m
，a
Ai
‑
jm
]；其中i表示叶片号，j表示频率阶数；S5.2、对于每只叶片，按以下情况触发事件并记录：如果(|f
i
‑
1m
‑
f1|)/f1>0.01，则触发事件A1；如果(|f
i
‑
2m
‑
f2|)/f2>0.01，则触发事件A2；如果(|f
i
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雁冰，王宁，韩则胤，苏宝定，邱春雷，冯磊，李洪刚，程庆阳，王东利，李洪任，
申请(专利权)人：中广核北京新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：