多功能风力发电机组振动信号监测装置

多功能风力发电机组振动信号监测装置

王 博

中国电力工程顾问集团新能源有限公司，北京，中国， 100120

【摘要】目前风力发电机组震动检测技术的方法有很多，加装的振动加速度传感器，各性能指标都能满足使用要求，而实际使用中大多根据测点位置选取不同灵敏度传感器。根据风力发电机组状态监测与分析的需求，设计开发了一套多功能振动信号监测装置，该装置能够实现连续监测风力发电机组运行过程中的振动、冲击、晃度、转速、负荷等参数。

【关键词】风力发电 振动传感器 监测装置

1 引言

风电机组振动监测主要的目的在于能够提升风电机组的运行质量和运行效率，从而更好的提升风电机组发电效率。振动数据采集是实现状态监测、故障诊断、故障预测、寿命预测等一系列数据处理工作的首要前提，包括传感器的选型、安装，测量位置的选取和采集参数设置等内容。

本文针对风电机组传动系统的振动特点，进行多通道数据采集系统的研发，进行了振动信号采集板的总体方案规划，并设计了一套完整的振动信号监测装置，下面具体介绍设计方案。

2 总体方案

风电机组的运行状况对采集装置提出以下技术指标：

表1 风电机组的运行状况技术指标

本系统采用功能很强而价格不高的STM32芯片。

由传感器直接采集8路振动信号，并设计有编码盘测量转速和预留的三路未知信号，共12路信号。模拟信号经滤波放大后得到标准的-5V~+5V信号，STM32微控制器控制整个板卡的采集、处理以及传输，将信号通过W5300网络芯片通过以太网发送到上位机，从而实现上位机对风电机组实测信号的处理与诊断。

STM32则相当于一个控制器，来控制协调以上各个模块的运行。由于风电机组大多数建设在偏远的地区，因此对信号的远程传输就变的尤为重要。以太网是目前发展最成熟、应用最广的局域网技术，W5300芯片能出色的完成信号远程传输的作用。

3 硬件设计

3.1 芯片

本系统采用了72MHz最高工作频率、 CPU多达64 K字节SRAM、512 K字节的闪存、温度传感、PWM、定时器、CAN、USB，144引脚，LQFP封装。利用STM32具有2片高性能的12位ADC、功能强大的时钟和电源管理、双看门狗等功能，在最大程度上降低了功耗，同时增强了系统的实时性与可靠性，精度也显著提高。

3.2 信号调理模块

为了适应不同传感器信号类型的测量需要，本采集系统带有8~12V偏压的信号。

4~20mA标准电流输出经差动放大电路转化为1~5V的电压信号。再经过耦合电容将电压信号转化成-2V~+2V，最后经过带2.5倍增益的二阶低通滤波器将信号调整到理想的-5V~+5V信号进入A/D转换器。

由传感器输出的信号为-5V~+5V信号带8V~12V的偏置电压，先经过耦合电容将电压调整在-5V~+5V，然后经过四阶低通滤波器将信号传送到A/D转换器。

3.3 速度采集模块

系统带有测量转速的增量式正交编码器，用于测量风电机组主轴的转速。这样就能使电路的输入与电气部分处于完全隔离的状态，实现输入与输出部分的电气隔离，这样能提高电路的抗干扰能力、可靠性和稳定性，从而使单片机接收到稳定的A、B、Z信号。

3.4 采样模块

根据风电场中的实测数据,风电机组输出的电流会随风速变化而剧烈波动,相应的高次谐波也不可忽视，如果采用STM32内置的12位A/D转换模块，从精度方面考虑会引起较大的误差。

4 结论

由于风力发电机组的实际情况，一套远程在线监控系统是十分必要的。振动信号监测技术可以自动采集、记录和分析与设备安全有关的主要状态参数，包括振动、转速、温度、流量、压力等，监测系统可以成功地捕获设备的振动故障，为保障设备的安全运行和指导设备状态检修及故障处理发挥着重要作用。整套系统由于其功能全、价格低的特点，在实际应用中有一定的优势。

References (参考文献)

1. 王浩.风电机组振动检测预防性检修技术的应用 [J]. 科技展望 ,2016,26(01):52,83.

2. 崔贵明 , 韩洪奎 , 郭强等.风电机组振动检测预防性检修技术的应用 [J]. 内蒙古电力技术 ,2013,31(03):50-54,58.

3. Su ShiDong. Intelligent instrument and data acquisition system present situation and the development [J]. Journal of yuncheng institute, 2004, 4.

苏世栋.智能仪器及数据采集系统的现状及发展[J]. 运城学院学报,2004,4.

4. Chen Rumei,Guo Jianshuo.AD7656 type AD converter in the application of signal acquisition system [J]. J foreign electronic components, 2006, 2.

陈茹梅，郭建硕.AD7656型模数转换器在信号采集系统中的应用[J].国外电子元器件，2006,2.

5. 刘明先.风力发电机组振动监测技术应用与实践 [J]. 应用能源技术 ,2016,(11):52-55.

6. W5300 Chinese user data manual [j/OL]. 2007.

W5300中文用户数据手册 [M/OL].2007.