[发明专利]一种风电机组塔架倾斜与沉降监测装置

说明书

技术领域

本发明属于风力发电领域，尤其涉及一种风电机组塔架倾斜与沉降监测装置。

背景技术

风力发电是国家提倡大力发展的一种可再生绿色能源，能有效地节约水、煤资源，减轻大气污染，并对保护生态环境有着深远的意义。风力发电与火电、核电相比单机容量小，占地面积广，风力发电场通常地处边远地区，技术条件、运行条件一般较差，因此风力发电系统的可靠性和安全性至关重要。风电机组塔架是风力发电机组的主要承载部件，设计工作周期是20年。随着风力发电机组的容量、高度增加，在不同地质条件下极有可能发生倾斜与沉降，给机组安全带来隐患，目前，各个风电场需要定期人工对塔架基础进行测量，耗费了大量财力人力。

现在的方法主要有利用液体摆式倾斜传感器中电导的变化正比于倾斜角的变化来测量倾角；还有利用压阻式加速度传感器来测量倾角，该方法具有频响高、精度高、灵敏度高等特点，但是由于传感器需要同时测量X、Y、Z三个方向，尽管三路信号从敏感元件到滤波、放大电路的设计均采用相同的参数，但是要做到完全匹配还是十分困难的，故而三个方向上的满量程输出(A/D采集之前的模拟量输出)不可能完全一致,须用数字量进行修正，并且由于它是用半导体材料制作的，受温度影响较大，因此使用时必须进行温度补偿，以电路的形式补偿热零点漂移和热灵敏度漂移，用硬件补偿需经过大量的实验，而且在某些点可能会出现较大的偏差。上述的测量倾角的方法对于应用在环境复杂的风机塔架而言有着先天性的不足。随着风机工作时间的增加，解决风机塔架沉降倾斜的问题日益刻不容缓，现在风场中的人工测量的方法不能保证实时性和足够的精度，注定不可能长久的应用。国内许多研究机构与风机生产商也开展了针对风机塔架沉降倾斜诊断和状态监控的相关研究，例如风力发电机倾斜检测装置就用于实时检测风力发电机倾斜的最大值和最大位置，该装置虽然可进行无人在线检测并可获得用户需要的技术指标，但是在风机周围安装水准仪有一定的不可行性，照明系统工作具有不可靠性，并且整体结构较为复杂，成本较高。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种风电机组塔架倾斜与沉降监测装置，其特征在于，由激光发射接收单元、信号处理运算单元、通信单元和上位机组成；

所述激光发射接收单元由3个激光测距传感器和3个激光反射板组成，激光反射板X、激光反射板Y、激光反射板Z分别等间距固定安装在离开塔架基础的地面上，激光反射板Z固定在正北方向，激光反射板X安装在东偏南30度角方向，激光反射板Y安装在西偏南30度角方向，相应的激光测距传感器A、激光测距传感器B、激光测距传感器C等间距环绕安装在塔架上，使得激光测距传感器的激光束能照射到各自的激光发射板上，激光测距传感器用来测量传感器与反射板之间的距离；当塔架出现倾斜或沉降时，3个激光测距传感器的检测数据将发生改变，将检测数据通过信号处理运算单元中的算法处理，通信单元将运算得到结果送到上位计算机进行实时显示得到的塔架倾斜角度及沉降距离。

所述激光测距传感器采用印刷电路板工艺，在一块电路板上集成了红外激光的发射接收及接收信号的校准、放大、运算和A/D转换、输出功能，测量精度为±1mm，测量距离达150m，激光波长905nm，控制方式为控制线控制，输出信号为TTL电平。

所述信号处理运算单元中的下位机采用TI公司的TMS320F2812型DSP进行信号处理，所有信号处理和算法均在该DSP中进行运算，每一台风机塔架对应一个下位机，每一个下位机负责处理一台风机塔架上的三个激光发射接收单元的检测数据。

所述通信单元采用光纤以太网实现上位计算机与多个下位机的通信，将下位机处理器运算得到结果送到上位机进行实时显示和报警处理。

所述上位机对各信号处理运算单元的处理结果进行综合处理，图形化显示实时状态信息、历史趋势、报警信息。

所述检测数据通过信号处理运算单元中的处理结果如下：

倾斜方向：风机塔架与激光反射板Z之间的夹角与激光反射板X的夹角通过这两个夹角精确的定义风机塔架倾斜方向，沉降高度：Δh＝h-h′；

其中O′O为测量点H在地面的投影点O′到塔架的距离，h为测量点H的原垂直高度，传感器安装垂直高度为h，h′为塔架倾斜后测量点H到地面的垂直高度，m为相邻激光反射板之间的距离，e为O′到激光反射板X的距离，d为O′到激光反射板Y的距离，f为O′到激光反射板Z的距离。

有益效果