联智科技:新应用!“北斗+”守护风力发电机运行安全

2022-06-24 15:03:29来源:联智科技

在“碳达峰”、“碳中和”目标指引下,我国风电行业得到快速发展,中国已经成为全球风力发电规模最大、增长最快的市场,累计装机量位居全球第一。

北斗作为国之重器,已在交通运输、农林渔业、水文监测、气象测报、通信计时、电力调度、救灾减灾、公共安全等领域得到广泛应用,融入国家核心基础设施,产生了显著的经济效益和社会效益。

日前,湖南华电联合联智科技(卫星技术交通运输行业研发中心、基础设施数字化监测与智能管控湖南省工程研究中心),将北斗高精度定位定向技术应用于大型风机结构与运行安全监测,强化了风机的运行安全监管,提升了机组发电效能,并在湖南相关风场中应用,成为北斗在风力发电机组安全监测领域应用首创。

 
进军低风速区,高柔塔风机呼唤技术创新护航安全

继4月11日,河南黄县某风场发生一台风力发电机倒塔事故后,日前,河南延津再发生一台风力发电机倒塌事故。业内人士估计事故直接经济损失在2500万-3000万左右,而因风电场事故调查导致的停机或限功率电费损失预计达3000万。

近年来,风机倒塔、叶片扫塔等事故不断进入我们视野。事故不仅造成巨大经济损失,而且还带来严重安全隐患和责任,在社会上形成巨大影响。

为了在低风速地区保障风机的发电量,加长风机叶片,并抬升轮毂高度捕获更多的风能成为行业趋势。为此,高柔塔机型应运而生。


但随高度增加和塔筒柔性增大的是风机结构运行安全监测难题。国家能源集团《高柔塔风电机组安全风险管控的思考》指出,高柔塔两大主要风险为塔顶摆幅较大风险、低空急流风险。柔塔相比传统刚性塔架其固有频率有所降低,易发生风轮转动与塔架共振现象(1P共振),会大量消耗机组使用寿命;在1P共振或涡激振荡下,会发生塔顶最大摆幅。此外100m以上的高度层会有较大概率出现风速突变情况(低空急流风险),增加了叶片撞击塔筒的风险。

北斗+安全监测,让风机更安全更高效

针对以上两大安全风险,湖南华电联合联智科技开展相关科研攻关,形成了以北斗高精度定位定向技术为核心的风机安全监测预警体系。

▷塔顶位移轨迹实时监测预警

核心技术:北斗高精度定位定向技术

高频动态(1秒/次数据)解算下,监测精度达厘米级。

塔筒作为一种特殊的高耸钢结构形式,风机塔筒受力状态极为复杂,机组故障、外部环境变化都有可能引起塔筒摆动异常。根据相关规范塔筒许用扰度应控制在0.5%-0.7%,但受制于风机高频摆动、机舱不断旋转、结构形状不规则等因素,以往没有行之有效的监测手段。

为此,我们研发了适用于风机的北斗高精度双天线定位定向技术及成套设备,通过北斗双天线定位定向技术,实现实时精确测量塔筒中心位移、机舱方位角参数,辅以地磁传感器、风速风向仪、陀螺仪,进行深耦合解算,对风机进行模态分析,形成了风机运动状态实时监测技术,实现塔顶位移轨迹实时监测、预警。

▷叶片净空距离实时监测预警

核心技术:毫米波雷达动态测距

 

刷新率500Hz,精度±0.16m
抗干扰能力极强,可穿透雾烟、灰尘

叶片是风机将风能转化为电能的重要设备,面对多变的环境和复杂的应力耦合,其健康状态与运行安全监测至关重要。我们采用毫米波雷达动态测距实现净空距离实时监测、预警,摆脱了传统监测方式(布设应变片、振动传感器、光纤光栅传感器、激光雷达等)成本较高、运维难度大、受环境干扰大等方面的劣势。

为进一步提高对叶片裂纹等缺陷的监测,我们通过使用音频识别技术对可能产生的裂纹萌生和扩展进行动态监测。

北斗+风机运行安全监测预警,是一套独立的风机运行安全监测预警系统,它解决了传统监测手段存在的不足,实现了塔顶位移、叶片净空等风机结构安全及关键设备状态的智能监测预警,创新了风机安全保障方式,强化了风机的运行安全监管,提升了机组发电效能。

 

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