广州菱控自动化科技有限公司
主营:欧姆龙,三菱,安川,Pro-face
首页 > 解决方案 > 能源_数传 > 风力涡轮状态监控
行业类别
全部 航空航天 新能源 冶金 石油 石化 化工 汽车 建材 包装 造纸印刷 纺织印染 机械 机床 木工 矿业 塑胶 交通 铁路 机场 港口 仓储 物流 能源 电力 输配电 水利 环保水处理 电子 食品饮料 制药医疗 烟草 电梯 网络通讯 市政 商业 楼宇 安防 锅炉供暖 制冷 金融保险 邮政 广电 军工 机器人 其它
产品类别
全部 PLC 变频器 伺服 DCS 触摸屏 传感器 机器视觉 仪器仪表 工业以太网 现场总线 工控机 嵌入式 数据采集 软件 低压电器 数传 电源 数控 机柜箱体 工具 单片机 流体 工业安全 安防 媒体 其它

风力涡轮状态监控

发布日期:2025/6/17
    概观
    由于环境条件的限制,风力发电厂往往地处偏远,且机组与地面的垂直距离极高,因此风力涡轮的维修成本亦极为昂 贵。此外,风力涡轮组件在设计时亦已刻意减轻其重量,因此容易因为应力而发生故障。由于风力发电的需求不断提高,目前首要课题则必须降低操作与维护 (O&M) 成本,并提高其稳定性。目前风力发电的 O&M 成本居高不下,因此全球对风力发电的接受度亦有限。透过低成本的在线状态监控系统,将可预测故障与维修需要,藉以减少维修作业并降低 O&M 成本。

    状态监控的需求
    风力发电的目前趋势,即是于偏远地区设置大型的风力涡轮,因此往往位于近海处而能获得较佳的风力条件。但与传统发电系统相较,设备体积与位置偏远的问题,均造成维修上的难题:
  1. 无法随时巡视维护 - 不同于其他发电设备,风力涡轮难以排定维修人员随时检查维修。
  2. 高维护成本 - 由于必须前往偏远地区,发电机组又架离地面极高的距离,因此维护成本也较高。
  3. 故障机率高 - 齿轮箱与相关组件均特别针对重量因素而设计,因此较容易受到应力影响而故障。
    此外,负载与作业条件均不断变化,因此风力涡轮必须承受更高的机械应力。高应力的条件之下,就更需要维护作业。     风力发电一般均为反应 (Reactive) 或损坏 (Run-to-failure) 维护。而此种维护方式亦为最高成本的 O&M。     因此除了提高 O&M 成本之为,亦将影响项目可行性与投资收益所估算的能源成本 (COE)。 美国电力研究院 (Electric Power Research Institute,EPRI) 已针对电力产业提供完整的案例研讨,而反应维护 (持续运作机器直到故障为止) 为最低效能且最高成本的发电设备维护方式。EPRI 所提供的维护成本即列于下:
  1. 反应 (损坏) 维护成本,每年的单一马力将需要 17 美元「起」。
  2. 预防维护 (Preventive maintenance) 则是根据制造商建议的维护周期所进行,每年的单一马力需花费 24 美元;约可省下反应维护 24% 的成本。
  3. 预知维护 (Predictive maintenance) 则是状态监控而预测所需的维护作业,每年单一马力需花费 9 美元;约可省下反应维护 47% 的成本。
    若涡轮组件可持续运作直到故障,则整体发电量将大幅受到意外停机所影响。在此同时,如频繁运作的零件与吊高作业的成本,再加上零件掉落所造成的损坏,均将提高维护成本。与在线状态监控系统的预知维护相较,互动维护的成本确实高出甚多。状态监控系统的功能,即是要连续监控组件并预测机器问题,让操作 人员能尽早排定维护并避免重大损失。

    NI 状态监控解决方案
    针对状态监控作业,NI 提供专属的解决方案。针对发电机/齿轮箱制造商或风力涡轮整合商,NI 提供必要的软硬件,以设计高效能、低成本,且专属的风力涡轮监控解决方案。NI 亦根据产业走向,持续提供最新的讯号处理算法,以找出讯号的关键特征,并预测机器组件的状态。这些算法包含阶次分析、倒频谱 (Cepstral) 分析、轴承调变监控、小波、AR 模型制作、电力质量、功率系数、雨量应力周期 (Rainfall stress cycle) 分析,还有许多统计分析算法。透过 NI LabVIEW 软件,即可使用这些内建的讯号处理算法、汇入文字程序代码 (如 C 与其他数学脚本),并可轻松设计全新的算法。     以研究结果为例,风力涡轮的齿轮箱与其轴承,即为最高故障率的组件。齿轮箱与轴承的振动分析作业,则是透过加速规而监控并预测可能的故障。但若风力涡轮使用多层次齿轮箱,则过多振动源将造成复杂的振动、调变,与运作速度振动。     若要正确分析齿轮箱的振动,则需要高分辨率的频谱分析器。基本而言,此将需搭配多带宽的振动讯号取样仪器,以记录长时间的波形。换句话说,状态监控解决方案必须能达 51.2 kHz 以上的取样率,且可储存超过 2 MB 的二进制时间波形。NI CompactRIO 平台即具备此功能。而高阶光谱分析则包含变焦 FFT 与变焦阶次频谱 (Zoom order spectrum),可进一步找出高频率振动特性参数,且不致遗漏边带 (Sideband) 数据。边带分析可辅助分析师找出故障齿轮。     此弹性且开放的 NI LabVIEW 与 CompactRIO 环境,共具备下列优势:
  1. 较低成本 - NI 持续研发低价位且高效能的技术,只为提供整合商与 OEM 更卓越的技术。
  2. 客户解决方案 - 开发厂商可轻松设计专属的监控解决方案,且功能远远超越传统的状态监控解决方案。
  3. OEM 专属 - NI 另配合超过 900 家开发伙伴,可大幅减少成本且达到立即可用的解决方案。
  4. 整合控制与监测 - NI 平台可于单一系统具备控制与监测功能,适用于高阶、模型架构的监控作业。

    控制系统整合与通讯协议支持
    若与其他产品相较,NI 系统除了可达较低成本与专属的讯号处理功能,其最大差异则在于可整合控制系统的功能。透过 NI 平台,即可用单一装置或沟通多组装置,而整合控制与监测功能。NI 平台可衔接以太网络、RS232/RS485、Modbus、OPC、CAN、Fieldbus、PROFIBUS,甚或取得专利的通讯协议。此弹性的通 讯功能,可让 NI 系统轻松整合风力涡轮机组的其他装置。

    用于状态监控的 NI 产品
    NI 提供多款讯号处理设备,可衔接不同的传感器,包含振动、应变、音频、温度、电压、电流、功率等。透过标准的通讯协议,即可为状态监控装置新增油微粒子 (Oil particulate) 计数,与光学感测功能。多样且弹性的功能,让 NI 保持在状态监控应用的领先地位。

销售热线

销售微信