聯智科技:新應用!“北斗+”守護風力發電機運行安全

2022-06-24 15:03:29來源:聯智科技

在“碳達峰”、“碳中和”目標指引下,我國風電行業得到快速發展,中國已經成為全球風力發電規模最大、增長最快的市場,累計裝機量位居全球第一。

北斗作為國之重器,已在交通運輸、農林漁業、水文監測、氣象測報、通信計時、電力調度、救災減災、公共安全等領域得到廣泛應用,融入國家核心基礎設施,產生了顯著的經濟效益和社會效益。

日前,湖南華電聯合聯智科技(衛星技術交通運輸行業研發中心、基礎設施數字化監測與智能管控湖南省工程研究中心),將北斗高精度定位定向技術應用于大型風機結構與運行安全監測,強化了風機的運行安全監管,提升了機組發電效能,并在湖南相關風場中應用,成為北斗在風力發電機組安全監測領域應用首創。

 
進軍低風速區,高柔塔風機呼喚技術創新護航安全

繼4月11日,河南黃縣某風場發生一臺風力發電機倒塔事故后,日前,河南延津再發生一臺風力發電機倒塌事故。業內人士估計事故直接經濟損失在2500萬-3000萬左右,而因風電場事故調查導致的停機或限功率電費損失預計達3000萬。

近年來,風機倒塔、葉片掃塔等事故不斷進入我們視野。事故不僅造成巨大經濟損失,而且還帶來嚴重安全隱患和責任,在社會上形成巨大影響。

為了在低風速地區保障風機的發電量,加長風機葉片,并抬升輪轂高度捕獲更多的風能成為行業趨勢。為此,高柔塔機型應運而生。
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但隨高度增加和塔筒柔性增大的是風機結構運行安全監測難題。國家能源集團《高柔塔風電機組安全風險管控的思考》指出,高柔塔兩大主要風險為塔頂擺幅較大風險、低空急流風險。柔塔相比傳統剛性塔架其固有頻率有所降低,易發生風輪轉動與塔架共振現象(1P共振),會大量消耗機組使用壽命;在1P共振或渦激振蕩下,會發生塔頂最大擺幅。此外100m以上的高度層會有較大概率出現風速突變情況(低空急流風險),增加了葉片撞擊塔筒的風險。

北斗+安全監測,讓風機更安全更高效

針對以上兩大安全風險,湖南華電聯合聯智科技開展相關科研攻關,形成了以北斗高精度定位定向技術為核心的風機安全監測預警體系。

?塔頂位移軌跡實時監測預警

核心技術:北斗高精度定位定向技術

高頻動態(1秒/次數據)解算下,監測精度達厘米級。

塔筒作為一種特殊的高聳鋼結構形式,風機塔筒受力狀態極為復雜,機組故障、外部環境變化都有可能引起塔筒擺動異常。根據相關規范塔筒許用擾度應控制在0.5%-0.7%,但受制于風機高頻擺動、機艙不斷旋轉、結構形狀不規則等因素,以往沒有行之有效的監測手段。

為此,我們研發了適用于風機的北斗高精度雙天線定位定向技術及成套設備,通過北斗雙天線定位定向技術,實現實時精確測量塔筒中心位移、機艙方位角參數,輔以地磁傳感器、風速風向儀、陀螺儀,進行深耦合解算,對風機進行模態分析,形成了風機運動狀態實時監測技術,實現塔頂位移軌跡實時監測、預警。

?葉片凈空距離實時監測預警

核心技術:毫米波雷達動態測距

 

刷新率500Hz,精度±0.16m
抗干擾能力極強,可穿透霧煙、灰塵

葉片是風機將風能轉化為電能的重要設備,面對多變的環境和復雜的應力耦合,其健康狀態與運行安全監測至關重要。我們采用毫米波雷達動態測距實現凈空距離實時監測、預警,擺脫了傳統監測方式(布設應變片、振動傳感器、光纖光柵傳感器、激光雷達等)成本較高、運維難度大、受環境干擾大等方面的劣勢。

為進一步提高對葉片裂紋等缺陷的監測,我們通過使用音頻識別技術對可能產生的裂紋萌生和擴展進行動態監測。

北斗+風機運行安全監測預警,是一套獨立的風機運行安全監測預警系統,它解決了傳統監測手段存在的不足,實現了塔頂位移、葉片凈空等風機結構安全及關鍵設備狀態的智能監測預警,創新了風機安全保障方式,強化了風機的運行安全監管,提升了機組發電效能。

 

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