风电设备监测检测物联网声发射监测检测系统

风电设备的声波（声发射）检测监测

1、简介

原理：风电设备在发生裂纹、断裂等损伤过程中释放瞬态弹性波，系统接收分析这个声波，判断风电设备详细情况，评估风电设备的健康状态。

应用：适用于风电设备结构损伤监测检测（叶片、塔筒、螺栓）和转动设备的状态监测检测（轴承齿轮箱的润滑、磨损、损伤等）。如风电叶片监测检测、风电螺栓监测检测、风电塔筒监测检测、风电转动设备监测检测（损伤、润滑状态监测检测）。

 ·实时在线和历史数据屏幕显示  ·自动给出监测诊断结果  ·在线手机报警推送

（1）现场操作与显示

（2）中控室操作与显示

（3）远程网络直连通讯系统

（4）远程网络组网通讯系统

注：上述系统都有手机app蓝牙通讯巡检和现场调试设置功能。

系统框图：

2、软硬件介绍

配置表

(1)RAEM1声发射采集器

(2)RAEM1-6声发射采集器

(3)RL2声发射采集器

蓝牙：低成本，低功耗，近距离，具有很好的抗干扰能力，适用于对功耗控制要求比较严格的应用以及对数据传输有一定要求的用户。

Wi-Fi：无线电波的覆盖范围广，速度快，可靠性高，但数据安全性能方面比蓝牙稍差

Zigbee：低功耗、低成本、可靠，网络容量大，可传输单个或少数通道的声波（声发射）数据的原始波形数据，也可传输多个声波（声发射）数据的特征参数数据。

LoRa：抗干扰能力强、低功耗、通信距离远、具有高接收灵敏度，LoRa主要用于IOT设备，可以为用户实现远程、低功耗以及安全的数据传输功能。

云平台：

云平台：清诚物联网云平台、阿里云平台、亚马逊云平台等。

注：云平台可根据客户需求，选择客户的私有云平台，或清诚的私有云平台

                                                 清诚物联网云平台

云平台数据显示：用户可以通过云平台进行远程监控，同时把报警信息推送给用户。

远程系统升级：用户可以从云平台下载安装升级版软件、系统。

远程参数配置：用户可以通过云平台进行远程配置，如参数配置、定时配置、评级配置等。

一键下载数据：用户可以通过云平台，对历史数据进行下载。

SWAE软件：

数据可从云端下载后使用清诚的SWAE软件进行深度分析，也可以直接发送到SWAE软件进行实时分析处理，以详细了解缺陷详细情况。

SWAE软件支持定位分析、参数分析、相关图分析、波形分析、快速傅里叶变换、小波变换、评级分析等

SWAE软件支持定位分析、参数分析、相关图分析、波形分析、快速傅里叶变换、小波变换、评级分析等

3、应用方案

(1)风电叶片监测检测

解决方案：RAEM1-6/RL2系列远程声波（声发射）监测系统

原理：风电叶片材料发生裂纹等损伤，严重到一定程度，会在工作载荷大时持续产生显著大于以前背景噪声的声波，声波（声发射）监测系统接收分析叶片声波，判断叶片损伤情况，对叶片完整性做出健康评价。

安装：1、RL2:叶片长度中间部位对着的塔筒位置

     2、RAEM1-6:叶片内部的靠近根部等位置

(2)风电螺栓监测检测

解决方案：RAEM1系列远程声波（声发射）监测系统

原理：风电螺栓发生裂纹、断裂等损伤过程中释放瞬态弹性波，系统接收分析这个声波，得到螺栓缺陷状态信息。

安装：螺栓上（每个螺栓安装1个），或紧邻法兰上，包括塔筒螺栓和轴承等部件的螺栓。

(3)风电塔筒监测检测

解决方案：RAEM1系列远程声波（声发射）监测系统

原理：风电塔筒变形、开裂和裂纹扩展等损伤过程中常伴有微弱声波产生，系统接收分析这个声波，得到塔筒的缺陷程度、缺陷位置等信息，评估塔筒的健康状态。

安装：塔身内塔筒监测部位（纵缝、环缝丁字口位置）

(4)风电转动设备监测检测

①损伤监测检测

原理：风电转动设备磨损、凹坑、裂纹等故障导致特征声波信号，声波（声发射）系统采集和分析声波信号获得故障信息，得到风电转动设备的损伤状况。

②润滑状态监测检测

风电机组主要的润滑部位包括齿轮箱、发电机轴承、偏航系统轴承与齿轮、液压刹车系统和主轴承等。润滑可以减少摩擦和磨损，保障风电机组转动机械长期稳定运转。

原理：润滑油中杂质、缺油导致干磨等都会产生不同于正常润滑的声波信号，采集和分析声波信号，通过声波（声发射）特征参数随润滑状态改变呈现的一定变化规律，判断风电机组润滑状态。

安装：转动设备适当位置

4、方案案例

案例：每隔1个月对某风电机组轴承进行一段时间的在线声发射监测评估轴承损伤状况。

综合等级(5个)：完好(1级)；剩余1/2寿命(2级)，剩余1/3寿命(3级)，剩余1/4寿命(4级)剩余1/5寿命(5级)

云平台显示：该风电机组轴承监测中，1号、2号、3号监测通道在云平台的时间-撞击数统计图

云平台显示：该风电机组轴承监测中，1号通道每个月对应综合级别分别为：1，2，2，3，3

2021年6月触碰3级报警线(手机同步收到报警推送)。

邮箱报警推送                   短信推送                  小程序(APP)报警推送界面

SWAE软件分析：通过SWAE软件用线定位的方法对故障轴承进行定位。

“好”的轴承时域与频域图

“坏”的轴承时域与频域图

5、实际案例

（1）风电轴承监测（BT轴承）

BT轴承是双列圆锥滚子轴承，具有一个双滚道的外圈和两个内圈，两内圈之间有一隔圈。可以通过改变隔圈厚度来调整轴承游隙。该类型的轴承可以在承受径向载荷的同时承受双方向的轴向载荷，可在轴承的轴向游隙方位内限制轴和外壳的轴向位移，主要用于承受以径向载荷为主的径向与轴向联合载荷，具有承载能力大，极限转速低的特点。

BT轴承介于转动轴与定轴中间，位于主轴前端位置，声发射传感器后端有信号线与主机相连只能布置在定轴内侧，靠近BT轴承位置。

传感器及采集器安装布置

（2）江苏射阳风电轴承在线监测

风电轴承监测基本测试流程：

①传感器、放大器、检测仪主机等硬件安装；

②通过人工模拟源对各通道灵敏度标定，通道响应尽可能一致；

③通过施加人工模拟源在各结构件上，大致评估信号情况，如信号传导路径、衰减等；

④需要做定位分析时，需要用已知模拟源和定位源情况做误差分析；

⑤仪器传感器自标定测试（用于监测过程中判定仪器状态，尤其是传感器）；

⑥通过测试噪声确定门槛值；

⑦长时间大数据采集，记录运行情况，载荷情况、环境情况（天气、检修等）；

⑧仪器设备拆卸前，再次模拟源对各通道进行灵敏度标定，记录差异，分析数据时加以考虑。

场景实操图

数据处理的基本方法（单台数据）：

①单台监测对象声发射数据结合载荷情况纵向对比（第一台选取的3月27日和4月5日凌晨数据）；

②参数历程图看趋势和分布规律，结合分析的轴承故障特征，判断故障点结构；

③参数的相关性，大致判定是信号类型和种类，如：幅度-ASL、持续时间-上升时间、振铃计数-上升计数、幅度-能量等可大致判断是裂纹还是摩擦信号；

④典型时域信号与其频谱对照分析归类；

⑤异常特征参数与波形信号关联分析，符合性鉴定，如高能量高幅度的信号不一定是裂纹信号，主要是对第3条做验证（参数分析叫波形分析效率高）；

⑥时差定位分析（均匀结构件效果好，准确度高，但对通道一致性要求高）。

6、总结

可用于叶片、塔筒、螺栓、转动设备损伤及其润滑状态等的声波（声发射）监测，系统自动将报警信息推送给用户，便于用户及时维修，延长风电设备寿命，减少因损伤累积发展而导致的损失和事故。

在线：设备安装在被监测诊断的对象上实现全时段全天候状态监测泄露诊断。

智能：自动进行定量分析，输出结构件损伤状态，无需人工分析处理数据，自动给出监测诊断结果，整个监测诊断全过程自动进行。

远程：借助物联网系统，可以在任何位置得到任意距离的监测诊断点的监测诊断结果，在线实时结果和历史过程结果。

报警：远程配置参数，远程实时监测，手机端、云平台定制报警推送方式。