1?方案概述

1.1?設計背景

風力發(fā)電是世界上發(fā)展最快的綠色能源技術(shù)，與傳統(tǒng)能源相比，風力發(fā)電不依賴外部能源，沒有燃料價格風險，發(fā)電成本穩(wěn)定。在陸地風電場建設快速發(fā)展的同時，人們發(fā)現(xiàn)了陸地風能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問題。由于海上豐富的風能資源和當今技術(shù)的可行性，海洋將成為一個迅速發(fā)展的風電市場。

1.2?設計目標

海上風電要遠比陸地風電的風險大，技術(shù)難度更高，海上環(huán)境惡劣、可進入性差,給海上風電機組的運行與維護帶來了巨大挑戰(zhàn)，海水含鹽量高，腐蝕性強，海面常有大霧、雨水和臺風等惡劣的自然條件，對于風電機組的正常運行具有極高的要求。不僅是風機運行的外部環(huán)境惡劣，我國風電技術(shù)還處于發(fā)展階段，相關(guān)的機組技術(shù)、施工技術(shù)、輸電技術(shù)、運維技術(shù)等還沒有完全成熟，風電機組在外部環(huán)境和內(nèi)部技術(shù)的雙重影響下容易出現(xiàn)運行故障，因此需要及時進行檢測。如何更有效更有針對性的發(fā)現(xiàn)風機運行過程中的問題，是風電技術(shù)整個流程中的一個重要環(huán)節(jié)，以風機的運行過程為例，風機在運行過程中，會產(chǎn)生極大的電能，機組設備和輸電設備等都會產(chǎn)生大量熱量，呈現(xiàn)不同的溫度，當設備將要發(fā)生故障或者發(fā)生故障后，設備表面的溫度會明顯發(fā)生變化，比如短路時會瞬間通過大量電流，造成溫度異常升高，短路通電量極少，溫度明顯低于周圍等等，通過監(jiān)測機組設備的溫度是一個有效解決辦法，可以很好的保障機組的正常工作。

2?設計說明

2.1?設計原理

2.1.1電氣設備故障發(fā)熱

圖2.1風力發(fā)電機組

風電機組包括主軸承、發(fā)電機等，是風機的核心設備，溫度是風電機組工作的重要指標，超過額定溫度時每升高10℃，則電機的壽命將縮短一半，電機是維持風機正常工作的重要保證，常見的機組運行故障包括：

• 電氣接線接觸不良或老化導致電氣接線溫度異常；
• 電機外殼由于鐵心老化、散熱不良導致外殼溫度過高或溫度不均勻；
• 與電機連接的軸承、連軸器:1)過度潤滑；2)缺乏潤滑；3)未對準通常會導致軸承問題。

根據(jù)以往紅外熱像測試的經(jīng)驗來看，機組電氣接線以及線纜接頭缺陷所導致的異常發(fā)熱比較常見。主要原因是：1）氧化腐蝕：金屬表面嚴重銹蝕氧化，造成金屬接觸面的電阻值乘幾十倍到幾百倍的增加；2）導線斷股、接頭松動：導體連接部位長期受到機械振動，使得導體壓接部位的螺絲松動、導線斷股電阻值增大。3) 因為結(jié)構(gòu)設計、安裝工藝質(zhì)量所引起的異常發(fā)熱

配電控制柜具有類似的問題，有大量觸頭、開關(guān)、套管夾等，常常由于接觸不良、腐蝕或內(nèi)部異常等各種原因，出現(xiàn)異常過熱點，嚴重影響安全供電，需要及時排除安全隱患，避免發(fā)生更大危險。

2.1.2紅外熱像儀在風力發(fā)電中的作用

• 電氣設備出線接頭、內(nèi)部導流回路連接處檢測
• 各類導電接頭、接線樁頭氧化腐蝕以及連接不良缺陷
• 各類高壓開關(guān)內(nèi)中心觸頭接觸不良缺陷
• 隔離刀閘刀口與觸片以及轉(zhuǎn)動帽與球頭結(jié)合不良缺陷
• 電力變壓器高、低壓套管上、下兩端連接不良
• 線夾發(fā)熱檢測
• 電纜接頭檢測
• 風電機組（包括主軸承、聯(lián)軸器等）發(fā)熱故障監(jiān)測
• 發(fā)電機、控制柜發(fā)熱故障監(jiān)測

2.2?需求分析

（1）系統(tǒng)要求：監(jiān)控系統(tǒng)要覆蓋整個風力發(fā)電機艙和塔底變頻器，實現(xiàn)全天候、全方位、實時、非接觸、精準測溫要求，可以對感興趣點進行快速的監(jiān)控數(shù)據(jù)獲取，要配備紅外熱像儀及其全套組件，系統(tǒng)各構(gòu)件要達到相關(guān)參數(shù)要求。

（2）數(shù)據(jù)要求：可以實時查看并且存儲溫度視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式符合參數(shù)要求。

（3）監(jiān)控范圍：通過紅外熱成像海上風力發(fā)電圖像監(jiān)控系統(tǒng)，工作人員在監(jiān)控中心可對整個機艙（12m×4.9m×5m）和變頻器（5m×3m）溫度實現(xiàn)實時動態(tài)的監(jiān)控。

（4）報警要求：在出現(xiàn)溫度故障前或者剛出現(xiàn)故障，能在第一時間偵察到故障區(qū)域及故障程度，并及時進行報警，使工作人員盡早發(fā)現(xiàn)隱患，及時處理可能突發(fā)的所有發(fā)熱故障情況。

3?設計方案

3.1?系統(tǒng)設計目標

（1）實時監(jiān)控

利用機艙頂部設置的監(jiān)控點，獲取覆蓋范圍內(nèi)的監(jiān)控紅外圖像，實現(xiàn)全天候不間斷監(jiān)控。觀測人員在監(jiān)控中心可觀測到整個機艙風電機組的紅外圖像，系統(tǒng)可進行全程錄像。

（2）動態(tài)監(jiān)控

在網(wǎng)線快速傳輸系統(tǒng)的支持下，將紅外圖像及其它信息實時、同步傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，實現(xiàn)真實觀測機艙和變頻器的動態(tài)情況。

（3）獲取感興趣點溫度

監(jiān)控中心人員可以通過熱像儀配套的軟件人為選取感興趣區(qū)域的精準溫度，判斷是否有故障發(fā)生。

（4）數(shù)據(jù)存儲、離線分析

對于監(jiān)控系統(tǒng)前端傳回的溫度圖像數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提供截圖、視頻流、溫度流的隨時存儲功能，可對感興趣時間段的溫度數(shù)據(jù)進行保存，并可用系統(tǒng)軟件進行離線分析。

（5）超溫自動報警

實時自動測量視場中物體的最高溫度，超過系統(tǒng)設置報警溫度自動報警，并輸出報警信號，監(jiān)控電腦可發(fā)出報警聲音，也可外接聲光報警裝置。

3.2?系統(tǒng)設計概述

根據(jù)機艙和變頻器的特點，我們考慮在高點設立監(jiān)控點，監(jiān)控點與監(jiān)控中心之間采用網(wǎng)線連接，監(jiān)控中心能對指定區(qū)域進行巡視、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實時進行最高點溫度搜索，實時溫度異常預警。實時監(jiān)視、調(diào)看各個監(jiān)控點的紅外圖像和錄像資料。監(jiān)控中心可自動或手動切換出各監(jiān)控點的圖象。

系統(tǒng)設計由兩部分構(gòu)成：監(jiān)控前端（監(jiān)控點）和監(jiān)控中心。

系統(tǒng)暫設若干個監(jiān)控前端（監(jiān)控點）。在各監(jiān)控點制高點架設紅外熱成像儀一臺，監(jiān)控中心由監(jiān)控工作站等設備組成，系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議，采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有良好的可擴充性，可隨時增加撤減監(jiān)控點。監(jiān)控中心主要的功能就是：預警、顯示、控制、錄像和視頻數(shù)字化、網(wǎng)絡化。

3.4系統(tǒng)設計方案

3.4.1現(xiàn)場勘測

機艙周圍空間有限，安裝距離有限，視場角受限，要滿足全方位觀察，需要在機艙頂部安裝熱像儀，保證監(jiān)控系統(tǒng)前端能夠正常工作，且減少維護成本，如圖3.2，塔底變頻器安裝距離稍遠，考慮到監(jiān)控全面性，也需要安裝到頂部位置，如圖3.3。

3.4.2安裝位置

根據(jù)現(xiàn)場實際勘測的位置，機艙處需要安裝到艙室頂部，以滿足全面監(jiān)控要求，現(xiàn)場合適的位置是艙頂橫梁，可以直接通過支架將熱像儀安裝到此位置，安裝平面圖如圖3.4，由于距離有限，需要在頂部安裝兩臺熱像儀，分別負責監(jiān)視一半的區(qū)域，如圖3.5；塔底變頻器采用傾斜監(jiān)控的方式，安裝在頂部，安裝平面圖如圖3.6，覆蓋變頻器全部。

 

3.4.3熱像儀選型

（1）熱像儀選型

根據(jù)機艙的工作溫度，選用Yoseen?X系列紅外熱像儀，分辨率為384×288，該熱像儀屬于在線式測溫型紅外熱像儀，通過接收物體發(fā)射的紅外線，經(jīng)過一系列的處理，可形成物體表面的熱像圖，并進行相關(guān)部位的溫度測量，有助于發(fā)現(xiàn)機組故障隱患。

（2）鏡頭選取

熱像儀采取頂部安裝，保證熱像儀視場角全面覆蓋機組和變頻器指定監(jiān)控區(qū)域，機艙大小為12×5×5m,采用頂部兩臺監(jiān)控，根據(jù)計算，選用2.2mm鏡頭；變頻器大小為5×3m，采用頂部傾斜安裝監(jiān)控方式，根據(jù)計算，采用3mm鏡頭，系統(tǒng)共包括兩個機艙和兩個變頻器，共計六臺。

 

3.5系統(tǒng)組成

紅外熱成像海上風力發(fā)電圖像監(jiān)控系統(tǒng)由中心監(jiān)控管理系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、供電系統(tǒng)組成。

（1）中心監(jiān)控管理系統(tǒng)

主要實現(xiàn)視頻信號的圖像顯示、錄像控制，遠程控制、數(shù)據(jù)壓縮處理、網(wǎng)絡傳輸、系統(tǒng)控制管理、預警及數(shù)據(jù)庫管理，向指揮調(diào)度人員提供全面的、清晰的、可操作的、可錄制、可回放的現(xiàn)場實時圖像。

（2）傳輸系統(tǒng)

提供系統(tǒng)互聯(lián)及信息交互的聯(lián)網(wǎng)能力，監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸方式主要有網(wǎng)線傳輸、光纖傳輸、無線微波傳輸?shù)?。一般來說，當攝像頭的安裝位置離監(jiān)控中心較近時（兩百米以內(nèi)），多采用網(wǎng)線傳輸方式，當攝像頭的位置距離監(jiān)控中心較遠時，往往采用光纖傳輸方式。本系統(tǒng)考慮到監(jiān)控點的具體情況，擬采用網(wǎng)線傳輸方式。

（3）紅外熱成像系統(tǒng)

提供風力發(fā)電早期預警信號，監(jiān)測視場中物體的最高溫度，超過設定的報警溫度，系統(tǒng)報警。

（4）供電系統(tǒng)

提供系統(tǒng)運行的基本電力保障，采用DC12V供電方式。

3.6系統(tǒng)功能

3.6.1高溫預警功能

應用紅外熱成像儀等設備，系統(tǒng)可實現(xiàn)以下高溫預警功能

（1）手動或自動開啟紅外熱成像等設備，對指定區(qū)域進行監(jiān)控、圖像采集和溫度數(shù)據(jù)分析，實時進行最高點溫度搜索，實時顯示當前視場的最高點溫度。

（2）可將采集到的紅外圖像存儲下來，放入數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的支持下分析比較，利用設定的數(shù)據(jù)，判定是否發(fā)出預警信號。

3.6.2一般功能

（1）監(jiān)視功能

實時顯示紅外熱成像設備的圖像。

多畫面同時監(jiān)控。

（2）控制報警功能

自由設置溫度報警。

遠程報警信息接收處理及系統(tǒng)日志查看。

（3）錄放像功能

報警數(shù)據(jù)自動存儲，手動隨時存儲，可隨時回放錄像數(shù)據(jù)。

（4）網(wǎng)絡功能

遠程實時顯示紅外熱成像設備的圖像溫度情況。

遠程實時接收高溫預警信號及其它報警信息。

遠程查詢及回放前端歷史圖像以及保存的預警錄像。

遠程錄像文件下載。

支持RTSP流媒體協(xié)議。