光纤传感技术让风电场更“风光”

MEMS 2022-09-26 00:00


9月2日,齐岳山山巅,随风而转的白色风机,在蓝天白云映衬下,定格出一幅幅美丽的画面。

齐岳山风力变电站坐落于利川市齐岳山之巅,是中国南方最大风力发电场,也是全国十大风场之一。

今年6月,国内首个高校自主研发的基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统在这里成功试运行,标志着湖北民族大学工业互联网及先进传感技术研发团队在此领域取得重大突破,将为我州建设“两山”实践创新示范区作出绿色贡献。

运维技术,亟需“国产化”

齐岳山平均海拔1700米,即使夏天最热的时候,气温也仅20℃左右。因其特殊的地形和气流循环,形成了一个内陆地区较大的风带,常年盛行东南风。经测试,一年中有3679到5957小时为风力发电的最佳风速,主要参数均达到风能丰富区的标准,非常适合建立风力发电场。

既要金山银山,更要绿水青山。

于2010年陆续投产的齐岳山风电场,是我州第一批投产的风电场,源源不断输出的清洁能源,为我国实现“双碳”目标作出了应有贡献。

千百年来,任凭大风白白吹过的日子一去不复返。

然而,转动的风机背后是一串不为人知的数字:几百台风电机组的维护,需要运维人员每年塔筒爬高4924米、巡检线路1000多公里。

数字背后,辛苦和艰难自不必言说。每年冬天,积雪覆盖,检修车辆无法开到风机检修平台,风电人只能徒步上山,开车几分钟的路程常常要步行一两个小时。夏天,风机叶片旋转带动机舱中的齿轮箱、发电机运行,设备温度升高,致使密闭的机舱内温度太高,运维人员在机舱内检修作业,衣服常常是湿了干,干了又湿。

随着时间推移,风电设备长期与高温、高寒、风沙、潮湿、盐雾等环境相伴,风电场的风机寿命过半、故障较多,而运维人员相对较少。如何实现风电机组的高效稳定运行,如何在日常维护方面降本增效,成为风电产业实现新一轮腾飞必须解决的问题。

“我国风电起步较晚,相较于风电技术发达、风电设备运维成熟的欧美国家,我国风电设备运维还存在一定差距,缺乏系统的、预见性的设备管理和运维体系。”齐岳山某风电场相关负责人介绍,目前国外已经有了比较成熟的监测系统,但购买成本太高,相关技术“国产化”已成当务之急。

自主研发,首次投用齐岳山风电场

2021年9月,齐岳山某风电场相关负责人辗转得知湖北民族大学智能科学与工程学院所属的工业互联网及先进传感技术研发团队正在进行相关方面研究,随即与该团队接洽、磋商并达成合作协议,着手研发基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统。

该团队负责人钱楷是安徽人,硕博分别就读于安徽大学和上海交通大学光学专业,博士毕业后赴法国从事博士后研究工作。2014年,钱楷进入湖北民族大学任教,并担任智能科学与工程学院副院长。

团队前期承担了国家自然科学基金项目基于双洛伦兹型光纤光栅快慢光的超高灵敏度传感器研究以及光纤光栅的架空线弧垂及舞动监控系统等相关课题,积累了丰富的光纤传感研发经验。

“作为州内高校,助力本地企业健康发展责无旁贷。”承接项目研究任务以来,钱楷带领团队另外3名教师和4名研究生,几乎整天泡在实验室,独立完成了传感器设计、光路搭建、解调电路设计制作及大数据平台开发等工作。实验中,每一步进展都需要大量的实验数据做支撑,每一个细节都需要不断地调试和完善。

今年3月,团队自行设计、具有独立知识产权的传感系统完成实验室样机测试,并在齐岳山风电场102号风机安装调试。

“我们共安装调试了12次。安装阶段,在叶片里面一待就是一整天,有时候晚上才下来。”钱楷打趣道,每次进去调试就像是经历了一次季节更替。

经过反复调试,今年6月,传感系统克服严寒、高温、强电磁干扰等恶劣工作环境,实现稳定工作。截至目前,系统已稳定运行近100天。

钱楷介绍,基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统主要由光纤传感器、传输光纤、解调仪表、数据传输模块和监测软件组成,科研人员将光纤传感器布置在叶片指定位置,传感器将信号通过光纤传输至解调仪进行数据采集,再通过专业软件进行分析判断。

光纤传感是利用光学方式对外界信号进行感知,具有高灵敏度、抗电磁干扰、质量轻等一系列优势,是传感领域最重要的发展方向。”钱楷介绍,团队独立自主研发的基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统,具有高稳定性、低成本等优势。该系统运用于风机运维,不仅提升了风电机组运行监测水平,提高了风电叶片维修保障效率,降低了检查维护成本,而且打破了国外技术限制,率先形成自主知识产权产品,提升了行业标准,为恩施州打造华中地区重要的洁净能源基地提供了科技支撑。

足不出户,实现预警干预

9月4日,102号风机叶片温度42摄氏度,旋转角速度1.5弧度每秒,1-1号光栅应变峰值在150微应变以内……系统工作正常。

湖北民族大学智能科学与工程学院实验教学中心,基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统的电子显示屏上,风机叶片的温度、旋转角度和旋转速度等监测数据一目了然。

青年教师邱达是该团队研发成员之一,他现场用手机展示了风机叶片的运转情况。每个光纤传感探头相当于一个神经元,可以实现桨叶覆冰、应变、温度的全时监控。风电设备的状态分析是风险评估、可靠性分析、寿命管理、预知性维修等运维工作的前提。通过监测系统,不仅在实验室的电子显示屏上可以直观观测叶片的运转情况,还可以通过手机端的风机叶片监测平台,随时随地观测叶片的运转情况。

齐岳山巅,102号风机像一根“定海神针”,直插云霄,风机叶片则像一根根硕大无比的羽毛。每片风机叶片长约50米,重达7吨。

9月4日上午,钱楷身着工装,头戴安全帽,通过狭窄的铁门进入塔筒,徒手登上2层平台,到达风机塔筒内部的笔直爬梯前。

从下往上望去,黑乎乎的看不到顶。检修风机要从这里爬上去,钱楷不记得自己已多少次从这里上上下下、进进出出了。

他熟练地绑定安全带,然后乘坐免爬器,10分钟左右上升80米,相当于近30层楼的高度,到达塔筒顶部对传感器进行检修。钱楷介绍,每片桨叶上安装有8个传感器,其中6个是应变传感器,2个为温度传感器,每台风机安装有24个传感器。

由于太阳暴晒,风机叶片里面的温度近50摄氏度。进去没多久,钱楷就已汗流浃背。

“基于光纤传感的风机桨叶形变监控系统的应用,不仅解决了运维人员人手少的问题,而且收到了事半功倍的效果。”钱楷此次进入塔筒检修,是因为电磁干扰,传感数据出现异常。经过一个多小时的检修,异常解除。

目前,钱楷正带领团队对系统进行进一步调试、完善,不断拓展应用范围。届时,操作人员足不出户便可及时、准确、实时掌握风机叶片运行状态,提前发现问题并采取干预措施,为风电安全运行保驾护航。


MEMS 中国首家MEMS咨询服务平台——麦姆斯咨询(MEMS Consulting)
评论 (0)
  • RD-03E_V1.0的使用手册包含设备的基本功能、硬件规格、软件配置和安装条件等详细信息。以下是一些可能包含在手册中的关键信息:基本功能:介绍RD-03E的主要功能和技术特点,例如精准测距或手势识别能力。硬件规格:提供RD-03E模块的详细硬件参数,包括尺寸、接口类型、电气特性等。软件配置:说明如何进行软件设置,包括固件升级、参数调整等操作指南。安装条件:描述模块的工作环境要求,如温度范围、湿度限制等。烧录说明:指导如何使用支持的工具(如keil 5 IDE)和烧录器(如CMSIS-DAP、J
    丙丁先生 2024-03-16 12:54 82浏览
  • 艾迈斯欧司朗全新“样片申请”小程序,逾160种LED、传感器、多芯片组合等产品样片一触即达。轻松3步完成申请,境内免费包邮到家!本期推荐艾迈斯欧司朗首款支持UV-A辐射、环境光闪烁检测功能的微型环境光传感器TSL2585。TSL2585尺寸小巧,采用L2.0mm xW1.0mm xH0.35mm 6引脚OLGA超薄封装,非常适用于可穿戴设备以及手机等这类产品尺寸和厚度受到限制的应用。基于先进的干涉滤光技术,TSL2585的每一个感光像素上都精确沉积了特定光学设计的滤光膜,整体约5µm厚,由60多
    艾迈斯欧司朗 2024-03-18 18:35 105浏览
  • 导读:网关设备是确保数据流畅通信的关键。虹科PCAN系列网关凭借卓越性能和创新技术,为众多应用提供了高效稳定的解决方案。本文将深入探讨虹科PCAN系列网关内部存储空间,特别是EEPROM和SPI Flash的配置与利用,并解析如何通过C编程实现快速实时的信号存读。通过虹科PCAN-Router FD的实例,我们将展示这些存储空间如何助力网关设备在复杂环境中保持卓越性能。一、网关内部存储空间概览网关的内部存储空间经过精心设计,旨在满足快速、稳定的数据处理需求。除了常规的RAM外,虹科PCAN系列网
    虹科汽车智能互联 2024-03-18 13:56 102浏览
  • 总结:科普量子计算机的水书。至少第一章是在科普量子计算机。唯一有点用的就是我上面这一张照片里面的笔记。上面说了为什么量子计算机会比传统计算机运算速度快的原因:因为传统计算机一位只能有一个数字,但是量子计算机可以0和1叠加起来显示。这样就造成了传统计算机需要运行很多遍的东西,而量子计算机不管多少多难都只用计算一次。(前提是量子比特位够长)---------------------------------------------------------------------------------
    youyeye 2024-03-17 17:04 146浏览
  • 安装Ubuntu后,可能会影响到Windows 10的启动方式,特别是在使用双系统引导时。这可能是导致您无法通过按F8进入安全模式的原因。以下是一些可能的原因和解决方法:启动管理器更改:安装Ubuntu后,GRUB或其他启动管理器可能成为默认的启动引导程序。这些启动管理器可能不会像Windows那样响应F8键进入安全模式的指令。快速启动功能:Windows 10的“快速启动”功能可能会影响您进入安全模式的能力。当启用快速启动时,系统会跳过某些启动步骤,这可能会阻止您通过F8进入安全模式。系统文件
    丙丁先生 2024-03-19 08:54 52浏览
  • 使美国在21世纪保持安全,美国防部发布最新投资战略,12项领先发展科技,两项是传感器技术!近日(3月8日),美国国防部官网公布了《2024财年投资战略》(INVESTMENT STRATEGY FOR THE OFFICE OF STRATEGIC CAPITAL),确定了战略资本办公室(OSC)重点关注的优先关键组件技术行业投资战略,这是美国最新重量级投资计划。2022 年 12 月,美国国防部长劳埃德·奥斯汀三世 (Lloyd J. Austin III) 启动了战略资本办公室 (OSC),
    传感器专家网 2024-03-18 19:31 69浏览
  • 汽车氛围灯,顾名思义,是烘托车内氛围的照明灯,是汽车内饰情感化设计的一种体现。 一般有暖色(红色等)和冷色系(蓝色、紫色等)两种,在夜晚开启后绚丽浪漫,可营造车内情调,使得旅途并不是那么的枯燥无味,让人们拥有独特的驾驶体验。关于汽车氛围灯浪涌保护上海雷卯EMC小哥分析难点有以下几个方面:1. 复杂的电气环境:汽车的电气系统较为复杂,存在各种干扰源,如点火系统、电机、电子设备等,这可能会对氛围灯的浪涌保护造成挑战。2. 电压波动:汽车运行过程中,电源电压可能会出现较大的波动,例如启动引擎或电器设备
    上海雷卯电子 2024-03-16 13:51 96浏览
  • 导读:相信使用过PCAN工具的朋友都知道虹科PCAN-View这款免费软件,它具有直观的用户界面,可以实时监测和分析CAN总线上的数据帧,并提供过滤、发送和报文记录。但你知道吗?它其实不只是简单收发报文,虹科PCAN-View还能自动检测和报告CAN总线上的错误帧,帮助用户快速发现和解决通信问题。无论是在汽车、工业自动化还是嵌入式系统领域, 虹科PCAN-View都是一个功能丰富且广泛应用的工具,为用户优化CAN总线系统的性能和提升通信的可靠性提供了极大的帮助。本文带你一起走进这些功能细节,深入
    虹科汽车智能互联 2024-03-18 13:54 120浏览
  • 电脑上的很多东西都是赚钱的手段,知道了就轻松自在。如果你在Win10、11等安装应用程序,出现:应用程序无法启动,因为应用程序的并行配置不正确。有关详细信息,请参阅应用程序事件日志,或使用命令行sxstrace.exe工具。你各种删除再安装,清理注册表,各种残留清理,各种模块开关设置、甚至重装系统,都不行,你可以考虑安装一下:通过微软网站:Microsoft visual C++ 2005Microsoft visual C++ 2008因为微软自带系统没有这两个基础程序,旧的应用程序多数要用的
    老黄姓黄 2024-03-17 15:59 189浏览
  • 直流电机是现代社会中无处不在的动力装置,但它们也不是永远运转的机器。让我们一起来了解一下,为什么直流电机会失效,以及我们可以采取哪些措施来延长它们的寿命。  1. 人为因素的影响: 操作失误是直流电机失效的一个重要因素。粗暴地操控电机,比如不小心让它掉落或者使用不当,都可能导致内部零件的损坏,从而使电机无法正常工作。此外,静电放电也是一个需要重视的问题,特别是对于无刷电机而言。静电放电可能会损坏电机内部的传感器,进而影响其控制与反馈系统。 2. 环境因素的考量: 环境条件对直流电
    艾迈斯电子 2024-03-16 11:29 82浏览
  • 来源:虹科汽车电子 虹科技术 | PCAN View功能细讲:从实时监测到错误帧分析原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s/yOonZ5NqSCnKjURr9hNC6A欢迎关注虹科,为您提供最新资讯!#PCAN #CAN总线 #工业通讯导读相信使用过PCAN工具的朋友都知道虹科PCAN-View这款免费软件,它具有直观的用户界面,可以实时监测和分析CAN总线上的数据帧,并提供过滤、发送和报文记录。但你知道吗?它其实不只是简单收发报文,虹科PCAN-View还能自动检测和报
    虹科电子科技 2024-03-18 15:48 106浏览
  • 1. 整流桥功能介绍整流桥在电子领域中扮演着至关重要的角色,为各种电子设备和电路提供了稳定的电源。整流桥的主要作用是将交流电信号转换为直流电信号。当交流电信号通过整流桥时,它会使得只有一个方向的电流能够通过,从而实现了将交流电信号转换为单向的直流电信号。在一些手持设备需要小巧轻便的整流桥来将交流电转换为直流电。医疗器械:一些便携式医疗器械或医疗监测设备,由于需要经常携带和移动,通常采用小体积的整流桥设计。智能家居产品:如智能插座、智能灯具等,由于需要集成在家居环境中,因此需要小体积的整流桥来满足
    上海雷卯电子 2024-03-16 14:07 122浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦