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大型新能源发电机组超低频故障在线监测与诊断成套技术上海电力新能源发展有限公司上海瑞视仪表电子有限公司申报上海市科技进步奖-20132013年7月上海明华电力技术工程有限公司同济大学2汇报内容背景和意义一主要科技创新二应用情况和社会经济效益三主要候选人贡献四3汇报内容背景和意义一主要科技创新二应用情况和社会经济效益三主要候选人贡献四42010年东汽风机倒塔2010年美国康涅狄格州电厂爆炸一、背景和意义生产事故严重危害正常经济运行2010年河南500千伏丰彰I线铁塔折断2013年俄罗斯克拉斯诺雅尔斯克水电站爆炸国家安全生产不容忽视09年俄罗斯萨扬-舒申克电站10年华锐风电科技股份有限公司12年底新能源在国家总能源中占比超过20%,新增新能源发电装机容量超过50%,到2020年将超过80%。由于新能源发电设备运行环境恶劣、工况复杂、负载扰动大,尚无成套监测与诊断技术,更易于产生故障和安全事故,已成为全国电力系统运行的安全隐患。一、背景和意义5一、背景和意义61、多变负荷2、工况复杂3、环境恶劣一、背景和意义71234超低频检测传感器可靠性运行环境恶劣故障诊断技术超低频多变负荷特性运行工况复杂挑战瓶颈问题大型新能源发电机组超低频故障在线监测与诊断成套装备突破研制服务于大型新能源发电机组安全运行的关键技术8产学研联合,持续攻关10余年2003年-:基础研究(自然科学基金项目)2005年-:技术攻关(科技部863计划、上海市科技攻关、科技部创新基金、上海市火炬计划)2008年-:上海市重点新产品项目一、背景和意义大型新能源发电机组超低频故障在线监测与诊断成套装备同济大学上海明华电力技术工程有限公司上海瑞视仪表电子有限公司上海电力新能源发展有限公司授权发明专利16项,申请15项,公开9项登记软件著作权2项发表论文38篇,其中SCI/EI论文18余篇形成企业标准2项9汇报内容背景和意义一主要科技创新二应用情况和社会经济效益三主要候选人贡献四10总体技术思路二、主要技术创新超低频检测新工艺新技术新结构可靠性智能监测突破3大关键难题超低频高精度传感器件超低频振动检测装置在线监测与诊断系统挨个突出020406080100120140160180200-A0A020406080100120140160180-A0A创新点一研发了系列高精度超低频传感装置11sin()xAt2sin()xAt020406080100120140160180200-A0A020406080100120140160180200-A0A振动幅值振动加速度22()(sin())sin()afxfAtAmt传感器测量值1技术背景长时温漂油污长时可靠锥形压电环壳体壳体θ质量块2提出了具有低频动态响应的小信号传感新结构创新点一研发了系列高精度超低频传感装置F压电片锥形压电式传感器原理图传统压电式传感器原理图sin,332FFFdCFdC331F12传统探头线圈铜材料稀有合金材料油污线圈易损坏传统探头制作工艺三次注塑成型工艺稳定性好可靠性高新结构新材料新工艺创新点一研发了系列高精度超低频传感装置RX9000XL系列RS9300VRS9330500RS330400RS190510RS102RS136低频传感器系列3研制了12个系列50个品种的低频传感器技术指标φ8mmφ22mmφ36mm本项目Bently本项目Bently本项目Bently静态指标静态灵敏度误差1.0%1.0%0.9%1.0%0.8%0.9%静态幅值线性度±1.9%±1.9%±1.8%±1.9%±1.8%±1.8%静态幅值重复性0.9%0.9%0.9%0.9%0.8%0.9%零值误差0.5%0.5%0.4%0.5%0.4%0.5%温漂0.08%℃0.1%℃0.07%℃0.1%℃0.05%℃0.1%℃幅值稳定度0.45%0.5%0.42%0.45%0.4%0.4%动态指标动态灵敏度误差3.0%2.5%2.5%2.5%2.5%2%频率响应0.5dB0.5dB0.5dB0.5dB0.5dB0.5dB动态幅值线性度±10%±9%±7%±8%±6%±7%线性量程(mm)2214122220技术指标本项目RS136本项目RS102Bently类型低频压电加速度传感器压电加速度传感器压电加速度传感器灵敏度500mV/g±10%100mV/g100mV/g±5%振幅线性度±10g峰值在50g峰值内为±2%在50g峰值内为±1%频响特性(12~180,000CPM);(0.3Hz~3KHz)±3.0dB(90~420,000CPM);(1.5Hz~7KHz)±3.0dB(10Hz~15KHz)±3.0dB加速度范围最大50g最大50g最大50g工作方向360°任意角度360°任意角度360°任意角度工作温度-55℃~+121℃-55℃~+121℃-57℃~+200℃本项目电涡流传感器与同类产品关键技术指标比较本项目压电传感器与同类产品关键技术指标比较1314创新点一研发了系列高精度超低频传感装置总结传感器水平查新检索报告-上海科学技术情报研究所经文献对比分析,项目达到同类技术的国际先进水平项目实测指标性能优于国内外同类技术指标上海市企业标准15总体技术思路二、主要技术创新超低频检测新工艺新技术新结构可靠性智能监测突破3大关键难题超低频高精度传感器件超低频振动检测装置在线监测与诊断系统16产生标准源磁场不均匀波形失真噪声大灵敏度创新点二:突破了超低频传感器校准及可靠性检测1技术背景超低频传感器标定难超低频传感器环境可靠性试验难高温低温湿度离心可靠性17技术指标本项目超低频超低频振动校验平台B&K3560工作频率范围0.01-200Hz3~6400Hz工作频率跨越的数量级4个数量级3个数量级额定正弦激振力500N112N空台面最大正弦加速度200m/s2700m/s2最大速度3m/s1.4m/s最大位移1000mm12.7mm动圈质量20Kg160克失真度小于2%小于3%突破了国外技术封锁,填补了此技术国内空白增大行程和提高磁场均匀性双磁路设计不均匀磁隙结构设计磁场均匀大幅值标准正弦波灵敏度创新点二:突破了超低频传感器校准及可靠性检测1提出了双磁路不均匀磁隙结构,研发了低频振动传感器校准装置及测试方法,解决了超低频传感器标定问题182建立复合试验环境耦合的基本理论,实现了多场耦合参数分析,研制了可靠性试验平台离心力、气压场耦合下的温度场分析离心力、气压场耦合下的流体场分析0)(w))((220rgfwHrΩTTpΩVpQTkdDTc)(转子模拟试验台多环境复合可靠性模拟环境试验装置创新点二:突破了超低频传感器校准及可靠性检测19总体技术思路二、主要技术创新超低频检测新工艺新技术新结构可靠性智能监测突破3大关键难题超低频高精度传感器件超低频振动检测装置在线监测与诊断系统创新点三研发了在线监测与故障诊断系统00757682816511)()(QHSbsbTSSsTSSSSsTSSbsbTsTSbsbTSSsTsQsHZPtdPmdPtddPtdPmr20过渡过程水力所引起的冲击和周期性压力脉动转子系统低频周期性振动的有限元仿真建立了多场耦合动力学模型开发了有限元分析仿真系统建立了多工况下转子系统频率模型创新点三研发了在线监测与故障诊断系统机组1采集信号机组2采集信号机组N采集信号实时监测与分析历史数据分析专家系统数据库随机报表频谱分析轴心轨迹时域波形伯德图趋势分析随机报表频谱分析轴心轨迹时域波形伯德图趋势分析...数据采集监测与分析电流电压分析振动时域波形扭矩与风速分析振动频谱分析小波分析趋势分析平均功率分析专家系统系统软件架构服务器部分功能截图212面向超低频的故障诊断系统22数据采集诊断终端数据采集诊断终端数据采集诊断终端大型发电机组大型发电机组大型发电机组监控中心服务器Internet以太网大型发电场监控中心工程师技术支持中心工程师技术支持的远程诊断依托专家系统的在线诊断诊断报告维修计划创新点三研发了在线监测与故障诊断系统3开发了面向超低频的故障诊断成套装置抽水蓄能智能振动故障诊断专家系统知识库查新报告本项目针对大型抽水蓄能机组根据振动原因对机械振动、电磁振动和水力振动现场发生的故障进行统计,并对各种故障提出其相应的特征,建立了大型抽水蓄能机组振动故障知识库的技术要点,在国内相关文献中未见报道。创新点三研发了在线监测与故障诊断系统总结2324创新点三研发了在线监测与故障诊断系统总结系统咨询报告--中国科学院上海科技查新咨询中心项目综合技术接近国际先进水平故障诊断系统与同类系统技术水平比较创新点三研发了在线监测与故障诊断系统总结技术点本项目Bently软件分析工具小波分析、波形、趋势、FFT、轴心轨迹、波特图、轴心位置波形、趋势、FFT、轴心轨迹、波特图、轴心位置软硬件键相双键相,键相可与任意数据通道相关单键相分析频带宽0.05~10KHz5~10KHz系统架构采集、分析、显示一体采集与分析系统分离测量信号电压(±30V)、电流(4~20mA)电压(±20V)2526汇报内容背景和意义一主要科技创新二应用情况和社会经济效益三主要候选人贡献四27重要应用实例上海金堰风力发电设备有限公司采用了本项目研发的在线监测与故障诊断系统解决方案实时不间断采样分析技术领先同类产品;减轻现场工作人员劳动强度、带来可观经济效益三、应用情况和社会经济效益28重要应用实例华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司(全国抽水蓄能最大之一)采用了本项目研发的在线监测与故障诊断系统解决方案于2012年3,6,7,11,12月,成功预测机组转子质量不平衡及轴瓦间隙不均匀。可替代国外进口同类监测产品,大大提高发电机组运行可靠性三、应用情况和社会经济效益29其他应用实例三、应用情况和社会经济效益单位成功案例时间宜兴抽水蓄能电站成功预测2#机组转子动静碰摩。2011年广东惠州抽水蓄能电站成功预测机组轴瓦松动。2009年7月广东惠州抽水蓄能电站成功检测机组低水头下低频振荡,导致难以并网。2010年9月河南回龙抽水蓄能电站成功检测轴系过临界及转子质量不平衡和轴瓦间隙不均匀。2009年4月上海万德风力发电有限公司成功预测电机转子与外壳谐振。2010年630三、应用情况和社会经济效益应用产品推广应用单位低频系列传感器新能源风风力发电机组主机制造企业:新疆金风科技股份有限公司、北京金风科创风电设备有限公司、江苏金风科技有限公司等科研院所新能源项目:清华大学、华中科技大学、中科院光电所等水力发电企业:三峡、葛洲坝水电站等低频振动故障诊断系统抽水蓄能发电机组:应用于全国已建近30家,如天荒坪抽水蓄能电站,正在推广全国在建设的20余家风力发电企业:上海金堰风力发电设备有限公司等振动试验及校验系统贵州金赤化工股份有限公司、云南云天化股份有限公司、河南中原大化集团有限责任公司、中海石油化学股份有限公司、四川泸天化股份有限公司,华东电力试验研究院、航空航天一院702所等31三、应用情况和社会经济效益海南黑龙江吉林辽宁河北山东福建江西安徽湖北湖南广东广西上海河南山西内蒙古陕西宁夏甘肃青海四川贵州云南西藏新疆江苏浙江北京抽水蓄能电站风力发电本项目产品在抽水蓄能行业的市场占有率超过90%风电行业60%企业应用本项目产品本项目成套技术已经成为国内新能源建设的重要品牌!三、应用情况和社会经济效益THEENDThanks汇报人:何斌同济大学020004000600080001000012000140001600018000200002010年2011年2012年11318.0818760.1717389.32684.416637.376203.6821853.522007.46新增产值新增利润新增税收单位:万元经过第三方测试和检验,成果技术指标超过国内外同类产
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