風電場無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)目錄TOC\o"1-3"\h\u2248風電場無線溫度監(jiān)測系統(tǒng) 126923一、項目概述 36688（一）企業(yè)簡介 330358（三）項目建設情況 48735二、應用場景及建設方案 428661（一）場景描述 47062（二）技術架構 415291.業(yè)務藍圖規(guī)劃 414573（三）建設方案 11235241.項目建設目標 11186772.項目重點工作任務 1291073.關鍵技術應用 13824三、項目效果 1322269（一）項目效益 140（二）鑒定評價（如有） 1425262（三）推廣前景 14367四、下一步計劃 14一、項目概述（一）企業(yè)簡介近年來國內其他風場發(fā)生了多起風機火災事故，因撲救難度大，不止造成了設備損失，影響生產效益，甚至造成人員傷亡。據調查，引起火災的主要原因是由于風電場中的老舊風機型的測溫點不足，網絡傳輸數據接口不足，導致溫度監(jiān)測盲區(qū)，單獨測溫設備不能回傳升壓站，進而不能及時發(fā)現風機內部隱藏的火災風險。為了解決這些隱藏的風險，本系統(tǒng)計劃針對風機里易產生高溫、引起火災的設備部件增加溫度測點，并研究利用無線測溫設備進行監(jiān)測，實現實時溫度監(jiān)測和及時報警，避免相關設備部件因溫度過高或急劇升溫引起火災安全事故。同時，該項目選擇風機中易引發(fā)高溫的設備部件進行監(jiān)測，當溫度達到預設閾值（溫度報警閾值、升溫加速度閾值）時需觸發(fā)警報機制，使運行人員、管理人員和檢修人員能及時應對，有效防止火災發(fā)生，保證設備安全運行。（三）項目建設情況已投入使用，實現在運行風機的關鍵節(jié)點溫度實時監(jiān)測；對三個月以內的實時溫度數據進行存儲；對采集到的實時溫度進行分析，識別溫度過高及短時間內溫度變化過大的情況；將采集到的實時溫度按照風機、點位為單位反映到集控。二、應用場景及建設方案（一）場景描述為解決風場老舊風機溫度監(jiān)測節(jié)點不足、同時網絡接口不足以支撐新的溫度數據傳輸的情況，需要搭建不依賴于風場現有基礎設施、網絡設施、應用系統(tǒng)的實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)。在對溫度進行采集之后，實時的反饋到風場主控及集控中心。系統(tǒng)在數據實時采集的基礎之上，同時需要具備一些對數據的分析能力，對溫度過高、短時間內溫度變化過大的節(jié)點，需及時報警，盡可能的將火災風險遏制在最初階段。（二）技術架構1.業(yè)務藍圖規(guī)劃1）對巴彥淖爾別理奇風場現有的各種類型風機進行研究，挖掘各種類型風機在運行過程中有可能發(fā)生火災風險的關鍵部件，實現對關鍵節(jié)點的溫度采集。2）組建節(jié)點間數據傳輸距離10公里的無線網絡架構，以此來支撐風機與風機、風機與升壓站之間的數據穩(wěn)定傳輸。3）在風機關鍵節(jié)點安裝無線溫度傳感器、溫度傳感器接收裝置，同時在升壓站部署應用服務器及數據存儲服務器來接收存儲風機通過無線自組網上傳的采集到的實時溫度數據。4）對采集到風機關鍵部件的實時溫度數據進行分析，對超過正常工作溫度，及短時間內溫度變化過快的節(jié)點進行識別，預測其可能發(fā)生的風險；對系統(tǒng)長時間運行過程中產生數據，通過大數據分析手段，挖掘其中溫度數據的變化規(guī)律，推測各種類型風機在長時間運行過程中各個部件的產品質量、使用壽命及可能發(fā)生的致命性威脅。5）系統(tǒng)在設計的過程中，充分考慮風機測點的靈活性，使風場人員可以按照自己的需求，簡單快捷的增加需要的測溫點，而不受目前已有測點的限制。6）系統(tǒng)在設計的過程中，充分考慮系統(tǒng)的擴展性，為影響風機運行的各種指標（如振動、局放、風險反控等）的采集預埋接口。7）實現與集控的對接，將采集到的溫度數據實時傳輸到集控，使集控可以對風場風機的運行狀況進行全局的把控。2.系統(tǒng)技術架構圖3.軟件系統(tǒng)功能軟件業(yè)務模塊主要包括測溫點數據實時采集存儲子系統(tǒng)、各類測溫點報警策略管理子系統(tǒng)、實時超限報警（限溫閾值，升溫加速度閾值等）子系統(tǒng)、故障報警語音報警子系統(tǒng)、實時大屏監(jiān)控子系統(tǒng)、數據分析子系統(tǒng)、維修人員指派子系統(tǒng)、用戶權限管理子系統(tǒng)、后臺管理子系統(tǒng)、集控中心對接子系統(tǒng)等。1）測溫點數據實時采集存儲子系統(tǒng)在風力發(fā)電機的關鍵部位安裝無線測溫傳感器，并在風機合適的位置安裝一臺信號接收器。無線測溫傳感器按照固定的頻率，定時向信號接收器傳輸當前時間點的測溫信號；同時無線測溫傳感器也支持超限預警溫度傳輸，在固定頻率不能覆蓋的時間區(qū)間內，如果溫度傳感器監(jiān)測到溫度超限，或者溫度增幅超限，則主動向信號接收器推送當前溫度數據。信號接收器接收到不同位置傳感器的溫度數據之后，將其存儲到寄存器，同時將信號推送至信號轉換DTU。由于信號接收器會將實時溫度數據存儲到寄存器中，在信號不好或者存在其他不可預測的信號傳輸障礙的情況下，溫度數據也不會丟失。在故障恢復之后，信號接收器將溫度數據重新傳輸給信號轉換DTU，以此來保證連續(xù)的實時測溫數據的數據完整性。信號轉換DTU接收到信號接收器傳輸的實時測溫數據后，將溫度數據轉換為4G/5G/lora/以太網等可以遠程傳輸的信號發(fā)送至自組網內部的測溫點數據實時采集服務，測溫點數據實時采集服務將采集到的數據存儲到系統(tǒng)的數據庫集群。在DTU向自組網內部傳輸實時測溫信號時，需要通過自組網網關，網關會過濾掉實時測溫數據之外的惡意請求以及其他不明來源的請求，以保障自組網內部系統(tǒng)和數據的安全性。2）各類測溫點報警策略管理子系統(tǒng)測溫點報警策略管理子系統(tǒng)會讀取各類測溫點的位置信息，以及預先設定好的報警策略信息。通過人工操作的方式對測溫點位置和報警策略進行綁定，形成最終的各個測溫點報警策略。每類測溫點設置溫度加速度閾值，達到閾值時觸發(fā)報警系統(tǒng)。選擇此策略時需要設置報警的溫度變化時間區(qū)間，以及溫度變化幅度閾值。3）實時超限報警子系統(tǒng)實時超限報警系統(tǒng)在接收到實時信號接收系統(tǒng)的溫度信號時，會監(jiān)測每一個信號所屬的測溫位置，并匹配該位置的報警策略，判定該溫度信號是否為存在風險的信號。當溫度信號所屬測溫點的報警策略為限溫報警時，直接對比溫度信號中的當前溫度和限溫閾值，當前溫度大于限溫閾值時，將溫度信號所屬位置標記為存在風險位置，并記錄到數據庫。當溫度信號所屬測溫點的報警策略為升溫加速度報警時，則查詢溫度所屬測溫點在閾值時間范圍內的最小溫度和最大溫度，之后對最小溫度、最大溫度的差值與升溫加速度幅度閾值進行對比，當小溫度、最大溫度的差值大于升溫加速度幅度閾值時，將溫度信號所屬位置標記為存在風險位置，并記錄到數據庫。4）故障報警聲音子系統(tǒng)故障報警聲音子系統(tǒng)監(jiān)聽報警信息存儲數據庫，當數據庫的值發(fā)生變化時，提取新增的報警數據，根據報警數據控制相應測溫位置的語音報警聲音，進行語音報警。5）實時大屏監(jiān)控子系統(tǒng)在PC端頁面上實時顯示無線溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)中的各種信息。6）數據分析子系統(tǒng)對無線溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)的數據進行分析，預測風力發(fā)電機、無線溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以及維修人員的維修效率等信息。各個風力發(fā)電機的測溫點溫度走向；無線溫度傳感器、信號接收器連接狀態(tài)；維修人員歷史維修工單，以及維修時長；風力發(fā)電機各個部件的維修記錄。7）維修人員指派子系統(tǒng)維修人員指派系統(tǒng)會監(jiān)視實時超限報警系統(tǒng)的報警端口，當有新的報警信息產生時，維修人員指派系統(tǒng)會創(chuàng)建一個新的維修工單，并查詢維修人員數據與維修人員正在進行的工單數據，查找到當前相對空閑的維修人員，將當前新創(chuàng)建的工單指派給該維修人員。8）用戶權限管理子系統(tǒng)權限管理是所有后臺系統(tǒng)的都會涉及的一個重要組成部分，主要目的是對不同的人訪問資源進行權限的控制，避免因權限控制缺失或操作不當引發(fā)的風險問題，如操作錯誤，隱私數據泄露等問題。本系統(tǒng)使用迄今為止最為普及的權限設計模型：RBAC模型,基于角色的訪問控制（Role-BasedAccessControl)9）后臺管理子系統(tǒng)后臺管理子系統(tǒng)包含如下諸功能：菜單管理：根據權限設定該權限可使用的功能菜單；組織架構管理：分公司、事業(yè)部、風電場的組織結構構成；消息管理：支持溯源管理的消息狀態(tài)、發(fā)送人、發(fā)送時間等；操作日志管理：可溯源的對服務器操作的日志管理，確保服務器的安全；數據字典管理：數據庫中使用的字段解釋以及該字段的初始狀態(tài)設置；傳感器管理：所有傳感器的類型、編號、狀態(tài)、剩余電量等管理。更換設備時需要維護； DTU管理：所有DTU的類型、編號、狀態(tài)等管理。更換設備時需要維護；接收器管理：所有接收器的類型、編號、狀態(tài)等管理。風機管理：所有風機的類型、名稱、編號、狀態(tài)、測溫點等管理。10）集控中心對接子系統(tǒng)集控中心獲取風機的實時數據,采用modbustcp通訊協(xié)議，按照事先定義的規(guī)則將指令發(fā)送至服務器。服務器拿到指令，校驗指令的合法性，如合法則對指令進行解析，解析內容為風機的編號和測點。風機和測點信息確定后去服務器的實時緩存中獲取相應的數據，最后將風機的溫度數據組裝成16進制數據流以modbus協(xié)議回傳給集控中心，集控中心獲取到數據后按照點表進行解析，組裝成ModBus協(xié)議報文。（三）建設方案1.項目建設目標對風機中增設測溫點位置進行現場確定，根據增設測溫點的設備外形和環(huán)境溫度選型無線溫度傳感器，考慮測溫的有效性和準確性，確定無線溫度傳感器的安裝位置及安裝個數。共42臺風機,每臺風機增加測溫點8-15個。增加測溫點位于易產生高溫的設備部件。增加測溫點分別為：控制柜、變頻器、集電環(huán)室、剎車盤、線纜接頭、發(fā)電機接線盒等。測溫點的溫度數據以單臺風機為單元匯總至數據收集器，根據現場實際需求，42臺風機每臺風機安裝1-2個數據收集器，并為數據收集器提供電源。42臺風機每臺風機安裝1-2個數據轉發(fā)器，并為數據轉發(fā)器提供電源。安裝覆蓋42臺風機和升壓站的內網無線網絡。通過無線網絡把數據實時傳回控制中心服務器，實時保存數據，數據保存至少1年。安裝、配置無線測溫系統(tǒng),實現大屏展示，并建立實時預警、維修、跟蹤體系，判斷故障隱患，提前采取預防措施。系統(tǒng)硬件采用獨立機柜、獨立網絡，內置應用服務器、存儲服務器、備份服務器。2.項目重點工作任務第一階段：需求調研現場勘查、需求調研、需求分析、場景拍攝、需求整理、需求評審第二階段：產品設計根據《需求分析報告》，形成產品設計、原型設計、交互設計、硬件設計、軟硬件接口設計、數據庫設計第三階段：系統(tǒng)研發(fā)硬件制作：依據《硬件設計》、《軟硬件接口設計》，使用電路設計模型軟件及運行模擬設備，進行初步的硬件設計研發(fā)，并對設計的結果進行嚴格的測試。軟件開發(fā)：軟件系統(tǒng)架構搭建、模塊化設計（含數據庫設計、接口設計）、軟件開發(fā)、軟件測試（軟件單體測試、結合測試、軟硬件聯(lián)調測試）自組網研發(fā)：根據現場地理環(huán)境及無線信號干擾因素分析，研發(fā)并測試適合巴彥淖爾別理奇風場現場環(huán)境的無線數據傳輸機制。系統(tǒng)測試：系統(tǒng)結合測試、階段性成果演示第四階段：實施上線：在現場搭建自組網，自組網測試通過之后，進行升壓站服務器、風機實際測溫點的安裝。在安裝完成之后，對系統(tǒng)進行統(tǒng)一的調試，使數據采集的準確度、數據傳輸的實時性達到最佳。3.關鍵技術應用通過無線自組網技術突破現有老舊風機網絡接口的限制，實現對溫度的實時采集。通過無線溫度采集技術，不需要額外的布線，就可以實現任意設備部件的溫度采集。通過軟硬件交互技術，實現物聯(lián)網體系中的軟硬件數據互通，及行為協(xié)作。通過大數據分析技術，對長時間內，采集到的溫度數據進行分析，識別出風機設備的性能狀態(tài)隨運行時間增長而衰減的一個具體狀況，進而分析出各個廠家的風機、零部件的品質及使用壽命的狀況。4.技術領先點、創(chuàng)新點10公里以上的多路數據傳輸技術：基于該遠距離多路數據傳輸技術，實現風機與升壓站之間的實時數據傳輸?；跀祿魈幚淼拇髷祿治黾夹g：在升壓站服務器端，對實時的數據流進行數據解析、分析，對于連續(xù)不斷的Mbps級別的數據流處理，延遲不低于200ms。三、項目效果（一）項目效益本項目借助于智能物聯(lián)網技術、計算機技術、無線網絡通信技術及智能設備，基于測溫點的實時數據，研發(fā)一整套溫度監(jiān)控系統(tǒng),實現大屏展示，并建立實時預警、維修、跟蹤體系，判斷故障隱患，提前采取預防措施，借此可以有效防止老舊風機發(fā)生高溫損壞設備，及風機期貨事件。（二）鑒定評價（如有）無（三）推廣前景可以實時監(jiān)控老舊風機易發(fā)生異常的關鍵節(jié)點溫度，避免生產過程中可能發(fā)生的設備高溫損壞及火災風險?？梢栽诓粩U展現有網絡環(huán)境的基礎上，搭建獨立的溫度監(jiān)測體系，