风电方案

风力发电监控系统方案概述

北京波谱华光科技有限公司

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目 录

项目概述 ........................................................................................................................ 1 1. 风力发电监控系统设计 ......................................................................................... 2

1.1. 系统结构 ...................................................................................................... 2

1.1.1. 监控系统总体结构设计 .................................................................... 2 1.1.2. 监控系统前端结构设计 .................................................................... 3 1.1.3. 监控系统通讯平台设计 .................................................................... 4 1.1.4. 外部防雷设计 .................................................................................... 4 1.1.5. 监控中心设计 .................................................................................... 5 1.2. 系统功能 ...................................................................................................... 5

1.2.1. 系统基本功能 .................................................................................... 5 1.2.2. 网络视频功能 .................................................................................... 6 1.2.3. 告警功能 ............................................................................................ 7 1.2.4. GIS系统 ............................................................................................ 7

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项目概述

地球风能约为2.74×109MW, 可利用风能为2×107MW，是地球水能的十倍。我国探明风能理论储量为32.26亿KW，而可发利用为2.53亿KW，近海可利用风能7.5亿KW。目前我国东南沿海和内蒙、、甘肃等东北、西北地区是最大风能资源区。风能密度为200W/M2～300W/M2，大于6m/s的风速时间全年2500小时以上就可取得较大经济利润效益。目前风电场造价成本约为8500～9000元/千瓦时，机组（设备）占70%左右，基础设施占25%，其它占5%。风能利用小时数在2500～3200小时，其风电成本约0.40元/千瓦时左右，另外风电场运行维护成本费用很低（约占风电机组成本的3～5%），建设周期短（半年左右）。由于可观的经济收入，以及低廉的维修维护成本，使得风力发电在中国已经得到广泛的推广和应用，截至2011年中国累计装机容量44.7吉瓦，成为名副其实的风力发电大国。中国的全球风力发电装机容量占有率达到22.7%。

但是风力发电属于新兴的产业，整个产业在系统维护保障方面还缺乏有效可靠的手段，因此现在风力发电机由于长期运行，缺乏有效的监控和维护很多电厂陆续出现风力发电机起火损毁的情况，而且随着风力发电机组运行时间的加长，此类情况有事故频发的趋势。虽然风力发电属于清洁能源，但是安装成本很高，一台风力发电机造价约800万元左右，如果出现着火损毁，更换一台电机以及安装调试的费用超过千万，因此对风力发电机组进行有效监控，避免发电机组由于长期运行老化而致使起火损毁是十分必要。

风力发电监控系统设计和开发的目的就是通过热感式红外摄像机对每个的发电机组的热分布进行实时监控，并通过分布式网络最终集中显示在监控中心的显示大屏上，如果设备发生故障或者具有发生故障的可能时及时报警，监控人员通过故障设备图像分析确定解决方案并付诸实施，避免发电机组由于过热致使燃烧损毁。同时可以通过实时在线监控，了解发电机组哪些部位容易过热，并对过热部位进行及时维修维护，防患于未然，保证风力发电设备的安全可靠运转。

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1. 风力发电监控系统设计

1.1. 系统结构

1.1.1. 监控系统总体结构设计

风力发电监控系统在结构上由前端图像采集部分、通信传输部分和监控中心三部分组成。其结构示意图如下图所示。

前端热感式红外摄像机光端机分部监控中心光纤总部监控中心BVX-1000光数字视频矩阵 BVX-3000光数字视频矩阵 控制键盘大屏幕及电视墙控制键盘大屏幕及电视墙 图 1-1风力发电监控系统结构示意图

前端设备主要是图像的采集设备，把风力发电机组的热分布信号转变为图像

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的电信号。通过视频传输设备将视频图像传送到风力发电指挥中心矩阵，由总部矩阵与分部矩阵进行级联控制。

视频传输设备是图像的传输设备，通过光端机等设备将视频图像进行传输，将视频图像传输到指挥中心；将输入的视频输出给视频矩阵、视频服务器等设备。

1.1.2. 监控系统前端结构设计

前端图像采集系统主要为红外热感式摄像机，以及配套的防雷、机箱等。用户负责将电引至机箱。其设计如下：

前端视频图像采集设备连接设计

视频图像的采集功能主要是利用前端热感应摄像机实现，摄像机连接主要包括：控制线、视频线、电源线。前端热感应摄像机通过光端机将视频信号及告警信号传送到指挥中心，完成视频图像的采集和告警功能。设备连接如下图所示：

用控制线与摄像机控制口连接用控制线与编码器连接用视频线连接摄像机视频接口用视频线连接编码器视频输入口用电源线连接电源输入端用电源线连接机箱内多孔插座，插座插接摄像机、编码器和协议转换器电源控制线视频线电源线热感式红外摄像机防雷器控制线视频线光端机接地

图 1-2前端图像采集部分设备示意图

前端设备机箱的设计 1、 2、 3、 4、

机柜尺寸750×500×310mm； 采用2mm厚不锈钢板（沙光面）； 单扇门，不锈钢门轴，进口知名锁具； 电源避雷装置。机箱设计图如下：

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图 1-3设备机箱设计图

1.1.3. 监控系统通讯平台设计

本期项目电视监控系统的通讯平台主要采用业主提供的单芯光纤，通过复用光端机将视频信号、数据等信息传送到指挥中心。本期采用复用光端机组成通讯网络。具体设备连接图如下：

两复用光端机（1V+1D）四复用光端机（1V+2D+1E）单膜光纤485 控制线75-5 视频485 控制线单膜光纤75-5 视频用控制线与视频防雷器信号输出接口连接用单膜光纤连接用控制线与视频防雷器信号输出接口连接用单膜光纤连接用视频线与视频防雷器视频输出接口连接用视频线与视频防雷器视频输出接口连接

1.1.4. 外部防雷设计

电力发电监控系统的外部防雷主要采用符合国家标准的接地体。

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图 1-4防雷器接线图

接地线采用的规格为BLV10mm2，连接到每个设备杆的地角螺栓上，连接处作防腐处理，人工接地体可采用钢管、圆钢、角钢、扁钢等，可外表镀锌，埋设深度≥ 1.5m，接地电阻满足Rb≤4欧姆的要求。

1.1.5. 监控中心设计

监控中心主要是完成视频图像的显示及控制。监控中心操作人员通过大屏幕实现图像的实施监控、浏览，通过中心机房或网络上任一台经授权的计算机上观看实时监控图像，并对前端摄像机进行相应控制。

终端设备主要包括视频控制矩阵、FCSAN存储设备、键盘、视频编码器等设备。前端视频信号通过光端机正向通道进入指挥中心光数字视频矩阵，矩阵的输出信号受控的被选切到大屏幕显示控制器等，实现对前端图像的浏览及控制。

1.2. 系统功能 1.2.1. 系统基本功能

1.2.1.1 监视功能

监视功能是风力发电监控系统最主要的功能之一，要求看全、看清楚风力发电设备实时的热分布。主要通过清晰度、画面实时程度和显示决定监视效果。本

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系统能够全天候24小时监视各个风力发电机组的热分部图像情况；

稳定的视频图像是风力发电监控系统的基本要求，也是考察评估系统的重要指标之一。该系统要能够一年四季，全天候在户外恶劣环境工作，不能出现死机、停顿、画面不清晰、画面抖动等故障。要提高系统的稳定性，必须从根本上保证整体系统的稳定性。

工作人员可在中心机房的大屏幕上或网络上任一台经授权的计算机上观看所有风力发电机组的视频图像。

1.2.1.2 记录功能

数字化是当今视频监控系统发展的方向，网络化数字监控系统是代替原有的CCTV模拟监控系统，防止发生因反复使用录像带而产生的画质不清晰，保管繁琐，录像带更换费用昂贵等问题的高技术自主产权的数字监控系统。它采用硬件压缩方式，实时采集音视频信号压缩成标准的MPEG-4文件。全实时数字监控系统、保证在无人值守时高稳定性运行、对于手工操作响应及时、具有完善的事件日志记载、方便的录像检索、回放功能、简单明了的操作界面。

1.2.1.3 控制功能

 键盘控制

控制功能主要指由控制键盘经矩阵对前端摄像机进行灵活、可靠的控制。操作、控制各个监视点的视频设备，如告警设置、现场辅助控制等。

 计算机多媒体网络控制

本系统中，工作人员可在中心机房或网络上任一台经授权的计算机上观看实时热分布图像，并对前端摄像机进行控制。

1.2.2. 网络视频功能

网络视频系统将用户的视频资源数字化，利用网络进行传播，利用WEB技术和浏览器进行观看的系统。开放式智能指挥控制系统建成后将会拥有丰富的视频资源，这些视频资源可以提供给网络上经过授权的用户终端。这样不仅在指挥中心，在需要了解设备情况的领导及相关人员的联网计算机上都可以看到实时监

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控图像。

本系统中采用的网络视频服务器，可以通过网络无限扩展视频服务功能，实现前端活动视频的数字化压缩传播和网络共享。任何通过局域网或远程拨号接入系统网络的计算机，被授权后，便可以实时地选择观看任意一路的活动视频图像，并且可以通过网络实现视频切换和相应控制。

通过网络视频服务，可以方便地实现基于互联网络的电视监控功能，可以完全脱离专用控制键盘和视频物理布线，具有极大的性能价格优势。网络视频服务器，可以完成视频信号压缩上网、网络播放及网络传输与控制功能，使任意视频客户端PC均可通过网络经过授权后调看和控制图像。

1.2.3. 告警功能

热感式红外摄像机除了能够向指挥中心传送实时风力发电机组的热分布图像外，还可以通过参数设置实现自动告警，并通过网络传送到后端指挥中心，省去了监控人员长时间监视设备的疲惫，同时可以根据实时传送的热分布图确认产生的报警是不是属于设备故障，并根据确认结果做出正确的处置。

1.2.4. GIS系统

通过GIS系统可以快速确定故障风电设备的具体位置，为维修维护人员提供快速指引。同时可以在指挥中心大屏上显示各发电机组在地图上的分布情况，同时可以通过，GIS地图上的设备点选取感兴趣的设备进行重点监视。使得各个发电机组更具体化，更利于管理以及维修维护。

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