结冰传感器在风力发电机叶片上的
 
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一、概述
 
    风力机叶片结冰会改变风力机叶片的气动外型并降低风力机的运行效率。假如叶片覆冰会改变叶片的外部形状和气动性能,增大叶片阻力、减少升力,影响全机操纵性、稳定性;最终导致风能的转化效率降低,严重的可导致叶片的损毁,发生运行事故,风力机叶片结冰已经成为保证风力机  运行需要解决的迫切问题。 本公司引进美国Innovative Dynamics公司的  技术结合国内风力的实际研究并开发了风力发电机叶片结冰检测系统（以下简称风力机结冰检测系统）。首先介绍结冰的快速计算理论，光纤式结冰传感器理论和微弱信号检测理论，然后以此为基础分别从探测器（包括光纤传感器），信号处理电路，上位机监控软件和通信协议  方面对系统进行了详细设计。探测器和信号处理电路实现了从传感器端的微弱结冰状态变化到采集端的显著电压信号变化；上位机监控软件主要完成了串口通信模块设计，数据图形显示模块设计，数据存储模块设计，对硬件系统传送过来的结冰电压信号进行处理，并提供良好的人机界面，显示当前结冰告警状态，并把实时数据保存到文件夹中。完成了本系统的结冰的信号处理和雨水干扰的分析。
 
   现场实践结果表明：本系统用于风力机结冰检测是可行的，可完成结冰告警功能，同时利用微波打落冰层.其结果是非常  的。据统计，现今全球的风力发电机装机总量约为50,000 MW，并且该数字以每年30%的比例高速增长。风力发电作为风能利用的主要方式，是当今清洁能源中技术 成熟和发展前景  的发电方式之一。 风力发电是将风能转化为电能的发电方式，其原理是利用风力带动风车叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的风速(微风的程度)，便可以开始发电。 需要注意的是，由特定气候条件所引发的风力机叶片结冰会给风力机的  和  运行带来较大危害。当风力机叶片表面发生结冰后，其气动外型会受到破坏，此时风能的转化效率会大大降低；当结冰累积到一定程度后，风力机叶片 有可能发生损毁并且引发运行事故。 目前在风力机叶片结冰状态检测领域的研究和应用还处于初期阶段。应用已有的结冰状态分析方法和新型的光纤式结冰传感器等，实现对风力机叶片结冰状态检测，及时准确获取风力机叶片的结冰状态，从而进行结冰预警，结冰检测，消除结冰对风力机的危害，这对风力发电事业具有很重要的意义。
 
  风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，为我国发展风力发电事业提供了很好的基础。风车叶片是风力机发电的重要部件，叶片表面结冰会致使其质量分布和翼型发生显著变化，影响风力机发电性能，严重的会出现故障和事故，甚至发生破坏现象。
 
 目前在国内，结冰传感器的研究和应用还处于初期阶段，特别是在风力机叶片结冰状态检测这个应用领域。国内已设计出的风力机叶片结冰状态检测装置主要应用磁致伸缩原理，只能通过传感器的结冰程度来判断叶片结冰情况，检测效果受电磁干扰影响较大。
 
  与国内相比，国外的对风力机结冰检测起步早、重视度高，对风力机结冰模型的研究较为透彻，其风力机结冰检测技术也  国内水平。其中，发展相对成熟的结冰检测主要方法有：电学法、机械法、光学法、波导法等。
 
二、工作原理
 
   该类结冰探测技术是利用结冰的电学性质而开发的结冰传感器，运用  普遍的电容式，它利用冰、水、空气的介电常数的不同来判断电极之间是冰、水、还是空气，并且还可以根据测得的电容值大小推算结冰厚度。典型的电容式结冰传感器有美国Innovative Dynamics公司开发的电容式传感器，该传感器能够检测的结冰厚度范围0.5mm~1.5mm、1.5-50mm。
 
三、各项参数
 
检测参数：结冰、结冰厚度、积水、温度
 
量程：覆冰：0-0.3 ,0.3-50mm. 50-100mm
 
分辨率：0.2mm
 
检测精度：0.5mm
 
电源电压：3.3V ,5 V,12V, 24VD
 
功率：＜0.4W
 
灵敏度：0.4℃
 
通信方式：4-20mA.RS485 MODBUS
 
温度输出：-40℃~85℃
 
温度补偿范围：-40℃~85℃
 
探头材质：SUS304 /      .四氟
 
环境温度：-40℃~85℃
 
外形尺寸：Φ25*20mm Φ32*20mm Φ40*20mm（可根据需求定制外形尺寸）
 
防护等级：IP67
 
四、结冰传感器系列选型要求;
 
 
 
 
  
 
   
 
序号
 
 
   
 
型号
 
 
   
 
规格
 
 
   
 
编号
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
内容
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
1.
 
 
   
 
JS-BSF-G
 
 
   
 
 
   
 
全不锈钢探头
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
2
 
 
   
 
仪表类型
 
 
   
 
Ⅰ
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
远传
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
Ⅱ
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
无线远传
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
Ⅲ
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
带微波融冰
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
3
 
 
   
 
环境温度
 
 
   
 
Ⅰ
 
 
   
 
-40-40℃
 
 
 
 
  
 
  
 
   
 
4
 
 
   
 
远传信号
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
A
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
输出4～20mADC  二线制
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
B
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
输出0～10mADC  三线制
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
C
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
输出0～4Ω
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
D
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
HART协议
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
E
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
485通信
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
5
 
 
   
 
材质
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
Ⅰ
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
碳钢
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
Ⅱ
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
不锈钢
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
F
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
四氟
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
6
 
 
   
 
测量范围
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
L2
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
量程：0～0.3mm
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
L2.5
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
量程：0.3～50mm
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
L4
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
量程：50～100mm
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
L5
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
量程：尺寸定制
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
7
 
 
   
 
丝扣标准
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
DN
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
DN15mm
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
DN
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
DN20～32mm
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
8
 
 
   
 
介质温度
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
T1
 
 
   
 
 
   
 
常温：-5℃～40℃
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
T2
 
 
   
 
 
   
 
高温：40℃以上
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
T3
 
 
   
 
 
   
 
低温：-5℃以下
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
9
 
 
   
 
其他
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
NV
 
 
   
 
配带WT-100全功能远控数显表
 
 
   
 
 
   
 
 
   
 
 
  
 
  
 
   
 
选型示例
 
 
   
 
JS-BSF-G
 
 
   
 
1Y
 
 
   
 
2.5
 
 
   
 
A
 
 
   
 
Ⅱ
 
 
   
 
L4
 
 
   
 
D
 
 
   
 
T25
 
 
   
 
NV
 
 
   
 
JS-BSF-G型风力发电机叶片结冰检测系统，环境温度;远传信号;测量范围;丝扣标准;介质温度