一种用于监测地震对于海上风机振动影响的系统和方法与流程

1.本发明属于海上风电灾害监测技术领域，具体涉及分析不同地震动对于海上风机震动的影响。


背景技术：

2.海上风电是风电产业未来发展方向之一，但从当前以建、以核准的海上风电项目以及未来规划来看，很大比例的海上风电场址，正好位于地震带附近，潜在存在着较高的地震破坏的风险。因此，合理的抗震设计对于在保证海上风电设备及其支撑结构的安全性的前提下，同时避免支撑结构设计成本显著上升而言十分重要。
3.针对海上风电的大规模开发，以及部分沿海地区处于地震带之上，而在当下缺乏明确的海上风电抗震设计规范与行业标准等问题。目前，一般采用陆上的gb50011标准，以及简单的从ii类场地向其他场地iii、iv类场地的换算关系来推算地震对于风机的影响，采用此种方得到的地震参数不准确，会带来设计规范问题和安全隐患问题。


技术实现要素：

4.本发明提供一种用于监测地震对于海上风机振动影响的系统和方法，以克服沿海风电场地区的地震精度问题，克服直接从gb50011中范围引用的数据未包括沿海上风电区域的问题导致引用地震参数不准确所带来的设计规范问题和安全隐患问题。
5.为达到上述目的，本发明所述一种用于监测地震对于海上风机振动影响的系统，包括海底地震仪、加速度计、第一应变计和第二应变计；所述海底地震仪设置在风电场海底，用于测量海上风单场域的地震参数，所述加速度计安装在塔筒上，用于测量塔筒的加速度；所述第一应变计安装在塔筒上，用于测量塔筒的应变，所述第二应变计安装在叶片上，用于测量叶片的应变。
6.进一步的，海底地震仪、加速度计、和第一应变计和第二应变计均连接至数据分析平台，所述数据分析平台用于根据海底地震仪、应变计采集到的数据分析地震参数与风机振动频率、应力与应变值之间的关系。
7.进一步的，多个应变计第一应变计通过感测光缆连接。
8.进一步的，所述加速度计为光纤光栅加速度计。
9.进一步的，安装在塔筒上的第二应变计均匀布置有多列。
10.进一步的，还包括安装在风机基础上的第三应变计。
11.一种监测地震对于海上风机振动影响的方法，包括以下步骤：
12.采集光纤安全监测数据，所述光纤安全监测数据包括风机的振动频率、风机基础应变值、塔筒应变值以及叶片应变值；
13.监测风电场内地震参数；
14.将光纤安全监测数据和地震参数进行时滞分析与数据匹配，得到光纤监测数据与地震引发的数据突变的变化相关关系；
15.根据地震前后光纤监测数据的变化，得到地震参数与风机振动频率、应力与应变值之间的关系。
16.进一步的，通过光纤安全监测数据，结合地震参数进行对比分析，分析风机在地震与风的混合作用下的动力学特征，以及地震对于风机振动的放大效应。
17.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果：
18.本发明所述的装置，在海上布置一个obs海底地震仪用于精确收集沿海风电场域内的地震参数，同时通过光纤监测技术对风机基础和风机的整机进行应力和应变监测，用以区分不同地震动对于风机安全的影响。
19.进一步的，安装在塔筒上的第二应变计均匀布置有多列，可监测多个方位的应变，使得采集的数据更加全面，后续分析也更加全面。
20.进一步的，还包括安装在风机基础上的第三应变计，可对风机基础的应变进行监测，为风机和塔筒上的应变数据做补充或校对。
21.本发明所述的方法克服现有海上风电场区地震标准空白的问题，精确测量海上风电地震参数的问题；通过光纤测量的安全数据与地震数据的对比，分析不同周期的地震动对于海上风电的影响，尤其是关于长周期振动对于海上风机的影响。通过长期的实测地震数据的收集，以及与海上风机的振动监测数据综合分析可以进一步对海上风机的优化和运维提供数据支撑。
附图说明
22.图1为海底地震仪与安全监测布置图；
23.图2为应变计在塔筒上的布置示意图；
24.图3为地震荷载和风荷载的综合分析示意图；
25.图4为综合分析系统流程图。
26.附图中：1、海底地震仪，21、第一应变计，22第二应变计，23、第三应变计，3、感测光缆，4、加速度计，5、叶片，6、塔筒，7、风机基础。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或
一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.本发明涉及沿海地区地震监测与地震因素对于海上风电灾害分析与预防，以及风机振动监测与分析。
30.本发明旨在解决由于海上风电场远离陆地，现有的国标标准直接引用的准确性问题，在风电场海底布置海底地震仪1，用于精确监测海上风单场域的地震数据。通过对全天候光纤监测的风机数据进行对比，结合风机系统所得到的风荷载与安装的海底obs地震仪实际测量地震荷载的动力学分析，分析不同地震动对于风机振动所产生的影响，对风机设计与运维提供数据支撑。通过对不同的周期的地震动分析，得出海上复杂环境下地震动—风动耦合作用的结果下的风机振动规律。
31.参照图1和图2，一种用于监测地震对于海上风机振动影响的系统，在风电区域布置电缆式海底地震仪1，用于精确监测海上风单场域的地震参数，同时将地震参数发送到风电监测系统平台上。将海上地震监测数据进行分析，得出地震数据的周期与频率分析结果。
32.一种用于监测地震对于海上风机振动影响的系统，包括光纤安全监测系统和布置在风电区域的一个海底obs地震仪，光纤安全监测系统和海底obs地震仪均连接至数据分析平台。
33.光纤安全监测系统包括安装在塔筒6上的加速度计4，布置在塔筒6上的第一应变计21，布置在叶片5上的第二应变计22以及风机基础7上的第三应变计23，所有的应变计通过感测光缆3连接。第一应变计21、第二应变计22和第三应变计23分别用于测量塔筒6、叶片5和风机基础7的应变。加速度计4用于测量塔筒6的加速度，并将测量到的加速度通过感测光缆3传递至数据分析平台，数据分析平台根据加速度计算塔筒的振动频率和应力。
34.参照图3和图4，一种监测地震对于海上风机振动影响的方法，包括以下步骤：
35.用光纤安全监测系统测量得到塔筒的加速度、风机基础应变应力、塔筒应变应力和叶片应变应力、风机基础应变值、塔筒应变值以及叶片应变值；并传递至数据分析平台；
36.用海底地震仪监测风电场内地震参数，并传递至数据分析平台；
37.将通过光纤安全监测数据和地震参数进行时滞分析与数据匹配，得到光纤监测数据与地震引发的数据突变的变化相关关系；
38.根据地震前后光纤监测数据的变化，得到地震对于风机振动的影响，即地震参数与风机振动频率应力与应变值之间的关系。
39.通过光纤监测数据和光纤光栅加速度计(或者风机自带系统)获得风机的振动与应变数据，结合地震参数进行对比分析，分析风机在地震与风的混合作用下的动力学特征，以及地震对于风机振动的放大效应。经过长期的实测数据分析结果，对海上风机的进一步设计提供精确数据支撑。
40.通过长期的海底地震数据的收集，分析出不同的周期地震动，进一步对海上风电站抗震设计提供数据与分析支持。
41.通过海底地震仪监测数据与实时光纤监测数据的对比，挖掘地震对于风机安全监测数据的相关性。
42.本发明要求识别地震实测数据与风机状态变化之间的时滞，以用于地震数据与风
机安全监测数据的耦合分析。
43.通过相同风荷载下的风机状态监测数据与有地震时监测数据对比，分析不同频率地震动对风机状态的影响。
44.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。