本发明涉及风机领域，特别涉及一种陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法。
背景技术：
1、研究表明，基础环式风力机基础在长期风荷载作用下，常出现混凝土的风致疲劳破坏，如图1所示，基础环式风力机基础包括下法兰1、基础环2、穿环钢筋3、上法兰5，其损伤形成及演变的三个阶段为：1）主风向初始产生裂缝4，对应图1的（a）；2）裂缝4扩展至下法兰1，下法兰1松动导致其周边混凝土经研磨形成空腔7，上穿环孔内及周边混凝土6压溃，对应图1的（b）；3）随着下法兰周边空腔7的加大，基础环2因上下位移加大而导致穿环钢筋3与基础环2接触而被疲劳剪断，风机筒身亦因倾斜过大以致于无法正常运行，对应图1的（c）。
2、图1中基础环式风力机基础损伤形成及演变的三个阶段中均不同程度地伴随着风力机基础环与周边混凝土间的基础连接刚度 k的下降，特别是第三阶段，如图2所示，因为基础环下法兰磨损空腔的出现，将导致风力机塔筒在风荷载作用下的上下晃动，进而影响机组的正常运行，若不采取措施任由损伤扩大，将严重影响风力机的正常运行，甚至可能发生整体性倒塌的可能，给业主造成巨大的经济损失。因此，有必要建立基础环式风力机基础混凝土风致疲劳破坏程度在线监测、预警和评估方案，以保证上部机组运行安全，为风电企业挽回不可巨大的经济损失。
3、现有技术中的监测技术主要是通过在风机基础上安装传感器进行监测，如专利文献cn111677021a、cn112281935a、cn107829884a、cn116950855a、cn112942450a，监测的参数主要有加速度、位移、应变。但是基础损伤后风力机频率变化不明显，使得通过频率识别风力机损伤的精度不够。位移监测反映的是塔筒变形量，而不能直接反映风机基础的锚固能力变化。监测基础应变需要在浇筑前埋入应变传感器，难以应用于已建成的风力机基础的监测，因此有必要建立一种简单且保证监测精度的风力机基础既有损伤程度的监测技术，以识别风机基础的状态。
4、专利文献cn111677021a公开了一种风电基础应变全寿命监测方法，能够对风机基础混凝土强度形成过程中的应力变化、风机安装过程中上部荷载增加的应力变化、风机运行过程中的应力变化进行监测，形成基础全过程监测体系，为风机运行提供安全监测保障。但是该发明需在风机基础混凝土浇筑之前埋设应变计，对于已建成的风机基础监测中难以应用，同时预埋在基础之中的应变计，一旦受到外力因素而损坏，难以更换。
5、专利文献cn112281935a公开了一种风机基础环的动态监测系统及方法，对风机基础环的竖向位移进行动态地监测，结合应变修正位移值，但是上部载荷增大，位移随之相应增大，该发明提出的监测方法无法反映上部荷载大小和方向对风机带来的影响。
6、专利文献cn107829884a公开了一种风力发电机塔筒健康状态监测方法，采用模态分析得到的固有频率及其相应振型与标准值进行对比，但是模态分析是间接分析方法，需要对一定数量的信号进行计算，有一定的滞后性，无法及时反映损伤出现的时刻。
7、专利文献cn116950855a 公开了一种海上风电结构健康状态监测方法及相关设备。该方法包括：基于预设响应面模型建立风机塔筒与风机基础的传递函数；采集风机塔筒预设位置处的第一结构应力数据；基于所述第一结构应力数据通过所述传递函数预测所述风机基础的目标位置处的第二结构应力数据，以确定所述海上风电结构健康状态。解决无法及时获知基础结构的响应特征及健康状态的问题。该发明基于第一位置应变传感器数值通过响应面模型推测其它位置的应变，属于间接测量的方式，可能存在与实际数据不一致的现象。
8、专利文献cn112942450a公布了一种基础环式风机基础疲劳损伤监测方法及系统，通过获取表征轮毂转速和基础环水平度，得到等效柔度系数以表征基础环的疲劳损伤程度。该发明采用轮毂转速表征风机塔筒底部载荷，但是受到风机机头方位的影响，不同方位角下不同轮毂转速引起的位移可能一致，即机头方向与位移测点一致时，轮毂转速较小引起的位移1，机头方向与位移测点存在夹角，轮毂转速较大引起的位移2，影响了风机基础损伤的判断。
9、综上所述，目前监测技术普遍存在以下2个问题：
10、（1）“重采集，轻预警和评估”，即大多数重点为某一种或多种信号在现场如何布置和采集，而运用什么原理对相关信号进行分析，如何预警及评估均缺乏详细的阐述；
11、（2）因为风电机组所受荷载极为复杂，很难将基础所受荷载与其变形相联系，导致预警和评估体系难以建立。即使在专利文献cn112942450a中将轮毂转速表征为风机塔筒底部载荷，但是受到风机机头方位和传力路线长的影响，导致实际基础位移与轮毂转速无法有效对应，极大地影响了风机基础损伤预警和评估的准确性。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供一种算法简单、工作可靠、准确性高的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法。
2、本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，包括以下步骤：
3、步骤一、资料收集和现场检测以确定主风方向；
4、步骤二、在风电机组基础底部主风向或破损方位的迎风侧、背风侧和正交无破损侧布置若干位移测点，每个位移测点设置一个位移传感器；
5、步骤三、根据圣维南原理，在竖向底段塔筒筒壁主风向方位的迎风侧和背风侧和正交无破损侧布置若干个应变测点，每个应变测点设置一个应变传感器；
6、步骤四、接入采集器和电脑进行数据采集：将全部传感器信号接入到动态采集仪和电脑，开启应变和位移的实时采集和分析；
7、步骤五、基于塔筒应变和位移的比值，即基础连接刚度 k进行实时预警与损伤评估。
8、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤一中，收集被监测风电机组的风频玫瑰图，确定风电机组的主风向方位；对被监测风电机组基础进行现场检测，确定可能的风致疲劳破损方向；结合被监测风电机组主风向方位和可能的风致疲劳破损方向，综合确定应变及位移传感器布置方位；若主风向方位和破损方位不一致时，以破损方位为布置方位。
9、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤二中，共计布置三个位移测点，记为 w1、 w2、 w3，其中在主风向迎风侧布置 w1；在主风向背风侧布置 w2；在正交无破损侧则布置 w3；位移测点用于测量底段塔筒竖向位移，即基础环与基础混凝土间的竖向相对位移。
10、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤三中，在 w1 、w2 、w3位移测点正上方对应的塔筒筒壁上布置三个应变测点 ε1、 ε2、 ε3，基于圣维南原理，要求应变测点距塔底的竖向距离要求大于或等于塔筒直径 d，每个位移测点与其正上方对应的应变测点组成一组测点，即 w1与 ε1、 w2与 ε2、 w3与 ε3分别构成第一组测点、第二组测点、第三组测点。
11、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤五中，预警的原理为：实时绘制 k- t曲线并屏显，比较基础连接刚度 k和连接刚度监控下限值 kd的关系，判断风电机组的损伤情况；具体过程为：
12、（1）确定连接刚度监控下限值 kd：选择未出现损伤或损伤轻微的区域的连接刚度作为监控下限值 kd；
13、（2）实时绘制 k- t曲线：对同步采集的同一组测点中位移测点的位移 w和应变测点的应变 εu，按计算基础连接刚度 k，并记录与基础连接刚度 k对应的时间t，实时绘制基础连接刚度-时间曲线，即 k- t曲线，在监测屏幕上实时显示 k- t曲线；
14、（3）刚度判断：判断基础连接刚度 k是否小于连接刚度监控下限值 kd，若是，则报警并记录该时刻，同时调取该时刻的工况、风速、轮毂转速参数并记录；若否，则不记录；
15、（4）原因分析及历史溯源：实际监测中若出现基础连接刚度 k低于连接刚度监控下限值 kd时，依据 k- t曲线找到对应时间点和异常工况，调取该时刻的工况、风速、轮毂转速参数，并撰写异常报警分析报告。
16、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤（1）中，若无历史资料时，根据现场检测基础混凝土情况相对完整的位移测点所在的一组测点的刚度的90%确定，该位移测点的位置与主风向正交，即为位移测点 w3， kd=0.9 k3， k3为第三组测点的刚度；若有历史资料时，根据监测点历史刚度最小值的90%确定，即 kd=0.9 kmin， kmin为监测点历史刚度最小值。
17、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤五中，损伤评估的原理为：实时更新 k- w曲线，并对比已记录的不同年度的 k- w曲线，实现不同年度风力机基础损伤程度发展情况评估，汇总形成年度评估报告；具体过程为：
18、第一步、更新[ kmax， w]数组并绘制 kmax- w曲线：建立各位移测点的位移 w和位移测点所在的一组测点对应的历史最大刚度 kmax二维数组并存储，即始终保存某一组测点对应的历史最大刚度 kmax，并绘制 kmax- w曲线；
19、第二步、确定损伤空腔大小：确定 kmax- w曲线的基础环滑移起点 wu和基础环滑移终点 wd，；计算 wu- wd，得到问题风力机塔筒上下自由滑移量，该值即为基础环下法兰周边混凝土空腔大小；
20、第三步、损伤发展报告：综合被监测风力机基础当年异常报警分析报告和年度损伤发展报告，汇总形成《风力机基础年度损伤程度评估》，并提交业主审阅。
21、上述陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，所述步骤二中，为加大探测范围，在位移测点 w1两侧对称分布若干辅助位移测点，辅助位移测点与 w1间距1m以上， w1两侧的每个辅助位移测点均分别与 ε1构成一组测点。
22、本发明的有益效果在于：
23、1、本发明基于圣维南原理和风力机受力特点，提出将上部塔筒应变作为基础“等效载荷”，相比现有方法通过采集轮毂转速等机组载荷参数，本发明不仅消除了上部机组载荷传递到下部位移测点时的时滞性和方位偏差，而且无需接入scada数据进行不同分析，大大简化了操作工艺。
24、2、本发明基于风力机基础底部位移和对应塔筒筒壁应变，建立了基础连接刚度 k的损伤预警及评估方法，通过绘制实时 k- t曲线，可实现风力机基础异常工况下的损伤溯源和原因分析；通过绘制 kmax- w曲线可实现基础环下法兰周边混凝土空腔大小的准确评估和不同年度风力机基础损伤程度发展情况评估。
1.一种陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤一中，收集被监测风电机组的风频玫瑰图，确定风电机组的主风向方位；对被监测风电机组基础进行现场检测，确定可能的风致疲劳破损方向；结合被监测风电机组主风向方位和可能的风致疲劳破损方向，综合确定应变及位移传感器布置方位；若主风向方位和破损方位不一致时，以破损方位为布置方位。
3.根据权利要求1所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤二中，共计布置三个位移测点，记为w1、w2、w3，其中在主风向迎风侧布置w1；在主风向背风侧布置w2；在正交无破损侧则布置w3；位移测点用于测量底段塔筒竖向位移，即基础环与基础混凝土间的竖向相对位移。
4.根据权利要求3所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤三中，在w1、w2、w3位移测点正上方对应的塔筒筒壁上布置三个应变测点ε1、ε2、ε3，基于圣维南原理，要求应变测点距塔底的竖向距离要求大于或等于塔筒直径d，每个位移测点与其正上方对应的应变测点组成一组测点，即w1与ε1、w2与ε2、w3与ε3分别构成第一组测点、第二组测点、第三组测点。
5.根据权利要求4所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤五中，预警的原理为：实时绘制k-t曲线并屏显，比较基础连接刚度k和连接刚度监控下限值kd的关系，判断风电机组的损伤情况；具体过程为：
6.根据权利要求5所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤（1）中，若无历史资料时，根据现场检测基础混凝土情况相对完整的位移测点所在的一组测点的刚度的90%确定，该位移测点的位置与主风向正交，即为位移测点w3，kd=0.9 k3，k3为第三组测点的刚度；若有历史资料时，根据监测点历史刚度最小值的90%确定，即kd=0.9kmin，kmin为监测点历史刚度最小值。
7.根据权利要求4所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤五中，损伤评估的原理为：实时更新k-w曲线，并对比已记录的不同年度的k-w曲线，实现不同年度风力机基础损伤程度发展情况评估，汇总形成年度评估报告；具体过程为：
8.根据权利要求4所述的陆上风力机基础损伤程度监测、预警及评估方法，其特征在于，所述步骤二中，为加大探测范围，在位移测点w1两侧对称分布若干辅助位移测点，辅助位移测点与w1间距1m以上，w1两侧的每个辅助位移测点均分别与ε1构成一组测点。
