VortRAD-JK150毫米波测净空雷达简介

随着近年来国家大力发展新能源产业，风电行业得到迅猛发展，风力发电量总量逐年快速提升。在此背景下，市场需求的风机发电功率越来越大，相应的风机扇叶尺寸也越来越长。较长的风机叶片在风机所处特殊地理位置和复杂多变的气象环境中，叶片尖极易受力向内过度弯曲变形，这甚至引发扫塔危险。

“过度的弯曲”和“扫塔”是导致风机叶片甚至是风机机组损坏的主要潜在隐患，一旦发生将带来严重安全事故和巨大的经济损失。基于“提前预知危险存在，及时遏制危险发生”的安全责任事故防范理念，JK-150 系列毫米波净空雷达应运而生。

JK-150 净空雷达实物图

该雷达是用于检测风力发电机叶片变形程度的一种动目标检测传感器，是检测风机叶片形变量的“一双明亮的眼睛”。它的优势主要体现在，具备全天候、实时监测叶尖净空距离的能力。测净空雷达安装在风机机舱处，指向叶片尖端待检测区域，检测净空距离等信息，并实时传输给风机主控系统，以达到实时监测叶片变形情况。发电机叶片在大风力影响下形变过大进入净空危险范围时，风机主控系统利用雷达传回的数据，辅助分段判断危险程度，及时采取风机变桨或停机操作，进而提高风机安全运行时效率。

产品参数

产品性能指标

频率

77-81GHz

距离精度

0.1m

标准量程

150m

速度精度

0.06m/s

测速范围

±8m/s

角度精度

0.125°

测角范围

±15°

工作条件

全天候工作

数据输出频率

50Hz（20Hz、30 Hz、50 Hz可选）

数据输出方式

Modbus TCP/RTU、Canopen协议可选，CAN总线、Rs485总线、网口等接口可选

环境参数

工作温度

-40~+60℃

储存温度

-40~+85℃

防护等级

IP67

防腐

ISO C5

防振

2g

其他参数

供电电压

DC12V

运行功耗

≤10W

尺寸

122㎜×107㎜×45㎜（不含连接器）

重量

≤1.5kg

内部监测信息

毫米波部件温度、内部温湿度、姿态角

运维检修方式

在线式综合状态检测

产品优势

  • 解决风力过大，叶片弯曲过大带来扫塔的风险

  • 全天候工作、不受雨雾天气影响，适合恶劣环境，抗干扰能力强

  • 空间分辨率高，为控制风机正常运行、变桨、停机提供可靠依据

  • 成本低、功耗低、体积小、重量轻、易于安装和维护

毫米波雷达与其他监测手段对比

毫米波雷达与其他检测手段对比图

安装场景

测净空雷达实际应用场景：

最终实际环境支架安装示意图如下图所示：

（a）

（b）

实际支架安装示意图

VortRAD-JK150毫米波测净空测试

测试时间

JK-150 毫米波净空雷达于 2022 年 12 月，于江西某风场 18 号风机测试，雷达系统的硬件、算法及上位机软件等经过几个版本的优化与迭代，已经能够稳定的、实时的输出监测净空值并接入风机主控系统。

标定方法

将雷达安装在上述支架上，借助激光指示器和相似三角形原理，在地面确定激光光束位置，即确定雷达监测净空范围。

JK-150净空雷达测试数据

不同天气测试环境

JK-150具有全天候的优点，不仅能够在晴天等天气条件良好的环境下工作，在雨雾天等恶劣天气条件下也可以正常工作。

晴天

晴天测试环境

雨雾天

雨雾天测试环境

距离-多普勒谱图

（a）

（b）

距离-多普勒谱图

如上图所示，对于机舱侧面支架安装方案，叶片回波能量较弱，在风力较小时存在少量信噪比过低导致的漏检情况，但该情况下不存在叶片扫塔风险。在信噪比足够的情况下，叶片部分的距离多普勒谱图如图所示，其中叶片尖部及叶片根部回波能量较强。随着风力增强，叶片弯曲程度增大，回波能量增强，即信噪比增强。

雷达测试数据

每组数据存储大小固定，数据输出频率50Hz，当雷达监测范围内无叶片划过时，输出固定极大值220，有叶片划过时，输出其对应净空值*10，进行净空值-转速数据分析。

20221227测试数据（晴天）

20221227天气记录

20221227-200450净空值与转速随时间变化

20221228测试数据（晴天）

20221228天气记录

20221228-123445净空值与转速随时间变化

20221229测试数据（雨雾天）

20221229天气记录

20221229-095756净空值与转速随时间变化

20221230测试数据（雨雾天）

20221230天气记录

20221230-145124净空值与转速随时间变化

20221231测试数据（雨雾天）

20221231天气记录

20221231-001336净空值与转速随时间变化

结论

1.在所测试的时间段内，雷达设备都能够稳定的工作，工作状态未出现异常，输出数据帧率稳定。

2.上述数据可以得出连续的转速及净空值曲线，通过转速曲线与净空值曲线趋势可以得出，转速较大时，净空值较小；转速较小时，净空值较大。

3.通过净空值反推得到的转速值存在少量突变情况，分析主要原因是毫米波雷达测得叶片尖部区域的回波，叶片划过监测区域时，每帧数据含有该区域内的多个目标点，若提取叶尖不当，则会导致测得的相邻两次叶尖时间差有轻微变化，导致转速突变。

4.经过硬件与软件版本的不断迭代与优化，当前雷达软硬件版本测试时间内，数据输出帧率稳定，漏检率小于1%。

数据来源：VortRAD- R & D department

▓来源：度风科技

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