风力发电设备一般分为风电机组、风电塔基础结构等部分。由于风力塔筒承受各种力和力矩的作用，不仅会受到地表的影响，在内因和风向风速等外因的共同作用下，还有可能发生倾斜和沉降，严重时会发生倒塌事件，会威胁人们的安全、带来不必要的破坏。风力塔筒负责给风轮及机舱提供满足要求的、可靠的稳定支撑，使风轮能够获得较高且稳定的风速，也就是使风轮处于风能最佳的位置。因此保持风电塔筒的正常状态对于风力发电来说很重要，是风电机组正常发电的前提条件。
由于风力发电行业在我国起步较晚，新落成、还在质保期的风电机组具有相当规模。而近年来随着大量风电机组出质保，很多隐患问题也开始浮现。这些隐患短期或许短期内诱发事故的可能性不高，但不加以适当养护、维修，很可能加速劣化，酿成重大安全事故。
例如，基础结构不均匀沉降的问题，在发生严重事故前，主要有以下表现：
1、风机基础环与混凝土基础之间存在较大间隙。
2、风机基础中穿孔钢筋被剪断，防水层遭到严重破坏并伴有 大量灰粉灰浆沿基础环与基础之间的间隙挤出。
3、法兰的上三角区混凝土出现严重压溃；现场实测混凝土强度达到并超过了设计强度。
据调查200余台风机，对外观出现明显隐患特征的22台风机进行了水平度测量、抽芯强度测量、视频探孔等多种形式的检测，发现这22台风机均已出现大量问题，检测结果不容乐观。迫切需要对其进行完善的维修和处置，并进行长期监测。
和网源电气在结构健康监测、智能传感、大数据分析等领域具有多年的专业积累，承担过大量公路交通、轨道交通、能源等行业中桥梁、铁塔、大坝、建筑物的结构健康监测工作。基于在结构监测领域中的专业积累，和风电机组安全运行的需求现状，研制了风电塔基础结构健康在线监测系统，利用无线智能传感设备和大数据分析技术，准确捕捉风力发电机组基础结构安全问题，有效避免劣化、失效和事故的发生。
一、方案介绍
由于风电基础结构复杂，对其进行有线监测，会造成极大的工作量，有线传感网络的部署同样也会对塔架结构性能指标造成较大的影响。因此，本方案设计的风电基础结构监测系统整体架构分为实地部署的无线传感网和在线监测云平台两部分。
风电塔基础结构监测方案
实现方式是在结构关键部位部署相应无线传感器组成无线传感网，包括倾角传感器、振动传感器、温湿度传感器、应变传感器、静力水准仪、风速风向仪等。这些传感器采集到的信号，通过无线的传输形式，经由网关进行汇聚，并通过GPRS网络（2G/3G/4G）、以太网等形式将监测数据实时传输至云平台，云平台对监测数据进行多种智能分析处理。
用户可通过网页或移动端APP访问监测数据、查看预警信息、下载相关统计报表及数据分析报告，也可以通过数据订阅或转发的型式，将数据接入用户的数据系统和监控平台等。
二、监测指标
1）不均匀沉降
不均匀沉降意味着较为严重的基础变形，可能是基础结构四周环境引起的，也可能是基础结构本身出现了较为严重的损坏。通过沉降监测判断其状态是否在可接受的范围内，可以发现、预防基础问题的产生和发展。
2）塔筒倾斜
塔筒反映了结构体倾斜的程度，风电机组塔筒的倾斜原因是多样的，结合其它监测指标可以判断其来源是基础结构问题还是塔筒本身出现了异常。
3）塔筒振动
振动监测可以通过加速度的测量实现，在结构体中动力载荷会导致结构的动力响应，在地震多发地带、地表不稳定地段有广泛的使用。
4）预应力索索力
混凝土塔筒在低风速、大风机领域有广泛的应用，混凝土塔筒的预应力索做为塔筒结构中重要的拉力承载部件，需关注其索力大小是否符合设计区间。
5）应变
应变反映了变形的强度。应变的大小和变化可以用于评估结构的安全性和整体性。
6）网关
SWPA1101-S1是一款小型基站式的数据采集网关，可与无线智能传感器快速组成传感网，实现数据的上、下行传输。SWPA1101-S1使用4G或以太网上传数据，可将数据直接上传至监测系统，或可配合网关管理与数据转发服务软件将数据接入第三方系统，特别适用于自动化监测的应用场景。
三、核心价值
1）保障风电塔基础结构安全
针对风电基础结构面临的地质变化、施工质量、复杂载荷、环境影响等问题，进行准确、直观的监测，提前发现基础失效隐患和异常发展趋势，保障风电塔基础结构安全。
2）及时获取准确状态
通过高精度、高动态特性的无线智能传感设备实现塔筒状态检测，准确、实时的获取塔筒实际状态。
3）高时间同步特性保障分析意义
高时间同步特性的无线传感网。解决传统组网方案时间同步性差，数据丧失分析意义的问题。
4）高效完善的报警预警体系
可通过短信、邮件、微信等多种形式进行报警，并可建设监控中心大屏系统，进行全局管理。
