Wind Power Network News: Abstrakt: Tento článok hodnotí súčasný stav vývoja diagnostiky porúch a monitorovania zdravia troch hlavných komponentov v hnacom reťazci veterných turbín – kompozitných lopatiek, prevodoviek a generátorov a sumarizuje súčasný stav výskumu a hlavné aspekty tejto terénnej metódy.Sú zhrnuté hlavné charakteristiky porúch, formy porúch a diagnostické ťažkosti troch hlavných komponentov kompozitných lopatiek, prevodoviek a generátorov vo veterných zariadeniach, ako aj existujúce metódy diagnostiky porúch a monitorovania zdravia a nakoniec vyhliadky smerovania vývoja v tejto oblasti.
0 Predslov
Vďaka obrovskému globálnemu dopytu po čistej a obnoviteľnej energii a značnému pokroku v technológii výroby zariadení na výrobu veternej energie celosvetová inštalovaná kapacita veternej energie neustále rastie.Podľa štatistík Global Wind Energy Association (GWEC) dosiahol ku koncu roka 2018 celosvetový inštalovaný výkon veterných elektrární 597 GW, z toho Čína sa stala prvou krajinou s inštalovaným výkonom nad 200 GW, ktorý dosiahol 216 GW. , čo predstavuje viac ako 36 z celkovej globálnej inštalovanej kapacity.%, naďalej si udržuje pozíciu vedúcej svetovej veternej energie a je skutočnou krajinou veternej energie.
V súčasnosti je dôležitým faktorom, ktorý bráni ďalšiemu zdravému rozvoju odvetvia veternej energie, to, že zariadenia na výrobu veternej energie vyžadujú vyššie náklady na jednotku výkonu energie ako tradičné fosílne palivá.Nositeľ Nobelovej ceny za fyziku a bývalý americký minister energetiky Zhu Diwen poukázal na prísnosť a nevyhnutnosť záruky bezpečnosti prevádzky zariadení veternej energie vo veľkom meradle a vysoké náklady na prevádzku a údržbu sú dôležitými problémami, ktoré je potrebné v tejto oblasti vyriešiť [1]. .Zariadenia na veternú energiu sa väčšinou používajú v odľahlých oblastiach alebo pobrežných oblastiach, ktoré sú pre ľudí neprístupné.S rozvojom technológií sa zariadenia na veternú energiu naďalej vyvíjajú v smere rozsiahleho rozvoja.Priemer lopatiek veternej energie sa neustále zväčšuje, čo má za následok zväčšovanie vzdialenosti od zeme k gondole, kde je nainštalované dôležité zariadenie.To prinieslo veľké ťažkosti do prevádzky a údržby veterných elektrární a zvýšilo náklady na údržbu bloku.V dôsledku rozdielov medzi celkovým technickým stavom a podmienkami veterných elektrární zariadení na výrobu veternej energie v západných rozvinutých krajinách predstavujú náklady na prevádzku a údržbu zariadení na výrobu veternej energie v Číne naďalej vysoký podiel príjmov.V prípade pobrežných veterných turbín so životnosťou 20 rokov náklady na údržbu Celkový príjem veterných fariem predstavuje 10 %~15 %;v prípade veterných elektrární na mori je tento podiel až 20 % až 25 %[2].Vysoké náklady na prevádzku a údržbu veternej energie sú určené najmä režimom prevádzky a údržby zariadení na výrobu veternej energie.V súčasnosti väčšina veterných elektrární preberá metódu pravidelnej údržby.Prípadné poruchy nie je možné odhaliť včas a opakovaná údržba neporušených zariadení zvýši aj prevádzku a údržbu.náklady.Okrem toho nie je možné včas určiť zdroj poruchy a možno ju skúmať len jeden po druhom pomocou rôznych prostriedkov, čo tiež prinesie obrovské náklady na prevádzku a údržbu.Jedným z riešení tohto problému je vyvinúť systém štrukturálneho zdravotného monitorovania (SHM) pre veterné turbíny, aby sa predišlo katastrofickým nehodám a predĺžila sa životnosť veterných turbín, čím sa znížia náklady na jednotkovú energetickú produkciu veternej energie.Preto je pre veternú energetiku nevyhnutné vyvinúť systém SHM.
1. Aktuálny stav monitorovacieho systému veterných zariadení
Existuje mnoho typov konštrukcií zariadení veternej energie, medzi ktoré patria najmä: asynchrónne veterné turbíny s dvojitým napájaním (veterné turbíny s premenlivou rýchlosťou s premenlivým stúpaním), synchrónne veterné turbíny s permanentným magnetom s priamym pohonom a synchrónne veterné turbíny s polopriamym pohonom.V porovnaní s veternými turbínami s priamym pohonom, asynchrónne veterné turbíny s dvojitým napájaním obsahujú zariadenie s premenlivou rýchlosťou prevodovky.Jeho základná štruktúra je znázornená na obrázku 1. Tento typ zariadení na veternú energiu predstavuje viac ako 70 % podielu na trhu.Preto sa tento článok venuje hlavne diagnostike porúch a monitorovaniu zdravotného stavu tohto typu veterných elektrární.
Obrázok 1 Základná konštrukcia veternej turbíny s dvojitým napájaním
Zariadenia na veternú energiu pracujú nepretržite pri zložitých striedavých zaťaženiach, ako sú poryvy vetra, už dlhú dobu.Drsné prevádzkové prostredie vážne ovplyvnilo bezpečnosť prevádzky a údržbu zariadení veternej energie.Striedavé zaťaženie pôsobí na lopatky veternej turbíny a prenáša sa cez ložiská, hriadele, ozubené kolesá, generátory a ďalšie komponenty v prevodovom reťazci, vďaka čomu je prevodová reťaz extrémne náchylná na poruchu počas prevádzky.V súčasnosti je monitorovacím systémom široko vybaveným na zariadeniach na výrobu veternej energie systém SCADA, ktorý dokáže monitorovať prevádzkový stav zariadení na výrobu veternej energie, ako je prúd, napätie, pripojenie k sieti a ďalšie stavy, a má funkcie, ako sú alarmy a správy;ale systém monitoruje stav Parametre sú obmedzené, hlavne signály ako prúd, napätie, výkon atď., a stále chýbajú funkcie monitorovania vibrácií a diagnostiky porúch pre kľúčové komponenty [3-5].Zahraničné krajiny, najmä západné rozvinuté krajiny, už dlho vyvíjajú zariadenia na monitorovanie stavu a softvér na analýzu špeciálne pre zariadenia na výrobu veternej energie.Hoci technológia domáceho monitorovania vibrácií začala neskoro, poháňaná obrovským dopytom trhu po diaľkovej prevádzke a údržbe domácich veterných elektrární, vývoj domácich monitorovacích systémov tiež vstúpil do fázy rýchleho rozvoja.Inteligentná diagnostika porúch a ochrana zariadení veternej energie včasným varovaním môže znížiť náklady a zvýšiť efektívnosť prevádzky a údržby veternej energie a dosiahla konsenzus v odvetví veternej energie.
2. Hlavné poruchové charakteristiky veterných energetických zariadení
Zariadenia na veternú energiu predstavujú komplexný elektromechanický systém pozostávajúci z rotorov (lopatiek, nábojov, náklonových systémov atď.), ložísk, hlavných hriadeľov, prevodoviek, generátorov, veží, systémov vychýlenia, snímačov atď. Každý komponent veternej turbíny je vystavený striedavé zaťaženie počas prevádzky.S narastajúcou dobou prevádzky sú nevyhnutné rôzne druhy poškodení alebo porúch.
Obrázok 2 Pomer nákladov na opravu každého komponentu zariadenia na výrobu veternej energie
Obrázok 3 Pomer prestojov rôznych komponentov zariadení na výrobu veternej energie
Z obrázku 2 a obrázku 3 [6] je možné vidieť, že prestoje spôsobené lopatkami, prevodovkami a generátormi predstavovali viac ako 87 % celkových neplánovaných odstávok a náklady na údržbu tvorili viac ako 3 z celkových nákladov na údržbu./4.Preto pri monitorovaní stavu, diagnostike porúch a riadení zdravia veterných turbín, lopatiek, prevodoviek a generátorov sú tri hlavné komponenty, ktorým je potrebné venovať pozornosť.Profesionálny výbor pre veternú energiu Čínskej spoločnosti pre obnoviteľnú energiu poukázal v prieskume z roku 2012 o prevádzkovej kvalite národných zariadení na výrobu veternej energie[6], že medzi typy porúch lopatiek veternej energie patria najmä praskliny, údery blesku, lámanie atď. príčiny zlyhania zahŕňajú dizajn, vlastné a vonkajšie faktory počas zavádzania a servisných fáz výroby, výroby a prepravy.Hlavnou funkciou prevodovky je stabilné využívanie nízkorýchlostnej veternej energie na výrobu energie a zvyšovanie otáčok vretena.Pri prevádzke veternej turbíny je prevodovka náchylnejšia na poruchy vplyvom striedavého namáhania a nárazového zaťaženia [7].Medzi bežné poruchy prevodoviek patria poruchy ozubených kolies a poruchy ložísk.Poruchy prevodovky väčšinou pochádzajú z ložísk.Ložiská sú kľúčovým komponentom prevodovky a ich porucha často spôsobuje katastrofálne poškodenie prevodovky.Poruchy ložísk zahŕňajú najmä únavové odlupovanie, opotrebovanie, lom, lepenie, poškodenie klietky atď. [8], pričom únavové odlupovanie a opotrebovanie sú dve najbežnejšie formy porúch valivých ložísk.Medzi najčastejšie poruchy ozubených kolies patrí opotrebovanie, únava povrchu, zlomenie a zlomenie.Poruchy systému generátora sa delia na poruchy motora a mechanické poruchy [9].Medzi mechanické poruchy patria najmä poruchy rotora a poruchy ložísk.Poruchy rotora zahŕňajú najmä nevyváženosť rotora, prasknutie rotora a uvoľnené gumové manžety.Typy porúch motora možno rozdeliť na elektrické poruchy a mechanické poruchy.Elektrické poruchy zahŕňajú skrat cievky rotora/statora, otvorený obvod spôsobený zlomenými tyčami rotora, prehriatie generátora atď.;mechanické poruchy zahŕňajú nadmerné vibrácie generátora, prehrievanie ložísk, poškodenie izolácie, vážne opotrebovanie atď.
Čas odoslania: 30. augusta 2021
