Wind Power Network News: Streszczenie: W niniejszym artykule dokonano przeglądu obecnego stanu rozwoju diagnostyki usterek i monitorowania stanu trzech głównych elementów łańcucha napędowego turbiny wiatrowej — łopat kompozytowych, przekładni i generatorów oraz podsumowano obecny stan badań i główne aspekty tej metody polowej.Podsumowano główne charakterystyki uszkodzeń, formy uszkodzeń i trudności diagnostyczne trzech głównych komponentów łopatek kompozytowych, skrzyń biegów i generatorów w urządzeniach dla energetyki wiatrowej, oraz istniejące metody diagnostyki uszkodzeń i monitorowania stanu zdrowia, a na koniec perspektywy kierunków rozwoju tej dziedziny.
0 Przedmowa
Dzięki ogromnemu światowemu zapotrzebowaniu na czystą i odnawialną energię oraz znacznemu postępowi w technologii produkcji urządzeń dla energetyki wiatrowej, globalna moc zainstalowana w energetyce wiatrowej stale rośnie.Według statystyk Światowego Stowarzyszenia Energetyki Wiatrowej (GWEC) na koniec 2018 roku światowa moc zainstalowana energii wiatrowej osiągnęła 597 GW, z czego Chiny stały się pierwszym krajem o mocy zainstalowanej ponad 200 GW, osiągając 216 GW , co stanowi ponad 36 całkowitej globalnej mocy zainstalowanej.%, nadal utrzymuje swoją pozycję wiodącej energetyki wiatrowej na świecie i jest prawdziwym krajem energetyki wiatrowej.
Obecnie ważnym czynnikiem utrudniającym dalszy zdrowy rozwój energetyki wiatrowej jest to, że urządzenia do energetyki wiatrowej wymagają wyższych kosztów jednostkowych produkcji energii niż tradycyjne paliwa kopalne.Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki i były amerykański sekretarz ds. energii Zhu Diwen zwrócił uwagę na rygoryzm i konieczność gwarancji bezpieczeństwa pracy urządzeń wiatrowych na dużą skalę, a wysokie koszty eksploatacji i konserwacji to ważne kwestie, które należy rozwiązać w tej dziedzinie [1] .Sprzęt do energetyki wiatrowej jest najczęściej używany na odległych obszarach lub obszarach morskich, które są niedostępne dla ludzi.Wraz z rozwojem technologii urządzenia energetyki wiatrowej nadal rozwijają się w kierunku rozwoju na dużą skalę.Średnica łopat turbin wiatrowych stale się zwiększa, co skutkuje wzrostem odległości od ziemi do gondoli, w której zainstalowany jest ważny sprzęt.Spowodowało to duże trudności w eksploatacji i konserwacji urządzeń do energetyki wiatrowej oraz podniosło koszty utrzymania bloku.Ze względu na różnice pomiędzy ogólnym stanem technicznym i warunkami farm wiatrowych urządzeń do energetyki wiatrowej w rozwiniętych krajach zachodnich, koszty eksploatacji i konserwacji urządzeń do energetyki wiatrowej w Chinach nadal mają duży udział w przychodach.W przypadku lądowych turbin wiatrowych o żywotności 20 lat, koszty utrzymania Całkowity dochód farm wiatrowych wynosi 10% ~ 15%;w przypadku morskich farm wiatrowych odsetek ten wynosi nawet 20% ~ 25% [2].Wysokie koszty eksploatacji i konserwacji energetyki wiatrowej determinowane są głównie przez tryb eksploatacji i konserwacji urządzeń energetyki wiatrowej.Obecnie większość farm wiatrowych przyjmuje metodę regularnej konserwacji.Potencjalnych awarii nie można wykryć na czas, a wielokrotna konserwacja nienaruszonego sprzętu również zwiększy działanie i konserwację.koszt.Ponadto nie da się określić źródła usterki w czasie i można je zbadać tylko jeden po drugim na różne sposoby, co przyniesie również ogromne koszty eksploatacji i konserwacji.Jednym z rozwiązań tego problemu jest opracowanie systemu monitorowania stanu strukturalnego (SHM) turbin wiatrowych w celu zapobiegania katastrofalnym wypadkom i wydłużenia żywotności turbin wiatrowych, zmniejszając w ten sposób jednostkowy koszt produkcji energii wiatrowej.Dlatego dla energetyki wiatrowej konieczny jest rozwój systemu SHM.
1. Aktualny stan systemu monitorowania urządzeń energetyki wiatrowej
Istnieje wiele rodzajów konstrukcji urządzeń dla energetyki wiatrowej, w tym głównie: dwustronnie zasilane asynchroniczne turbiny wiatrowe (turbiny wiatrowe o zmiennej prędkości i zmiennym skoku), synchroniczne turbiny wiatrowe z napędem bezpośrednim z magnesami trwałymi oraz synchroniczne turbiny wiatrowe z napędem półbezpośrednim.W porównaniu z turbinami wiatrowymi z napędem bezpośrednim, asynchroniczne turbiny wiatrowe z podwójnym zasilaniem zawierają przekładnie o zmiennej prędkości.Jego podstawową strukturę przedstawiono na rysunku 1. Tego typu urządzenia energetyki wiatrowej stanowią ponad 70% udziału w rynku.Dlatego w tym artykule omówiono głównie diagnostykę usterek i monitorowanie stanu tego typu urządzeń energetyki wiatrowej.
Rysunek 1 Podstawowa struktura turbiny wiatrowej z podwójnym zasilaniem
Urządzenia do energetyki wiatrowej od dawna pracują przez całą dobę pod złożonymi, przemiennymi obciążeniami, takimi jak podmuchy wiatru.Trudne środowisko serwisowe poważnie wpłynęło na bezpieczeństwo pracy i konserwację urządzeń do energetyki wiatrowej.Zmienne obciążenie działa na łopaty turbiny wiatrowej i jest przenoszone przez łożyska, wały, koła zębate, generatory i inne elementy łańcucha przekładni, co sprawia, że łańcuch przekładni jest wyjątkowo podatny na awarie podczas pracy.Obecnie szeroko wyposażonym systemem monitorowania w urządzeniach dla energetyki wiatrowej jest system SCADA, który może monitorować stan pracy urządzeń dla energetyki wiatrowej, taki jak prąd, napięcie, podłączenie do sieci i inne warunki, a także posiada funkcje takie jak alarmy i raporty;ale system monitoruje stan Parametry są ograniczone, głównie sygnały takie jak prąd, napięcie, moc itp., a nadal brakuje funkcji monitorowania drgań i diagnostyki usterek dla kluczowych elementów [3-5].Zagraniczne kraje, zwłaszcza zachodnie kraje rozwinięte, od dawna opracowują sprzęt do monitorowania stanu i oprogramowanie analityczne przeznaczone specjalnie dla urządzeń energetyki wiatrowej.Chociaż domowa technologia monitorowania wibracji rozpoczęła się późno, napędzana ogromnym zapotrzebowaniem rynku zdalnej obsługi i konserwacji krajowych elektrowni wiatrowych, rozwój krajowych systemów monitorowania również wszedł w fazę szybkiego rozwoju.Inteligentna diagnostyka usterek i wczesne ostrzeganie urządzeń energetyki wiatrowej może obniżyć koszty i zwiększyć wydajność eksploatacji i konserwacji energetyki wiatrowej, a także zyskała konsensus w branży energetyki wiatrowej.
2. Główne cechy usterek urządzeń energetyki wiatrowej
Urządzenia energetyki wiatrowej to złożony układ elektromechaniczny składający się z wirników (łopaty, piasty, układy pochylenia itp.), łożysk, wałów głównych, przekładni, generatorów, wież, układów odchylania, czujników itp. Każdy element turbiny wiatrowej jest poddawany przemienne obciążenia podczas eksploatacji.Wraz ze wzrostem czasu obsługi nieuniknione są różnego rodzaju uszkodzenia lub awarie.
Rysunek 2 Wskaźnik kosztów naprawy każdego elementu wyposażenia energetyki wiatrowej
Rysunek 3 Współczynnik przestojów różnych elementów urządzeń energetyki wiatrowej
Na Rysunku 2 i Rysunku 3 [6] widać, że przestoje spowodowane przez łopatki, przekładnie i generatory stanowiły ponad 87% całkowitego nieplanowanego przestoju, a koszty konserwacji stanowiły ponad 3 całkowite koszty konserwacji./4.Dlatego w monitorowaniu stanu, diagnostyce usterek i zarządzaniu stanem turbin wiatrowych, łopat, skrzyń biegów i generatorów należy zwrócić uwagę na trzy główne elementy.Komitet Zawodowy ds. Energii Wiatrowej Chińskiego Towarzystwa Energetyki Odnawialnej wskazał w badaniu z 2012 r. dotyczącym jakości działania krajowych urządzeń do energetyki wiatrowej[6], że rodzaje uszkodzeń łopat wiatrowych obejmują głównie pękanie, uderzenia pioruna, łamanie itp. oraz przyczyny niepowodzenia obejmują projekt, czynniki własne i zewnętrzne podczas wprowadzania i obsługi etapów produkcji, wytwarzania i transportu.Główną funkcją skrzyni biegów jest stabilne wykorzystanie energii wiatru o niskiej prędkości do wytwarzania energii i zwiększenie prędkości obrotowej wrzeciona.Podczas pracy turbiny wiatrowej przekładnia jest bardziej podatna na awarie w wyniku oddziaływania naprężeń przemiennych i obciążenia udarowego [7].Częstymi wadami skrzyń biegów są awarie przekładni i awarie łożysk.Awarie skrzyni biegów pochodzą głównie z łożysk.Łożyska są kluczowym elementem skrzyni biegów, a ich awaria często powoduje katastrofalne uszkodzenie skrzyni biegów.Awarie łożysk obejmują głównie łuszczenie zmęczeniowe, zużycie, pękanie, sklejanie, uszkodzenie koszyka itp. [8], wśród których łuszczenie zmęczeniowe i zużycie są dwiema najczęstszymi postaciami uszkodzeń łożysk tocznych.Najczęstsze awarie przekładni obejmują zużycie, zmęczenie powierzchni, pękanie i pękanie.Uszkodzenia układu generatora dzielą się na uszkodzenia silnikowe i uszkodzenia mechaniczne [9].Awarie mechaniczne obejmują głównie awarie wirnika i awarie łożysk.Awarie wirnika obejmują głównie niewyważenie wirnika, pęknięcie wirnika i luźne gumowe tuleje.Rodzaje uszkodzeń silnika można podzielić na uszkodzenia elektryczne i uszkodzenia mechaniczne.Awarie elektryczne obejmują zwarcie cewki wirnika/stojana, przerwa w obwodzie spowodowana pękniętymi prętami wirnika, przegrzanie generatora itp.;usterki mechaniczne obejmują nadmierne wibracje generatora, przegrzanie łożysk, uszkodzenie izolacji, poważne zużycie itp.
Czas publikacji: 30 sierpnia-2021
