Wind Power Network News: Abstrakt: Tento článek shrnuje současný stav vývoje diagnostiky poruch a monitorování zdravotního stavu tří hlavních součástí hnacího řetězce větrných turbín – kompozitních lopatek, převodovek a generátorů a shrnuje současný stav výzkumu a hlavní aspekty této terénní metody.Jsou shrnuty hlavní poruchové charakteristiky, formy poruch a diagnostika tří hlavních součástí kompozitních lopatek, převodovek a generátorů ve větrných elektrárnách a stávající metody diagnostiky poruch a monitorování zdraví a nakonec vyhlídky na směr vývoje tohoto oboru.
0 Předmluva
Díky obrovské celosvětové poptávce po čisté a obnovitelné energii a značnému pokroku v technologii výroby zařízení pro větrnou energii celosvětová instalovaná kapacita větrné energie neustále neustále roste.Podle statistik Global Wind Energy Association (GWEC) dosáhl ke konci roku 2018 celosvětový instalovaný výkon větrných elektráren 597 GW, z toho Čína se stala první zemí s instalovaným výkonem přes 200 GW a dosáhla 216 GW. , což představuje více než 36 z celkové celosvětové instalované kapacity.%, i nadále si udržuje pozici přední světové větrné elektrárny a je skutečnou zemí větrné energetiky.
V současnosti je důležitým faktorem, který brání pokračujícímu zdravému rozvoji odvětví větrné energetiky, to, že zařízení na větrnou energii vyžadují vyšší náklady na jednotku energetického výkonu než tradiční fosilní paliva.Nositel Nobelovy ceny za fyziku a bývalý americký ministr energetiky Zhu Diwen poukázal na přísnost a nutnost zajištění bezpečnosti provozu zařízení na větrnou energii ve velkém měřítku a vysoké náklady na provoz a údržbu jsou důležitými problémy, které je třeba v této oblasti vyřešit [1]. .Zařízení na větrnou energii se většinou používají v odlehlých oblastech nebo pobřežních oblastech, které jsou lidem nepřístupné.S rozvojem technologií se zařízení pro větrnou energii nadále vyvíjejí směrem k rozvoji ve velkém.Průměr lopatek větrné elektrárny se stále zvětšuje, což má za následek zvětšení vzdálenosti od země k gondole, kde je instalováno důležité zařízení.To přineslo velké potíže do provozu a údržby zařízení pro větrnou energii a zvýšilo náklady na údržbu bloku.Vzhledem k rozdílům mezi celkovým technickým stavem a podmínkami větrných elektráren u zařízení pro větrnou energii v západních vyspělých zemích tvoří náklady na provoz a údržbu zařízení pro větrnou energii v Číně nadále vysoký podíl příjmů.U pobřežních větrných turbín s životností 20 let náklady na údržbu Celkový příjem větrných farem tvoří 10 %~15 %;u pobřežních větrných farem je tento podíl až 20 %~25 %[2].Vysoké náklady na provoz a údržbu větrné energie jsou určovány především režimem provozu a údržby větrných energetických zařízení.V současnosti většina větrných elektráren přebírá metodu pravidelné údržby.Případné poruchy nelze včas odhalit a provoz a údržbu zvýší i opakovaná údržba nepoškozeného zařízení.náklady.Kromě toho není možné včas určit zdroj závady a lze ji zkoumat pouze jeden po druhém pomocí různých prostředků, což také přinese obrovské náklady na provoz a údržbu.Jedním z řešení tohoto problému je vyvinout systém strukturálního monitorování zdravotního stavu (SHM) pro větrné turbíny, aby se zabránilo katastrofickým nehodám a prodloužila životnost větrných turbín, čímž se sníží náklady na jednotkový energetický výstup větrné energie.Proto je pro průmysl větrné energetiky nezbytné vyvinout systém SHM.
1. Aktuální stav monitorovacího systému větrných elektráren
Existuje mnoho typů struktur zařízení pro větrnou energii, zejména: asynchronní větrné turbíny s dvojitým napájením (větrné turbíny s proměnlivou rychlostí s proměnným stoupáním), synchronní větrné turbíny s permanentním magnetem s přímým pohonem a synchronní větrné turbíny s polopřímým pohonem.Ve srovnání s větrnými turbínami s přímým pohonem obsahují asynchronní větrné turbíny s dvojitým napájením zařízení s proměnnou rychlostí převodovky.Jeho základní struktura je znázorněna na obrázku 1. Tento typ zařízení pro větrnou energii tvoří více než 70 % podílu na trhu.Tento článek se proto zabývá především diagnostikou poruch a sledováním zdravotního stavu tohoto typu zařízení na větrnou energii.
Obrázek 1 Základní konstrukce větrné turbíny s dvojitým napájením
Zařízení na větrnou energii již dlouhou dobu pracují nepřetržitě pod složitým střídavým zatížením, jako jsou poryvy větru.Drsné provozní prostředí vážně ovlivnilo bezpečnost provozu a údržbu zařízení pro větrnou energii.Střídavé zatížení působí na lopatky větrné turbíny a přenáší se přes ložiska, hřídele, ozubená kola, generátory a další součásti převodového řetězu, díky čemuž je převodový řetěz extrémně náchylný k poruchám během provozu.V současné době je monitorovacím systémem široce vybaveným na větrných elektrárnách systém SCADA, který dokáže monitorovat provozní stav větrných elektráren, jako je proud, napětí, připojení k síti a další stavy, a má funkce jako alarmy a hlášení;ale systém hlídá stav Parametry jsou omezené, hlavně signály jako proud, napětí, výkon atd. a stále chybí funkce sledování vibrací a diagnostiky poruch u klíčových komponent [3-5].Zahraniční země, zejména západní rozvinuté země, již dlouho vyvíjejí zařízení pro monitorování stavu a analytický software speciálně pro zařízení na větrnou energii.Přestože technologie domácího monitorování vibrací začala pozdě, díky obrovské poptávce trhu po dálkovém provozu a údržbě domácích větrných elektráren, vývoj domácích monitorovacích systémů také vstoupil do fáze rychlého rozvoje.Inteligentní diagnostika poruch a ochrana větrných elektráren včasným varováním může snížit náklady a zvýšit efektivitu provozu a údržby větrné energie a dosáhla konsensu v odvětví větrné energie.
2. Hlavní poruchové charakteristiky větrných energetických zařízení
Zařízení pro větrnou energii je komplexní elektromechanický systém skládající se z rotorů (lopatek, nábojů, náklonových systémů atd.), ložisek, hlavních hřídelí, převodovek, generátorů, věží, systémů vychýlení, senzorů atd. Každá součást větrné turbíny je vystavena střídavé zatížení během provozu.S prodlužující se dobou provozu jsou nevyhnutelné různé druhy poškození nebo poruch.
Obrázek 2 Poměr nákladů na opravy každé součásti zařízení na větrnou energii
Obrázek 3 Poměr prostojů různých součástí zařízení na větrnou energii
Z obrázku 2 a obrázku 3 [6] je vidět, že prostoje způsobené lopatkami, převodovkami a generátory tvořily více než 87 % celkových neplánovaných odstávek a náklady na údržbu tvořily více než 3 z celkových nákladů na údržbu./4.Proto jsou při monitorování stavu, diagnostice poruch a řízení zdraví větrných turbín, lopatek, převodovek a generátorů tři hlavní součásti, kterým je třeba věnovat pozornost.Profesionální výbor pro větrnou energii Čínské společnosti pro obnovitelné zdroje energie poukázal v průzkumu z roku 2012 o provozní kvalitě národních zařízení pro větrnou energii[6], že typy poruch lopatek větrné energie zahrnují zejména praskání, úder blesku, lámání atd. příčiny selhání zahrnují design, vlastní a vnější faktory během zavádění a servisních fází výroby, výroby a přepravy.Hlavní funkcí převodovky je stabilně využívat nízkorychlostní větrnou energii k výrobě energie a zvyšovat otáčky vřetena.Při provozu větrné turbíny je převodovka náchylnější k poruchám vlivem střídavého namáhání a rázového zatížení [7].Mezi běžné závady převodovek patří závady ozubených kol a závady ložisek.Poruchy převodovky většinou pocházejí z ložisek.Ložiska jsou klíčovou součástí převodovky a jejich porucha často vede ke katastrofálnímu poškození převodovky.Mezi poruchy ložisek patří především únavové odlupování, opotřebení, lom, lepení, poškození klece atd. [8], mezi nimiž jsou únavové odlupování a opotřebení dvě nejčastější formy porušení valivých ložisek.Mezi nejčastější poruchy ozubených kol patří opotřebení, únava povrchu, rozbití a rozbití.Poruchy systému generátoru se dělí na poruchy motoru a mechanické poruchy [9].Mezi mechanické poruchy patří především poruchy rotoru a poruchy ložisek.Mezi poruchy rotoru patří především nevyváženost rotoru, prasknutí rotoru a uvolněné pryžové manžety.Typy poruch motoru lze rozdělit na elektrické poruchy a mechanické poruchy.Elektrické poruchy zahrnují zkrat cívky rotoru/statoru, přerušení obvodu způsobené zlomenými tyčemi rotoru, přehřátí generátoru atd.;mechanické závady zahrnují nadměrné vibrace generátoru, přehřívání ložisek, poškození izolace, vážné opotřebení atd.
Čas odeslání: 30. srpna 2021
