Wind Power Network News: Περίληψη: Αυτό το άρθρο εξετάζει την τρέχουσα κατάσταση της ανάπτυξης της διάγνωσης βλαβών και της παρακολούθησης της υγείας των τριών κύριων στοιχείων στην αλυσίδα μετάδοσης κίνησης ανεμογεννητριών - σύνθετα πτερύγια, κιβώτια ταχυτήτων και γεννήτριες, και συνοψίζει την τρέχουσα κατάσταση έρευνας και κύρια πτυχές αυτής της μεθόδου πεδίου.Συνοψίζονται τα κύρια χαρακτηριστικά σφαλμάτων, οι μορφές σφάλματος και οι δυσκολίες διάγνωσης των τριών κύριων εξαρτημάτων των σύνθετων πτερυγίων, κιβωτίων ταχυτήτων και γεννητριών στον εξοπλισμό αιολικής ενέργειας και οι υπάρχουσες μέθοδοι διάγνωσης βλαβών και παρακολούθησης υγείας και τέλος οι προοπτικές για την κατεύθυνση ανάπτυξης αυτού του τομέα.
0 Πρόλογος
Χάρη στην τεράστια παγκόσμια ζήτηση για καθαρή και ανανεώσιμη ενέργεια και τη σημαντική πρόοδο στην τεχνολογία κατασκευής εξοπλισμού αιολικής ενέργειας, η παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς της αιολικής ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται σταθερά.Σύμφωνα με στατιστικά στοιχεία της Παγκόσμιας Ένωσης Αιολικής Ενέργειας (GWEC), στα τέλη του 2018, η παγκόσμια εγκατεστημένη ισχύς αιολικής ενέργειας έφτασε τα 597 GW, εκ των οποίων η Κίνα έγινε η πρώτη χώρα με εγκατεστημένη ισχύ άνω των 200 GW, φτάνοντας τα 216 GW. , αντιπροσωπεύοντας πάνω από 36 της συνολικής παγκόσμιας εγκατεστημένης ισχύος.%, συνεχίζει να διατηρεί τη θέση της ως η κορυφαία αιολική ενέργεια στον κόσμο και είναι μια πραγματική χώρα αιολικής ενέργειας.
Επί του παρόντος, ένας σημαντικός παράγοντας που εμποδίζει τη συνεχή υγιή ανάπτυξη της βιομηχανίας αιολικής ενέργειας είναι ότι ο εξοπλισμός αιολικής ενέργειας απαιτεί υψηλότερο κόστος ανά μονάδα παραγωγής ενέργειας από τα παραδοσιακά ορυκτά καύσιμα.Ο νικητής του βραβείου Νόμπελ Φυσικής και πρώην υπουργός Ενέργειας των ΗΠΑ Zhu Diwen επεσήμανε την αυστηρότητα και την αναγκαιότητα της εγγύησης ασφάλειας λειτουργίας εξοπλισμού αιολικής ενέργειας μεγάλης κλίμακας και το υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης είναι σημαντικά ζητήματα που πρέπει να επιλυθούν σε αυτόν τον τομέα [1] .Ο εξοπλισμός αιολικής ενέργειας χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον σε απομακρυσμένες περιοχές ή υπεράκτιες περιοχές που είναι απρόσιτες για τους ανθρώπους.Με την ανάπτυξη της τεχνολογίας, ο εξοπλισμός αιολικής ενέργειας συνεχίζει να αναπτύσσεται προς την κατεύθυνση της ανάπτυξης μεγάλης κλίμακας.Η διάμετρος των πτερυγίων της αιολικής ενέργειας συνεχίζει να αυξάνεται, με αποτέλεσμα την αύξηση της απόστασης από το έδαφος έως τον αυλό όπου είναι εγκατεστημένος σημαντικός εξοπλισμός.Αυτό έφερε μεγάλες δυσκολίες στη λειτουργία και συντήρηση του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας και ανέβασε το κόστος συντήρησης της μονάδας.Λόγω των διαφορών μεταξύ της συνολικής τεχνικής κατάστασης και των συνθηκών αιολικών πάρκων του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας στις δυτικές αναπτυγμένες χώρες, το κόστος λειτουργίας και συντήρησης του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας στην Κίνα συνεχίζει να αντιπροσωπεύει υψηλό ποσοστό εσόδων.Για χερσαίες ανεμογεννήτριες με διάρκεια ζωής 20 χρόνια, το κόστος συντήρησης Το συνολικό εισόδημα των αιολικών πάρκων ανέρχεται στο 10%~15%·για τα υπεράκτια αιολικά πάρκα, το ποσοστό είναι τόσο υψηλό όσο 20%~25%[2].Το υψηλό κόστος λειτουργίας και συντήρησης της αιολικής ενέργειας καθορίζεται κυρίως από τον τρόπο λειτουργίας και συντήρησης του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας.Επί του παρόντος, τα περισσότερα αιολικά πάρκα υιοθετούν τη μέθοδο της τακτικής συντήρησης.Πιθανές βλάβες δεν μπορούν να εντοπιστούν εγκαίρως και η επαναλαμβανόμενη συντήρηση άθικτου εξοπλισμού θα αυξήσει επίσης τη λειτουργία και τη συντήρηση.κόστος.Επιπλέον, είναι αδύνατο να προσδιοριστεί έγκαιρα η πηγή του σφάλματος και μπορεί να διερευνηθεί μόνο ένα προς ένα με ποικίλα μέσα, τα οποία θα επιφέρουν επίσης τεράστιο κόστος λειτουργίας και συντήρησης.Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος δομικής παρακολούθησης της υγείας (SHM) για ανεμογεννήτριες για την πρόληψη καταστροφικών ατυχημάτων και την παράταση της διάρκειας ζωής των ανεμογεννητριών, μειώνοντας έτσι το μοναδιαίο κόστος παραγωγής ενέργειας της αιολικής ενέργειας.Ως εκ τούτου, για τη βιομηχανία αιολικής ενέργειας είναι επιτακτική η ανάπτυξη του συστήματος SHM.
1. Τρέχουσα κατάσταση του συστήματος παρακολούθησης εξοπλισμού αιολικής ενέργειας
Υπάρχουν πολλοί τύποι δομών εξοπλισμού αιολικής ενέργειας, κυρίως όπως: ασύγχρονες ανεμογεννήτριες διπλής τροφοδοσίας (ανεμογεννήτριες μεταβλητής ταχύτητας μεταβλητού βήματος), σύγχρονοι ανεμογεννήτριες μόνιμου μαγνήτη άμεσης μετάδοσης κίνησης και σύγχρονες ανεμογεννήτριες ημιάμεσης μετάδοσης κίνησης.Σε σύγκριση με τις ανεμογεννήτριες απευθείας μετάδοσης κίνησης, οι ασύγχρονες ανεμογεννήτριες διπλής τροφοδοσίας περιλαμβάνουν εξοπλισμό μεταβλητής ταχύτητας κιβωτίου ταχυτήτων.Η βασική του δομή φαίνεται στο Σχήμα 1. Αυτός ο τύπος εξοπλισμού αιολικής ενέργειας αντιπροσωπεύει περισσότερο από το 70% του μεριδίου αγοράς.Επομένως, αυτό το άρθρο εξετάζει κυρίως τη διάγνωση βλαβών και την παρακολούθηση της υγείας αυτού του τύπου εξοπλισμού αιολικής ενέργειας.
Σχήμα 1 Βασική δομή ανεμογεννήτριας διπλής τροφοδοσίας
Ο εξοπλισμός αιολικής ενέργειας λειτουργεί όλο το εικοσιτετράωρο κάτω από πολύπλοκα εναλλασσόμενα φορτία όπως ριπές ανέμου για μεγάλο χρονικό διάστημα.Το σκληρό περιβάλλον εξυπηρέτησης έχει επηρεάσει σοβαρά την ασφάλεια λειτουργίας και τη συντήρηση του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας.Το εναλλασσόμενο φορτίο δρα στα πτερύγια της ανεμογεννήτριας και μεταδίδεται μέσω των ρουλεμάν, αξόνων, γραναζιών, γεννητριών και άλλων εξαρτημάτων στην αλυσίδα μετάδοσης, καθιστώντας την αλυσίδα μετάδοσης εξαιρετικά επιρρεπής σε αστοχία κατά τη λειτουργία.Επί του παρόντος, το ευρέως εξοπλισμένο σύστημα παρακολούθησης στον εξοπλισμό αιολικής ενέργειας είναι το σύστημα SCADA, το οποίο μπορεί να παρακολουθεί την κατάσταση λειτουργίας του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας όπως ρεύμα, τάση, σύνδεση στο δίκτυο και άλλες συνθήκες, και έχει λειτουργίες όπως συναγερμούς και αναφορές.αλλά το σύστημα παρακολουθεί την κατάσταση Οι παράμετροι είναι περιορισμένες, κυρίως σήματα όπως ρεύμα, τάση, ισχύς κ.λπ., και εξακολουθεί να υπάρχει έλλειψη λειτουργιών παρακολούθησης κραδασμών και διάγνωσης βλαβών για βασικά εξαρτήματα [3-5].Οι ξένες χώρες, ειδικά οι δυτικές ανεπτυγμένες χώρες, έχουν αναπτύξει από καιρό εξοπλισμό παρακολούθησης κατάστασης και λογισμικό ανάλυσης ειδικά για εξοπλισμό αιολικής ενέργειας.Αν και η οικιακή τεχνολογία παρακολούθησης κραδασμών ξεκίνησε αργά, λόγω της τεράστιας ζήτησης της αγοράς για τηλεχειρισμό και συντήρηση αιολικής ενέργειας, η ανάπτυξη οικιακών συστημάτων παρακολούθησης έχει επίσης εισέλθει σε ένα στάδιο ταχείας ανάπτυξης.Η έξυπνη διάγνωση σφαλμάτων και η προστασία έγκαιρης προειδοποίησης του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας μπορεί να μειώσει το κόστος και να αυξήσει την αποδοτικότητα της λειτουργίας και συντήρησης της αιολικής ενέργειας και έχει επιτύχει συναίνεση στη βιομηχανία αιολικής ενέργειας.
2. Κύρια χαρακτηριστικά σφάλματος του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας
Ο εξοπλισμός αιολικής ενέργειας είναι ένα σύνθετο ηλεκτρομηχανικό σύστημα που αποτελείται από ρότορες (πτερύγια, πλήμνες, συστήματα βήματος, κ.λπ.), ρουλεμάν, κύριους άξονες, κιβώτια ταχυτήτων, γεννήτριες, πύργους, συστήματα εκτροπής, αισθητήρες κ.λπ. Κάθε στοιχείο μιας ανεμογεννήτριας υπόκειται σε εναλλασσόμενα φορτία κατά τη διάρκεια του σέρβις.Καθώς ο χρόνος συντήρησης αυξάνεται, είναι αναπόφευκτες διάφοροι τύποι ζημιών ή αστοχιών.
Σχήμα 2 Η αναλογία κόστους επισκευής κάθε στοιχείου του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας
Σχήμα 3 Η αναλογία χρόνου διακοπής λειτουργίας διαφόρων εξαρτημάτων του εξοπλισμού αιολικής ενέργειας
Μπορεί να φανεί από το Σχήμα 2 και το Σχήμα 3 [6] ότι ο χρόνος διακοπής λειτουργίας που προκαλείται από λεπίδες, κιβώτια ταχυτήτων και γεννήτριες αντιπροσώπευε περισσότερο από το 87% του συνολικού απρογραμμάτιστου χρόνου διακοπής λειτουργίας και το κόστος συντήρησης αντιπροσώπευε περισσότερο από 3 του συνολικού κόστους συντήρησης./4.Επομένως, στην παρακολούθηση της κατάστασης, η διάγνωση βλαβών και η διαχείριση της υγείας των ανεμογεννητριών, των πτερυγίων, των κιβωτίων ταχυτήτων και των γεννητριών είναι τα τρία κύρια στοιχεία στα οποία πρέπει να δοθεί προσοχή.Η Επαγγελματική Επιτροπή Αιολικής Ενέργειας της Κινεζικής Εταιρείας Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας επεσήμανε σε μια έρευνα του 2012 σχετικά με την ποιότητα λειτουργίας του εθνικού εξοπλισμού αιολικής ενέργειας[6] ότι οι τύποι αστοχίας των πτερυγίων αιολικής ενέργειας περιλαμβάνουν κυρίως ρωγμές, κεραυνούς, θραύση κ.λπ., και Οι αιτίες της αποτυχίας περιλαμβάνουν το σχεδιασμό, τον εαυτό και τους εξωτερικούς παράγοντες κατά τα στάδια εισαγωγής και εξυπηρέτησης της παραγωγής, της κατασκευής και της μεταφοράς.Η κύρια λειτουργία του κιβωτίου ταχυτήτων είναι να χρησιμοποιεί σταθερά την αιολική ενέργεια χαμηλής ταχύτητας για την παραγωγή ενέργειας και να αυξάνει την ταχύτητα του άξονα.Κατά τη λειτουργία της ανεμογεννήτριας, το κιβώτιο ταχυτήτων είναι πιο επιρρεπές σε αστοχία λόγω των επιπτώσεων της εναλλασσόμενης τάσης και του φορτίου κρούσης [7].Τα κοινά σφάλματα των κιβωτίων ταχυτήτων περιλαμβάνουν σφάλματα ταχυτήτων και σφάλματα ρουλεμάν.Οι βλάβες του κιβωτίου ταχυτήτων προέρχονται κυρίως από ρουλεμάν.Τα ρουλεμάν είναι βασικό εξάρτημα του κιβωτίου ταχυτήτων και η αστοχία τους προκαλεί συχνά καταστροφικές ζημιές στο κιβώτιο ταχυτήτων.Οι αστοχίες ρουλεμάν περιλαμβάνουν κυρίως ξεφλούδισμα λόγω κόπωσης, φθορά, κάταγμα, κόλληση, ζημιά στο κλουβί, κ.λπ. [8], μεταξύ των οποίων το ξεφλούδισμα και η φθορά λόγω κόπωσης είναι οι δύο πιο κοινές μορφές αστοχίας των ρουλεμάν κύλισης.Οι πιο συνηθισμένες αστοχίες του γραναζιού περιλαμβάνουν φθορά, κόπωση επιφάνειας, θραύση και θραύση.Οι βλάβες του συστήματος γεννήτριας χωρίζονται σε βλάβες κινητήρα και μηχανικές βλάβες [9].Οι μηχανικές βλάβες περιλαμβάνουν κυρίως αστοχίες ρότορα και αστοχίες ρουλεμάν.Οι αστοχίες του ρότορα περιλαμβάνουν κυρίως ανισορροπία ρότορα, ρήξη ρότορα και χαλαρά ελαστικά χιτώνια.Οι τύποι βλαβών κινητήρα μπορούν να χωριστούν σε ηλεκτρικές και μηχανικές βλάβες.Τα ηλεκτρικά σφάλματα περιλαμβάνουν βραχυκύκλωμα του πηνίου ρότορα/στάτορα, ανοιχτό κύκλωμα που προκαλείται από σπασμένες ράβδους ρότορα, υπερθέρμανση της γεννήτριας κ.λπ.Οι μηχανικές βλάβες περιλαμβάνουν υπερβολικούς κραδασμούς της γεννήτριας, υπερθέρμανση ρουλεμάν, ζημιά στη μόνωση, σοβαρή φθορά κ.λπ.
Ώρα ανάρτησης: 30 Αυγ-2021
