Wind Power Network News: Резюме: Тази статия прави преглед на текущото състояние на развитието на диагностиката на неизправности и мониторинга на здравето на трите основни компонента в задвижващата верига на вятърната турбина – композитни лопатки, скоростни кутии и генератори, и обобщава текущото състояние на изследванията и основните аспекти на този полеви метод.Обобщени са основните характеристики на неизправностите, формите на неизправностите и трудностите при диагностиката на трите основни компонента на композитни лопатки, скоростни кутии и генератори във вятърно енергийно оборудване, както и съществуващите методи за диагностика на неизправности и мониторинг на здравето и накрая перспективите за посоката на развитие на тази област.
0 Предговор
Благодарение на огромното глобално търсене на чиста и възобновяема енергия и значителния напредък в технологията за производство на оборудване за вятърна енергия, глобалният инсталиран капацитет на вятърна енергия продължава постоянно да нараства.Според статистиката на Global Wind Energy Association (GWEC), към края на 2018 г. глобалната инсталирана мощност на вятърна енергия достигна 597 GW, от които Китай стана първата страна с инсталиран капацитет от над 200 GW, достигайки 216 GW , което представлява повече от 36 от общия глобален инсталиран капацитет.%, тя продължава да поддържа позицията си на водеща вятърна енергия в света и е истинска страна с вятърна енергия.
Понастоящем важен фактор, възпрепятстващ продължаващото здравословно развитие на вятърната електроенергия, е, че оборудването за вятърна енергия изисква по-висока цена за единица произведена енергия в сравнение с традиционните изкопаеми горива.Носителят на Нобелова награда по физика и бивш министър на енергетиката на САЩ Джу Дивен посочи строгостта и необходимостта от гарантиране на безопасността на експлоатацията на широкомащабно оборудване за вятърна енергия, а високите разходи за експлоатация и поддръжка са важни въпроси, които трябва да бъдат разрешени в тази област [1] .Оборудването за вятърна енергия се използва предимно в отдалечени райони или офшорни зони, които са недостъпни за хората.С развитието на технологиите, вятърното енергийно оборудване продължава да се развива в посока на широкомащабно развитие.Диаметърът на лопатките за вятърна енергия продължава да се увеличава, което води до увеличаване на разстоянието от земята до гондолата, където е инсталирано важно оборудване.Това доведе до големи трудности при експлоатацията и поддръжката на оборудването за вятърна енергия и увеличи разходите за поддръжка на блока.Поради разликите между цялостното техническо състояние и условията на вятърните паркове на оборудването за вятърна енергия в западните развити страни, разходите за експлоатация и поддръжка на оборудването за вятърна енергия в Китай продължават да представляват висок дял от приходите.За вятърни турбини на сушата с експлоатационен живот от 20 години, разходите за поддръжка Общият доход на вятърните паркове възлиза на 10%~15%;за офшорни вятърни паркове, съотношението е до 20%~25%[2].Високите разходи за експлоатация и поддръжка на вятърната енергия се определят главно от режима на работа и поддръжка на оборудването за вятърна енергия.Понастоящем повечето вятърни паркове приемат метода на редовна поддръжка.Потенциалните повреди не могат да бъдат открити навреме, а многократната поддръжка на непокътнато оборудване също ще увеличи работата и поддръжката.цена.Освен това е невъзможно да се определи източникът на неизправността навреме и може да се разследва само един по един чрез различни средства, което също ще доведе до огромни разходи за експлоатация и поддръжка.Едно от решенията на този проблем е да се разработи система за структурно наблюдение на здравето (SHM) за вятърни турбини, за да се предотвратят катастрофални аварии и да се удължи експлоатационният живот на вятърните турбини, като по този начин се намали разходите за единична енергия на вятърна енергия.Следователно за вятърната енергийна индустрия е наложително да се разработи SHM система.
1. Текущо състояние на системата за наблюдение на оборудването за вятърна енергия
Има много видове конструкции на оборудване за вятърна енергия, главно включително: асинхронни вятърни турбини с двойно захранване (въртящи се вятърни турбини с променлива скорост), синхронни вятърни турбини с постоянен магнит с директно задвижване и синхронни вятърни турбини с полудиректно задвижване.В сравнение с вятърните турбини с директно задвижване, асинхронните вятърни турбини с двойно захранване включват оборудване с променлива скорост на скоростната кутия.Основната му структура е показана на Фигура 1. Този тип оборудване за вятърна енергия представлява повече от 70% от пазарния дял.Следователно тази статия разглежда основно диагностиката на неизправностите и мониторинга на здравето на този тип оборудване за вятърна енергия.
Фигура 1 Основна структура на вятърна турбина с двойно захранване
Оборудването за вятърна енергия работи денонощно при сложни редуващи се натоварвания като пориви на вятъра от дълго време.Суровата среда на обслужване сериозно засегна безопасността на експлоатацията и поддръжката на оборудването за вятърна енергия.Променливото натоварване действа върху лопатките на вятърната турбина и се предава през лагерите, валовете, зъбните колела, генераторите и други компоненти в трансмисионната верига, което прави трансмисионната верига изключително податлива на повреда по време на експлоатация.Понастоящем системата за наблюдение, широко оборудвана на оборудването за вятърна енергия, е SCADA системата, която може да наблюдава работното състояние на оборудването за вятърна енергия, като ток, напрежение, мрежова връзка и други условия, и има функции като аларми и доклади;но системата следи състоянието Параметрите са ограничени, основно сигнали като ток, напрежение, мощност и т.н., и все още липсват функции за наблюдение на вибрациите и диагностика на неизправности за ключови компоненти [3-5].Чуждите страни, особено развитите западни страни, отдавна са разработили оборудване за наблюдение на състоянието и софтуер за анализ, специално за оборудване за вятърна енергия.Въпреки че технологията за наблюдение на домашните вибрации започна късно, водена от огромното търсене на пазара за дистанционно управление и поддръжка на вятърна енергия, развитието на вътрешните системи за наблюдение също навлезе в етап на бързо развитие.Интелигентната диагностика на неизправности и защитата за ранно предупреждение на оборудването за вятърна енергия могат да намалят разходите и да повишат ефективността на експлоатацията и поддръжката на вятърната енергия и е постигнала консенсус в индустрията за вятърна енергия.
2. Основни неизправни характеристики на вятърно енергийно оборудване
Вятърното енергийно оборудване е сложна електромеханична система, състояща се от ротори (лопатки, главини, наклонни системи и др.), лагери, главни валове, скоростни кутии, генератори, кули, системи за отклонение, сензори и др. Всеки компонент на вятърната турбина е подложен на променливи натоварвания по време на обслужване.С увеличаване на времето за обслужване различни видове повреди или повреди са неизбежни.
Фигура 2 Коефициентът на разходите за ремонт на всеки компонент на оборудването за вятърна енергия
Фигура 3 Коефициентът на престой на различни компоненти на оборудването за вятърна енергия
От Фигура 2 и Фигура 3 [6] може да се види, че времето на престой, причинено от лопатки, скоростни кутии и генератори, представлява повече от 87% от общия непланиран престой, а разходите за поддръжка представляват повече от 3 от общите разходи за поддръжка./4.Следователно при мониторинга на състоянието, диагностиката на неизправностите и управлението на здравето на вятърните турбини, лопатките, скоростните кутии и генераторите са трите основни компонента, на които трябва да се обърне внимание.Професионалният комитет по вятърна енергия на Китайското дружество за възобновяема енергия посочи в проучване от 2012 г. относно качеството на работа на националното оборудване за вятърна енергия[6], че видовете откази на лопатките за вятърна енергия включват главно напукване, удари на мълния, счупване и т.н., и причините за повреда включват проектиране, собствени и външни фактори по време на етапите на въвеждане и обслужване на производство, производство и транспорт.Основната функция на скоростната кутия е стабилно използване на вятърна енергия с ниска скорост за генериране на енергия и увеличаване на скоростта на шпиндела.По време на работа на вятърната турбина скоростната кутия е по-податлива на повреда поради ефектите на променливо напрежение и ударно натоварване [7].Честите неизправности на скоростните кутии включват неизправности на предавките и неизправности на лагерите.Неизправностите на скоростната кутия произлизат предимно от лагери.Лагерите са ключов компонент на скоростната кутия и тяхната повреда често причинява катастрофални повреди на скоростната кутия.Повредите на лагерите включват главно отлепване от умора, износване, счупване, залепване, повреда на клетката и т.н. [8], сред които лющене от умора и износване са двете най-често срещани форми на повреда на търкалящи лагери.Най-честите повреди на предавката включват износване, повърхностна умора, счупване и счупване.Неизправностите на генераторната система се разделят на неизправности на двигателя и механични повреди [9].Механичните повреди включват основно откази на ротора и лагери.Неизправностите на ротора включват основно дисбаланс на ротора, разкъсване на ротора и разхлабени гумени втулки.Видовете неизправности на двигателя могат да бъдат разделени на електрически и механични повреди.Електрическите неизправности включват късо съединение на бобината на ротора/статора, отворена верига, причинена от счупени роторни пръти, прегряване на генератора и др.;механичните неизправности включват прекомерни вибрации на генератора, прегряване на лагера, повреда на изолацията, сериозно износване и др.
Време на публикация: 30 август 2021 г
