Wind Power Network News: Анотація: У цій статті розглядається поточний стан розвитку діагностики несправностей і моніторингу працездатності трьох основних компонентів у ланцюзі приводу вітрової турбіни — композитних лопатей, коробок передач і генераторів, а також підсумовується поточний стан досліджень і основні аспекти цього польового методу.Узагальнено основні характеристики несправностей, форми несправностей і труднощі діагностики трьох основних компонентів композитних лопатей, редукторів і генераторів у вітроенергетичному обладнанні, а також існуючі методи діагностики несправностей та моніторингу стану здоров’я та, нарешті, перспективи напряму розвитку цієї галузі.
0 Передмова
Завдяки величезному світовому попиту на чисту та відновлювану енергію та значному прогресу в технології виробництва вітроенергетичного обладнання, глобальна встановлена потужність вітроенергетики продовжує неухильно зростати.За статистикою Всесвітньої асоціації вітроенергетики (GWEC), на кінець 2018 року світова встановлена потужність вітроенергетики досягла 597 ГВт, з яких Китай став першою країною з встановленою потужністю понад 200 ГВт, досягнувши 216 ГВт. , що становить понад 36 від загальної встановленої потужності світу.%, вона продовжує зберігати свої позиції провідної вітроенергетики у світі та є справжньою вітроенергетичною країною.
Наразі важливим фактором, що перешкоджає подальшому здоровому розвитку вітроенергетики, є те, що вітроенергетичне обладнання вимагає вищих витрат на одиницю виробленої енергії, ніж традиційне викопне паливо.Лауреат Нобелівської премії з фізики та колишній міністр енергетики США Чжу Дівен вказав на суворість і необхідність гарантії безпеки роботи великомасштабного вітроенергетичного обладнання, а також високі витрати на експлуатацію та обслуговування є важливими питаннями, які необхідно вирішити в цій галузі [1] .Вітроенергетичне обладнання в основному використовується у віддалених районах або офшорних районах, які недоступні для людей.З розвитком технологій вітроенергетичне обладнання продовжує розвиватися в напрямку масштабного розвитку.Діаметр лопатей вітрової енергії продовжує збільшуватися, що призводить до збільшення відстані від землі до гондоли, де встановлено важливе обладнання.Це спричинило великі труднощі в експлуатації та технічному обслуговуванні вітроенергетичного обладнання та підвищило вартість обслуговування агрегату.Через відмінності між загальним технічним станом та умовами вітроенергетичного обладнання в західних розвинених країнах, витрати на експлуатацію та обслуговування вітроенергетичного обладнання в Китаї продовжують становити високу частку доходу.Для берегових вітрогенераторів з терміном служби 20 років витрати на технічне обслуговування Загальний дохід вітрових електростанцій становить 10%~15%;для морських вітрових електростанцій ця частка досягає 20%~25%[2].Висока вартість експлуатації та обслуговування вітроенергетики в основному визначається режимом експлуатації та обслуговування вітроенергетичного обладнання.В даний час більшість вітрових електростанцій використовують метод регулярного технічного обслуговування.Потенційні збої неможливо виявити вчасно, а повторне обслуговування неушкодженого обладнання також збільшить експлуатацію та технічне обслуговування.вартість.Крім того, неможливо вчасно визначити джерело несправності, і можна лише розслідувати один за одним за допомогою різноманітних засобів, що також призведе до великих витрат на експлуатацію та обслуговування.Одним з рішень цієї проблеми є розробка системи моніторингу стану структур (SHM) для вітрогенераторів, щоб запобігти катастрофічним аваріям і продовжити термін служби вітрових турбін, знижуючи тим самим витрати на виробництво енергії вітру.Тому для вітроенергетики необхідно розробити систему SHM.
1. Сучасний стан системи моніторингу вітроенергетичного обладнання
Існує багато типів конструкцій вітроенергетичного обладнання, в основному в тому числі: асинхронні вітрові турбіни з подвійним живленням (вітряні турбіни зі змінною швидкістю, що працюють із змінним кроком), синхронні вітряні турбіни з постійними магнітами з прямим приводом та синхронні вітрові турбіни з напівпрямим приводом.У порівнянні з вітряними турбінами з прямим приводом, асинхронні вітрові турбіни з подвійним живленням включають обладнання із змінною швидкістю передач.Його базова структура показана на рисунку 1. Цей тип вітроенергетичного обладнання займає більше 70% частки ринку.Тому в цій статті в основному розглядається діагностика несправностей та моніторинг стану роботи вітроенергетичного обладнання цього типу.
Рисунок 1 Основна структура вітрової турбіни з подвійним живленням
Ветроенергетичне обладнання тривалий час працює цілодобово в умовах складних змінних навантажень, таких як пориви вітру.Суворі умови обслуговування серйозно вплинули на безпеку експлуатації та обслуговування вітроенергетичного обладнання.Змінне навантаження діє на лопаті вітрової турбіни і передається через підшипники, вали, шестерні, генератори та інші компоненти ланцюга трансмісії, що робить ланцюг трансмісії надзвичайно схильним до виходу з ладу під час експлуатації.В даний час система моніторингу, широко обладнана вітроенергетичним обладнанням, - це система SCADA, яка може контролювати робочий стан вітроенергетичного обладнання, наприклад струм, напруга, підключення до мережі та інші умови, і має такі функції, як сигналізації та звіти;але система контролює стан. Параметри обмежені, в основному такі сигнали, як струм, напруга, потужність тощо, і все ще відсутні функції моніторингу вібрації та діагностики несправностей для ключових компонентів [3-5].Зарубіжні країни, особливо розвинені країни Заходу, вже давно розробляють обладнання для моніторингу стану та програмне забезпечення для аналізу спеціально для вітроенергетичного обладнання.Хоча побутова технологія моніторингу вібрації розпочалася із запізненням через величезний попит на ринку дистанційного керування та обслуговування вітрової енергії, розвиток внутрішніх систем моніторингу також вступив у стадію швидкого розвитку.Інтелектуальна діагностика несправностей і захист від раннього попередження вітроенергетичного обладнання може знизити вартість та підвищити ефективність експлуатації та технічного обслуговування вітроенергетики, а також здобула консенсус у вітроенергетичній промисловості.
2. Основні характеристики несправностей вітроенергетичного обладнання
Вітроенергетичне обладнання являє собою складну електромеханічну систему, що складається з роторів (лопатей, маточин, систем нахилу тощо), підшипників, головних валів, редукторів, генераторів, опор, систем рискання, датчиків тощо. Кожен компонент вітрогенератора піддається впливу змінні навантаження під час служби.Зі збільшенням часу обслуговування неминучі різні види пошкоджень або збоїв.
Рисунок 2 Коефіцієнт вартості ремонту кожного компонента вітроенергетичного обладнання
Рисунок 3 Коефіцієнт простоїв різних компонентів вітроенергетичного обладнання
З малюнку 2 та 3 [6] видно, що простої, викликані лопатями, редукторами та генераторами, становили понад 87% загального незапланованого простою, а витрати на технічне обслуговування становили понад 3 загальних витрат на технічне обслуговування./4.Тому в моніторингу стану, діагностиці несправностей та управлінні працездатністю вітрових турбін, лопатей, редукторів і генераторів є три основні компоненти, на які необхідно звернути увагу.Професійний комітет з вітроенергетики Китайського товариства відновлюваної енергетики вказав в опитуванні 2012 року щодо робочої якості національного вітроенергетичного обладнання[6], що типи відмови вітроенергетичних лопатей в основному включають розтріскування, удари блискавки, поломки тощо, і Причини несправності включають проектування, власні та зовнішні фактори на етапах впровадження та обслуговування виробництва, виготовлення та транспортування.Основна функція редуктора — стабільне використання енергії вітру на низьких швидкостях для виробництва електроенергії та збільшення частоти обертання шпинделя.Під час роботи вітрогенератора коробка передач більш схильна до виходу з ладу через вплив змінної напруги та ударного навантаження [7].Поширені несправності коробок передач включають несправності шестерень і несправності підшипників.Несправності коробки передач в основному виникають через підшипники.Підшипники є ключовим компонентом коробки передач, і їх вихід з ладу часто призводить до катастрофічних пошкоджень коробки передач.Відмова підшипників в основному включає втомне відшаровування, знос, руйнування, склеювання, пошкодження обойми тощо [8], серед яких втомне відшарування та знос є двома найпоширенішими формами відмови підшипників кочення.Найпоширеніші поломки шестерні включають знос, втому поверхні, поломку та поломку.Несправності генераторної системи поділяються на несправності двигуна та механічні несправності [9].Механічні поломки в основному включають поломки ротора та підшипників.Несправності ротора в основному включають дисбаланс ротора, розрив ротора та ослаблені гумові втулки.Типи несправностей двигуна можна розділити на електричні несправності та механічні несправності.Електричні несправності включають коротке замикання котушки ротора/статора, обрив ланцюга, викликаний обривом ротора, перегрів генератора тощо;Механічні несправності включають надмірну вібрацію генератора, перегрів підшипників, пошкодження ізоляції, серйозний знос тощо.
Час розміщення: 30 серпня 2021 р
