Новости сети ветроэнергетики: Резюме: В этом документе рассматривается текущее состояние развития диагностики неисправностей и мониторинга работоспособности трех основных компонентов в цепи привода ветряных турбин — композитных лопастей, редукторов и генераторов, а также обобщается текущее состояние исследований и основные особенности этого полевого метода.Обобщаются основные характеристики неисправностей, формы неисправностей и трудности диагностики трех основных компонентов композитных лопастей, редукторов и генераторов в ветроэнергетическом оборудовании, а также существующие методы диагностики неисправностей и мониторинга состояния и, наконец, перспективы направления развития в этой области.
0 Предисловие
Благодаря огромному глобальному спросу на чистую и возобновляемую энергию и значительному прогрессу в технологии производства ветроэнергетического оборудования глобальная установленная мощность ветроэнергетики продолжает неуклонно расти.Согласно статистике Глобальной ассоциации ветроэнергетики (GWEC), по состоянию на конец 2018 года глобальная установленная мощность ветроэнергетики достигла 597 ГВт, из них Китай стал первой страной с установленной мощностью более 200 ГВт, достигнув 216 ГВт. , что составляет более 36 от общей установленной мощности в мире.%, она продолжает сохранять свои позиции ведущей в мире ветроэнергетики, и это настоящая страна ветроэнергетики.
В настоящее время важным фактором, препятствующим дальнейшему здоровому развитию ветроэнергетики, является то, что ветроэнергетическое оборудование требует более высоких затрат на единицу вырабатываемой энергии, чем традиционные ископаемые виды топлива.Лауреат Нобелевской премии по физике и бывший министр энергетики США Чжу Дивэнь указал на строгость и необходимость обеспечения безопасности эксплуатации крупномасштабного ветроэнергетического оборудования, а высокие затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание являются важными проблемами, которые необходимо решить в этой области [1] .Ветроэнергетическое оборудование в основном используется в отдаленных районах или морских районах, недоступных для людей.С развитием технологий ветроэнергетическое оборудование продолжает развиваться в направлении масштабного развития.Диаметр лопастей ветряных электростанций продолжает увеличиваться, что приводит к увеличению расстояния от земли до гондолы, где установлено важное оборудование.Это привело к большим трудностям в эксплуатации и обслуживании ветроэнергетического оборудования и увеличило стоимость обслуживания установки.Из-за различий между общим техническим состоянием и состоянием ветряных электростанций ветроэнергетического оборудования в развитых западных странах затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание ветроэнергетического оборудования в Китае по-прежнему составляют большую часть доходов.Для наземных ветряных турбин со сроком службы 20 лет стоимость обслуживания. Общий доход ветряных электростанций составляет 10–15%;для морских ветряных электростанций эта доля достигает 20–25 %[2].Высокая стоимость эксплуатации и обслуживания ветроэнергетики в основном определяется режимом эксплуатации и обслуживания ветроэнергетического оборудования.В настоящее время большинство ветряных электростанций используют метод регулярного технического обслуживания.Потенциальные отказы не могут быть обнаружены вовремя, а повторное техническое обслуживание неповрежденного оборудования также увеличит объем эксплуатации и технического обслуживания.Стоимость.Кроме того, невозможно вовремя определить источник неисправности, и его можно исследовать только один за другим с помощью различных средств, что также повлечет за собой огромные затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание.Одним из решений этой проблемы является разработка системы мониторинга состояния конструкции (SHM) для ветряных турбин для предотвращения катастрофических аварий и продления срока службы ветряных турбин, тем самым снижая удельную стоимость выработки энергии ветра.Поэтому для ветроэнергетики крайне необходимо разработать систему СГМ.
1. Текущее состояние системы мониторинга ветроэнергетического оборудования
Существует много типов конструкций ветроэнергетического оборудования, в основном в том числе: асинхронные ветряные турбины с двойным питанием (ветровые турбины с переменной скоростью и переменным шагом), синхронные ветряные турбины с постоянными магнитами с прямым приводом и синхронные ветряные турбины с полупрямым приводом.По сравнению с ветряными турбинами с прямым приводом, асинхронные ветряные турбины с двойным питанием включают в себя оборудование с регулируемой скоростью редуктора.Его базовая структура показана на рисунке 1. На этот тип ветроэнергетического оборудования приходится более 70% рынка.Поэтому в этой статье в основном рассматривается диагностика неисправностей и мониторинг работоспособности этого типа ветроэнергетического оборудования.
Рис. 1 Базовая конструкция ветряной турбины с двойным питанием
Ветроэнергетическое оборудование уже давно работает круглосуточно под сложными знакопеременными нагрузками типа порывов ветра.Суровые условия эксплуатации серьезно повлияли на безопасность эксплуатации и техническое обслуживание ветроэнергетического оборудования.Переменная нагрузка воздействует на лопасти ветряной турбины и передается через подшипники, валы, шестерни, генераторы и другие компоненты трансмиссионной цепи, что делает трансмиссионную цепь чрезвычайно подверженной отказам во время эксплуатации.В настоящее время система мониторинга, широко используемая на ветроэнергетическом оборудовании, представляет собой систему SCADA, которая может контролировать рабочее состояние ветроэнергетического оборудования, такое как ток, напряжение, подключение к сети и другие условия, и имеет такие функции, как сигналы тревоги и отчеты;но система отслеживает состояние. Параметры ограничены, в основном такие сигналы, как ток, напряжение, мощность и т. д., и по-прежнему отсутствуют функции мониторинга вибрации и диагностики неисправностей для ключевых компонентов [3-5].Зарубежные страны, особенно развитые страны Запада, уже давно разработали оборудование для мониторинга состояния и программное обеспечение для анализа специально для ветроэнергетического оборудования.Несмотря на то, что отечественная технология мониторинга вибрации была запущена с опозданием из-за огромного внутреннего спроса на удаленную эксплуатацию и техническое обслуживание отечественной ветроэнергетики, разработка отечественных систем мониторинга также вступила в стадию быстрого развития.Интеллектуальная диагностика неисправностей и раннее оповещение о защите ветроэнергетического оборудования могут снизить стоимость и повысить эффективность эксплуатации и обслуживания ветроэнергетики, и получили признание в отрасли ветроэнергетики.
2. Характеристики основных неисправностей ветроэнергетического оборудования.
Ветроэнергетическое оборудование представляет собой сложную электромеханическую систему, состоящую из роторов (лопастей, ступиц, систем шага и т. д.), подшипников, главных валов, редукторов, генераторов, башен, систем рыскания, датчиков и т. д. Каждый компонент ветродвигателя подвергается воздействию переменные нагрузки во время работы.По мере увеличения срока службы неизбежны различного рода повреждения или отказы.
Рисунок 2 Соотношение стоимости ремонта каждого компонента ветроэнергетического оборудования
Рисунок 3 Коэффициент простоя различных компонентов ветроэнергетического оборудования
Из рис. 2 и рис. 3 [6] видно, что простои, вызванные лопастями, редукторами и генераторами, составили более 87 % от общего незапланированного простоя, а затраты на техническое обслуживание составили более 3 от общих затрат на техническое обслуживание./4.Таким образом, при мониторинге состояния, диагностике неисправностей и управлении исправностью ветряных турбин, лопастей, редукторов и генераторов необходимо уделять внимание трем основным компонентам.Профессиональный комитет по ветроэнергетике Китайского общества возобновляемых источников энергии указал в обзоре качества работы национального ветроэнергетического оборудования в 2012 году [6], что типы отказов лопастей ветряных электростанций в основном включают растрескивание, удары молнии, поломки и т. д., и причины отказа включают дизайн, собственные и внешние факторы на этапах внедрения и обслуживания производства, изготовления и транспортировки.Основной функцией редуктора является стабильное использование энергии тихоходного ветра для выработки электроэнергии и увеличения скорости вращения шпинделя.В процессе эксплуатации ветроустановки редуктор в большей степени подвержен отказам из-за воздействия знакопеременных напряжений и ударных нагрузок [7].Общие неисправности редукторов включают неисправности зубчатых колес и подшипников.Неисправности коробки передач чаще всего возникают из-за подшипников.Подшипники являются ключевым компонентом коробки передач, и их выход из строя часто приводит к катастрофическим повреждениям коробки передач.Отказы подшипников в основном включают усталостное отслаивание, износ, разрушение, склеивание, повреждение сепаратора и т. д. [8], среди которых усталостное отслаивание и износ являются двумя наиболее распространенными формами отказа подшипников качения.К наиболее распространенным отказам зубчатых колес относятся износ, поверхностная усталость, поломка и поломка.Неисправности генераторной системы подразделяются на неисправности двигателя и механические неисправности [9].К механическим отказам в основном относятся отказы ротора и отказы подшипников.Неисправности ротора в основном включают дисбаланс ротора, разрыв ротора и ослабление резиновых втулок.Типы неисправностей двигателя можно разделить на электрические неисправности и механические неисправности.К электрическим неисправностям относятся короткое замыкание катушки ротора/статора, обрыв цепи из-за обрыва стержней ротора, перегрев генератора и т. д.;К механическим неисправностям относятся чрезмерная вибрация генератора, перегрев подшипников, повреждение изоляции, серьезный износ и т. д.
Время публикации: 30 августа 2021 г.
