Wind Power Network News: Sažetak: Ovaj rad daje pregled trenutnog statusa razvoja dijagnoze kvarova i praćenja zdravlja tri glavne komponente u pogonskom lancu vjetroturbina — kompozitnih lopatica, mjenjača i generatora, te sumira trenutni status istraživanja i glavne aspekte ove terenske metode.Sumiraju se glavne karakteristike kvarova, oblici kvarova i poteškoće u dijagnostici tri glavne komponente kompozitnih lopatica, mjenjača i generatora u vjetroenergetskoj opremi, postojeća dijagnostika kvarova i metode praćenja zdravlja, te konačno izgledi za smjer razvoja ove oblasti.
0 Predgovor
Zahvaljujući ogromnoj globalnoj potražnji za čistom i obnovljivom energijom i značajnom napretku u tehnologiji proizvodnje opreme za energiju vjetra, globalni instalirani kapacitet energije vjetra nastavlja stalno rasti.Prema statistikama Global Wind Energy Association (GWEC), na kraju 2018. godine, globalni instalirani kapacitet energije vjetra dostigao je 597 GW, od čega je Kina postala prva zemlja s instaliranim kapacitetom od preko 200 GW, dostigavši 216 GW. , što čini više od 36 ukupnog globalnog instaliranog kapaciteta.%, nastavlja da održava svoju poziciju vodeće svjetske vjetroelektrane i prava je zemlja vjetroelektrana.
Trenutno, važan faktor koji ometa nastavak zdravog razvoja vjetroelektrane je to što oprema za energiju vjetra zahtijeva veći trošak po jedinici proizvedene energije nego tradicionalna fosilna goriva.Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku i bivši američki ministar energetike Zhu Diwen ukazao je na strogost i neophodnost garancije sigurnosti rada opreme velikih razmjera vjetroelektrana, a visoki troškovi rada i održavanja su važna pitanja koja treba riješiti u ovoj oblasti [1] .Oprema za energiju vjetra se uglavnom koristi u udaljenim područjima ili priobalnim područjima koja su nedostupna ljudima.S razvojem tehnologije, vjetroelektrana se nastavlja razvijati u smjeru razvoja velikih razmjera.Promjer lopatica vjetroelektrana nastavlja da raste, što rezultira povećanjem udaljenosti od tla do gondole gdje je instalirana važna oprema.Ovo je dovelo do velikih poteškoća u radu i održavanju opreme za energiju vjetra i povećalo troškove održavanja jedinice.Zbog razlika između ukupnog tehničkog statusa i stanja vjetroelektrana za opremu vjetroelektrane u zapadnim razvijenim zemljama, troškovi rada i održavanja vjetroelektrane u Kini i dalje predstavljaju visok udio prihoda.Za vjetroturbine na kopnu sa vijekom trajanja od 20 godina, troškovi održavanja Ukupni prihod vjetroelektrana iznosi 10%~15%;za offshore vjetroelektrane, taj udio je čak 20%~25%[2].Visoki troškovi rada i održavanja vjetroelektrane uglavnom su određeni načinom rada i održavanja vjetroelektrane.Trenutno većina vjetroelektrana usvaja metodu redovnog održavanja.Potencijalni kvarovi se ne mogu otkriti na vrijeme, a ponovljeno održavanje netaknute opreme će također povećati rad i održavanje.trošak.Osim toga, nemoguće je na vrijeme utvrditi izvor kvara, već se može istražiti samo jedan po jedan na različite načine, što će također donijeti velike troškove rada i održavanja.Jedno rješenje za ovaj problem je razvoj sistema za nadzor zdravstvenog stanja strukture (SHM) za vjetroturbine kako bi se spriječile katastrofalne nesreće i produžio vijek trajanja vjetroturbina, čime bi se smanjio jedinični trošak proizvodnje energije vjetra.Stoga je za vjetroelektranu imperativ razvoj SHM sistema.
1. Trenutni status sistema za praćenje opreme za energiju vjetra
Postoje mnoge vrste konstrukcija opreme za energiju vjetra, uglavnom uključujući: asinhrone vjetroturbine s dvostrukim napajanjem (turbine na vjetar s promjenjivom brzinom), sinkrone vjetroturbine s direktnim pogonom i sinhrone vjetroturbine s poludirektnim pogonom.U poređenju sa vetroturbinama sa direktnim pogonom, asinhrone turbine sa dvostrukim napajanjem uključuju opremu sa promenljivom brzinom.Njegova osnovna struktura je prikazana na slici 1. Ova vrsta vjetroelektrane zauzima više od 70% tržišnog udjela.Stoga se ovaj članak uglavnom bavi dijagnostikom kvarova i nadzorom zdravlja ove vrste vjetroelektrane.
Slika 1 Osnovna struktura vjetroturbine s dvostrukim napajanjem
Oprema za energiju vjetra radi 24 sata dnevno pod složenim naizmjeničnim opterećenjima kao što su udari vjetra već duže vrijeme.Otežano radno okruženje ozbiljno je uticalo na sigurnost rada i održavanje opreme za energiju vjetra.Naizmjenično opterećenje djeluje na lopatice vjetroturbine i prenosi se kroz ležajeve, osovine, zupčanike, generatore i druge komponente u lancu prijenosa, čineći prijenosni lanac izuzetno sklonim kvarovima tokom rada.Trenutno, sistem za praćenje koji je široko opremljen na opremi za energiju vjetra je SCADA sistem, koji može pratiti radni status opreme za energiju vjetra kao što su struja, napon, priključak na mrežu i drugi uslovi, i ima funkcije kao što su alarmi i izvještaji;ali sistem prati status. Parametri su ograničeni, uglavnom signali kao što su struja, napon, snaga itd., a još uvijek nedostaje funkcija nadzora vibracija i dijagnostike kvarova za ključne komponente [3-5].Strane zemlje, posebno razvijene zapadne zemlje, dugo su razvile opremu za praćenje stanja i softver za analizu posebno za opremu za energiju vjetra.Iako je domaća tehnologija praćenja vibracija počela kasno, vođena ogromnom potražnjom tržišta za daljinskim upravljanjem i održavanjem vjetroelektrana, razvoj domaćih sistema za praćenje također je ušao u fazu brzog razvoja.Inteligentna dijagnoza kvarova i zaštita od ranog upozorenja vjetroelektrane mogu smanjiti troškove i povećati efikasnost rada i održavanja vjetroelektrane, te je stekla konsenzus u industriji vjetroelektrane.
2. Glavne karakteristike kvara vjetroelektrane
Oprema za energiju vjetra je složen elektromehanički sistem koji se sastoji od rotora (lopatica, glavčine, sistemi nagiba, itd.), ležajeva, glavnih vratila, mjenjača, generatora, tornjeva, sistema skretanja, senzora itd. Svaka komponenta vjetroturbine je podvrgnuta naizmenična opterećenja tokom servisa.Kako se vrijeme servisiranja povećava, različite vrste oštećenja ili kvarova su neizbježne.
Slika 2. Odnos troškova popravke svake komponente opreme za energiju vjetra
Slika 3. Odnos zastoja različitih komponenti opreme za energiju vjetra
Sa slika 2 i 3 [6] može se vidjeti da su zastoji uzrokovani lopaticama, mjenjačima i generatorima činili više od 87% ukupnog neplaniranog zastoja, a troškovi održavanja su činili više od 3 ukupnih troškova održavanja./4.Stoga su u praćenju stanja, dijagnostici kvarova i zdravstvenom upravljanju vjetroturbina, lopatica, mjenjača i generatora tri glavne komponente na koje treba obratiti pažnju.Stručni komitet za energiju vjetra Kineskog društva za obnovljivu energiju istakao je u istraživanju iz 2012. o operativnom kvalitetu nacionalne opreme za energiju vjetra[6] da tipovi kvarova lopatica vjetroelektrane uglavnom uključuju pucanje, udare groma, lomljenje, itd., i uzroci kvara uključuju dizajn, sopstvene i eksterne faktore tokom uvođenja i servisnih faza proizvodnje, proizvodnje i transporta.Glavna funkcija mjenjača je stabilno korištenje energije vjetra male brzine za proizvodnju energije i povećanje brzine vretena.Za vrijeme rada vjetroturbine, mjenjač je podložniji kvarovima zbog djelovanja naizmjeničnog naprezanja i udarnog opterećenja [7].Uobičajeni kvarovi mjenjača uključuju kvarove zupčanika i kvarove na ležajevima.Kvarovi mjenjača uglavnom potiču od ležajeva.Ležajevi su ključna komponenta mjenjača, a njihov kvar često uzrokuje katastrofalna oštećenja mjenjača.Kvarovi ležaja uglavnom uključuju ljuštenje od zamora, habanje, lom, lijepljenje, oštećenje kaveza, itd. [8], među kojima su ljuštenje od zamora i trošenje dva najčešća oblika kvara kotrljajućih ležajeva.Najčešći kvarovi zupčanika uključuju habanje, zamor površine, lom i lom.Greške generatorskog sistema dijele se na kvarove motora i mehaničke greške [9].Mehanički kvarovi uglavnom uključuju kvarove rotora i kvarove ležaja.Kvarovi rotora uglavnom uključuju neravnotežu rotora, pucanje rotora i labave gumene navlake.Vrste kvarova motora mogu se podijeliti na električne i mehaničke kvarove.Električni kvarovi uključuju kratki spoj namotaja rotora/statora, otvoreni krug uzrokovan slomljenim šipkama rotora, pregrijavanje generatora, itd.;mehaničke greške uključuju prekomjerne vibracije generatora, pregrijavanje ležajeva, oštećenje izolacije, ozbiljno habanje itd.
Vrijeme objave: 30.08.2021
