Wind Power Network News: Povzetek: Ta članek pregleduje trenutno stanje razvoja diagnostike napak in spremljanja zdravja treh glavnih komponent v pogonski verigi vetrne turbine – sestavljenih lopatic, menjalnikov in generatorjev ter povzema trenutno stanje raziskav in glavne vidike te terenske metode.Povzete so glavne značilnosti okvar, oblike napak in diagnostične težave treh glavnih komponent kompozitnih lopatic, menjalnikov in generatorjev v vetrni opremi, ter obstoječe diagnostične metode in metode spremljanja stanja ter končno obeti za smer razvoja tega področja.
0 Predgovor
Zahvaljujoč velikemu svetovnemu povpraševanju po čisti in obnovljivi energiji ter znatnemu napredku v tehnologiji izdelave opreme za vetrno energijo globalna instalirana zmogljivost vetrne energije še naprej vztrajno narašča.Po statističnih podatkih Globalnega združenja za energijo vetra (GWEC) je do konca leta 2018 svetovna instalirana zmogljivost vetrne energije dosegla 597 GW, od tega je Kitajska postala prva država z instalirano zmogljivostjo več kot 200 GW, ki je dosegla 216 GW , kar predstavlja več kot 36 celotne svetovne instalirane zmogljivosti.%, še naprej ohranja svoj položaj vodilne svetovne vetrne elektrarne in je prava vetrna elektrarna.
Trenutno je pomemben dejavnik, ki ovira nadaljnji zdrav razvoj industrije vetrne energije, ta, da oprema za vetrno energijo zahteva višje stroške na enoto proizvedene energije kot tradicionalna fosilna goriva.Nobelov nagrajenec za fiziko in nekdanji ameriški minister za energetiko Zhu Diwen je poudaril strogost in nujnost zagotavljanja varnosti delovanja obsežne vetrne elektrarne, visoki stroški delovanja in vzdrževanja pa so pomembna vprašanja, ki jih je treba rešiti na tem področju [1] .Oprema za energijo vetra se večinoma uporablja na oddaljenih območjih ali območjih na morju, ki so ljudem nedostopna.Z razvojem tehnologije se vetrna elektrarna še naprej razvija v smeri obsežnega razvoja.Premer vetrnih lopatic se še naprej povečuje, kar ima za posledico povečanje razdalje od tal do gondole, kjer je nameščena pomembna oprema.To je povzročilo velike težave pri delovanju in vzdrževanju vetrne elektrarne ter dvignilo stroške vzdrževanja enote.Zaradi razlik med splošnim tehničnim stanjem in pogoji vetrnih elektrarn opreme vetrne elektrarne v zahodnih razvitih državah, stroški delovanja in vzdrževanja vetrne elektrarne na Kitajskem še naprej predstavljajo visok delež prihodkov.Za vetrne turbine na kopnem z življenjsko dobo 20 let so stroški vzdrževanja. Skupni prihodek vetrnih elektrarn znaša 10%~15%;za vetrne elektrarne na morju je ta delež kar 20 %~25 %[2].Visoke stroške obratovanja in vzdrževanja vetrne energije določa predvsem način delovanja in vzdrževanja vetrne elektrarne.Trenutno večina vetrnih elektrarn uporablja metodo rednega vzdrževanja.Morebitnih okvar ni mogoče pravočasno odkriti, večkratno vzdrževanje nedotaknjene opreme pa bo povečalo tudi delovanje in vzdrževanje.strošek.Poleg tega je nemogoče pravočasno ugotoviti vir napake, raziskati pa jih je mogoče le enega za drugim z različnimi sredstvi, kar bo prineslo tudi velike stroške obratovanja in vzdrževanja.Ena od rešitev tega problema je razvoj sistema za spremljanje stanja strukture (SHM) za vetrne turbine, da bi preprečili katastrofalne nesreče in podaljšali življenjsko dobo vetrnih turbin, s čimer bi se zmanjšali stroški enote proizvodnje energije vetra.Zato je za industrijo vetrne energije nujen razvoj sistema SHM.
1. Trenutno stanje sistema za spremljanje opreme za vetrno energijo
Obstaja veliko vrst struktur opreme za vetrno elektrarno, predvsem med drugim: asinhrone vetrne turbine z dvojnim napajanjem (vetrne turbine s spremenljivo hitrostjo s spremenljivim korakom), sinhrone vetrne turbine s stalnim magnetom z neposrednim pogonom in sinhrone vetrne turbine s poldirektnim pogonom.V primerjavi z vetrnimi turbinami z direktnim pogonom, dvonapajalne asinhrone vetrne turbine vključujejo opremo s spremenljivo hitrostjo menjalnika.Njegova osnovna struktura je prikazana na sliki 1. Ta vrsta vetrne elektrarne predstavlja več kot 70 % tržnega deleža.Zato ta članek obravnava predvsem diagnozo napak in spremljanje zdravja te vrste vetrne elektrarne.
Slika 1 Osnovna struktura vetrne turbine z dvojnim napajanjem
Oprema za vetrno energijo že dolgo deluje 24 ur na dan pod kompleksnimi izmeničnimi obremenitvami, kot so sunki vetra.Težko delovno okolje je resno vplivalo na varnost delovanja in vzdrževanje vetrne elektrarne.Izmenična obremenitev deluje na lopatice vetrne turbine in se prenaša skozi ležaje, gredi, zobnike, generatorje in druge komponente v prenosni verigi, zaradi česar je prenosna veriga izredno nagnjena k okvaram med servisiranjem.Trenutno je sistem za spremljanje, ki je široko opremljen na opremi za vetrno energijo, sistem SCADA, ki lahko spremlja stanje delovanja vetrne elektrarne, kot so tok, napetost, omrežna povezava in drugi pogoji, in ima funkcije, kot so alarmi in poročila;vendar sistem spremlja stanje. Parametri so omejeni, predvsem signali, kot so tok, napetost, moč itd., še vedno pa primanjkuje funkcij za spremljanje vibracij in diagnosticiranja napak za ključne komponente [3-5].Tuje države, zlasti zahodne razvite države, so že dolgo razvile opremo za spremljanje stanja in programsko opremo za analizo posebej za opremo za vetrno energijo.Čeprav se je tehnologija domačega spremljanja vibracij začela pozno, zaradi velikega povpraševanja na trgu na daljavo in vzdrževanja domače vetrne energije, je tudi razvoj domačih sistemov za spremljanje vstopil v fazo hitrega razvoja.Inteligentna diagnoza napak in zaščita zgodnjega opozarjanja vetrne elektrarne lahko zmanjšata stroške in povečata učinkovitost delovanja in vzdrževanja vetrne energije ter je pridobila soglasje v industriji vetrne energije.
2. Glavne značilnosti okvar vetrne elektrarne
Vetrna elektrarna je kompleksen elektromehanski sistem, ki ga sestavljajo rotorji (lopatice, pesta, nagibni sistemi itd.), ležaji, glavne gredi, menjalniki, generatorji, stolpi, sistemi za odmikanje, senzorji itd. Vsak sestavni del vetrne turbine je izpostavljen izmenične obremenitve med servisiranjem.Ko se servisni čas podaljšuje, so različne vrste poškodb ali okvar neizogibne.
Slika 2 Razmerje med stroški popravila vsake komponente vetrne elektrarne
Slika 3 Razmerje med izpadi različnih komponent vetrne elektrarne
Iz slike 2 in 3 [6] je razvidno, da so izpadi, ki jih povzročajo rezila, menjalniki in generatorji, predstavljali več kot 87 % skupnih nenačrtovanih izpadov, stroški vzdrževanja pa več kot 3 celotne stroške vzdrževanja./4.Zato so pri spremljanju stanja, diagnosticiranju napak in upravljanju zdravja vetrnih turbin, lopatic, menjalnikov in generatorjev tri glavne komponente, na katere je treba posvetiti pozornost.Strokovni odbor za vetrno energijo kitajskega združenja za obnovljivo energijo je v raziskavi o kakovosti delovanja nacionalne opreme za vetrno energijo iz leta 2012 poudaril, da vrste okvar vetrnih lopatic vključujejo predvsem razpoke, udare strele, lomljenje itd., in vzroki okvare vključujejo načrtovanje, lastne in zunanje dejavnike med uvedbo in servisnimi fazami proizvodnje, proizvodnje in transporta.Glavna funkcija menjalnika je stabilna uporaba vetrne energije nizke hitrosti za proizvodnjo električne energije in povečanje hitrosti vretena.Med delovanjem vetrne turbine je menjalnik bolj dovzeten za okvare zaradi učinkov izmenične napetosti in udarne obremenitve [7].Pogoste napake menjalnikov vključujejo okvare prestav in ležajev.Napake menjalnika večinoma izvirajo iz ležajev.Ležaji so ključni sestavni del menjalnika in njihova okvara pogosto povzroči katastrofalne poškodbe menjalnika.Okvare ležajev vključujejo predvsem utrujenostno luščenje, obrabo, lom, lepljenje, poškodbe kletke itd. [8], med katerimi sta utrujenost in obraba dve najpogostejši obliki okvar kotalnih ležajev.Najpogostejše okvare prestav vključujejo obrabo, utrujenost površine, zlom in zlom.Napake generatorskega sistema delimo na napake motorja in mehanske napake [9].Mehanske okvare vključujejo predvsem okvare rotorja in okvare ležajev.Okvare rotorja v glavnem vključujejo neravnovesje rotorja, pretrganje rotorja in ohlapne gumijaste rokave.Vrste okvar motorja lahko razdelimo na električne in mehanske napake.Električne napake vključujejo kratek stik tuljave rotorja/statorja, odprt tokokrog, ki ga povzročajo polomljene rotorske palice, pregrevanje generatorja itd.;mehanske napake vključujejo prekomerne vibracije generatorja, pregrevanje ležajev, poškodbe izolacije, resno obrabo itd.
Čas objave: 30. avgust 2021
