Wind Power Network News: Sažetak: Ovaj rad daje pregled trenutnog statusa razvoja dijagnoze kvarova i nadzora zdravlja triju glavnih komponenti u pogonskom lancu vjetroturbine — kompozitnih lopatica, mjenjača i generatora, te sažima trenutni status istraživanja i glavne aspekte ove terenske metode.Sažete su glavne karakteristike kvarova, oblici kvarova i poteškoće u dijagnostici triju glavnih komponenti kompozitnih lopatica, mjenjača i generatora u vjetroelektranskoj opremi, te postojeće dijagnostičke metode i metode praćenja stanja te konačno izgledi za smjer razvoja ovog područja.
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), do kraja 2018. globalni instalirani kapacitet vjetroelektrana dosegao je 597 GW, od čega je Kina postala prva zemlja s instaliranim kapacitetom od preko 200 GW, dosegnuvši 216 GW , što čini više od 36 ukupnog globalnog instaliranog kapaciteta.%, nastavlja zadržati svoju poziciju vodeće svjetske vjetroelektrane i prava je zemlja vjetroelektrana.
Trenutačno, važan čimbenik koji ometa nastavak zdravog razvoja vjetroelektrane je taj što oprema za energiju vjetra zahtijeva veći trošak po jedinici proizvedene energije od tradicionalnih fosilnih goriva.Dobitnik Nobelove nagrade za fiziku i bivši američki ministar energetike Zhu Diwen istaknuo je strogost i nužnost jamstva sigurnosti rada opreme za vjetroelektrane velikih razmjera, a visoki troškovi rada i održavanja važna su pitanja koja treba riješiti u ovom području [1] .Oprema za energiju vjetra uglavnom se koristi u udaljenim područjima ili pučinskim područjima koja su nedostupna ljudima.Razvojem tehnologije vjetroelektrana se nastavlja razvijati u smjeru razvoja velikih razmjera.Promjer lopatica vjetroelektrana nastavlja se povećavati, što rezultira povećanjem udaljenosti od tla do gondole gdje je ugrađena važna oprema.To je donijelo velike poteškoće u radu i održavanju vjetroelektrane i povećalo troškove održavanja jedinice.Zbog razlika između cjelokupnog tehničkog statusa i uvjeta 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 s vijekom trajanja od 20 godina, troškovi održavanja Ukupni prihod vjetroelektrana iznosi 10%~15%;za vjetroelektrane na moru, udio je čak 20%~25%[2].Visoki troškovi rada i održavanja vjetroelektrane uglavnom su određeni načinom rada i održavanja vjetroelektrane.Trenutno većina vjetroelektrana prihvaća metodu redovitog održavanja.Potencijalni kvarovi ne mogu se otkriti na vrijeme, a opetovano održavanje netaknute opreme također će povećati rad i održavanje.trošak.Osim toga, nemoguće je na vrijeme utvrditi izvor kvara, a može se istražiti samo jedan po jedan na različite načine, što će također donijeti velike troškove rada i održavanja.Jedno rješenje za ovaj problem je razvoj sustava za praćenje stanja strukture (SHM) za vjetroturbine kako bi se spriječile katastrofalne nesreće i produžio vijek trajanja vjetroturbina, čime se smanjuje jedinični trošak izlazne energije vjetroelektrane.Stoga je za vjetroelektranu imperativ razviti SHM sustav.
1. Trenutačno stanje sustava za praćenje vjetroelektrane
Postoje mnoge vrste konstrukcija opreme za energiju vjetra, uglavnom uključujući: asinkrone vjetroturbine s dvostrukim napajanjem (turbine na vjetar s promjenjivim nagibom), sinkrone vjetroturbine s stalnim magnetom s izravnim pogonom i sinkrone vjetroturbine s poluizravnim pogonom.U usporedbi s vjetroturbinama s izravnim pogonom, asinkrone vjetroturbine s dvostrukim napajanjem uključuju opremu s promjenjivom brzinom mjenjača.Njegova osnovna struktura prikazana je 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
Vjetroenergetska oprema već dulje vrijeme radi non-stop pod složenim izmjeničnim opterećenjima kao što su udari vjetra.Otežano radno okruženje ozbiljno je utjecalo na sigurnost rada i održavanje opreme za energiju vjetra.Izmjenično opterećenje djeluje na lopatice vjetroturbine i prenosi se kroz ležajeve, osovine, zupčanike, generatore i druge komponente u lancu prijenosa, što lanac prijenosa čini iznimno sklonim kvarovima tijekom rada.Trenutno, sustav nadzora koji je široko opremljen na opremi za energiju vjetra je SCADA sustav, koji može pratiti radni status opreme za energiju vjetra kao što su struja, napon, priključak na mrežu i drugi uvjeti, te ima funkcije kao što su alarmi i izvješća;ali sustav 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, potaknuta velikom potražnjom tržišta za daljinskim upravljanjem i održavanjem vjetroelektrana, razvoj domaćih sustava za praćenje također je ušao u fazu brzog razvoja.Inteligentna dijagnoza kvarova i zaštita od ranog upozorenja vjetroelektrane mogu smanjiti troškove i povećati učinkovitost rada i održavanja vjetroelektrane, te je stekla konsenzus u industriji vjetroelektrane.
2. Glavne karakteristike kvara vjetroelektrane
Oprema za energiju vjetra je složen elektromehanički sustav koji se sastoji od rotora (lopatica, glavčine, sustavi nagiba, itd.), ležajeva, glavnih osovina, mjenjača, generatora, tornjeva, sustava skretanja, senzora itd. Svaka komponenta vjetroturbine je podvrgnuta naizmjenična opterećenja tijekom servisa.Kako se vrijeme servisiranja povećava, različite vrste oštećenja ili kvarova su neizbježne.
Slika 2. Omjer troškova popravka svake komponente vjetroelektrane
Slika 3. Omjer zastoja različitih komponenti opreme za energiju vjetra
Na slici 2 i slici 3 [6] može se vidjeti da su zastoji uzrokovani noževima, 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 pozornost.Stručni odbor za energiju vjetra Kineskog društva za obnovljivu energiju istaknuo je u istraživanju iz 2012. o kvaliteti rada nacionalne opreme za energiju vjetra[6] da tipovi kvarova lopatica vjetroelektrane uglavnom uključuju pucanje, udare munje, lomljenje itd., i uzroci kvara uključuju dizajn, vlastite i vanjske čimbenike tijekom 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.Tijekom rada vjetroturbine, mjenjač je podložniji kvarovima zbog učinaka izmjeničnog naprezanja i udarnog opterećenja [7].Uobičajeni kvarovi mjenjača uključuju kvarove zupčanika i kvarove ležaja.Greške mjenjača uglavnom potječu od ležajeva.Ležajevi su ključna komponenta mjenjača, a njihov kvar često uzrokuje katastrofalna oštećenja mjenjača.Kvarovi ležaja uglavnom uključuju ljuštenje od zamora, trošenje, lom, lijepljenje, oštećenje kaveza, itd. [8], među kojima su ljuštenje od zamora i trošenje dva najčešća oblika kvara kotrljajućih ležajeva.Najčešći kvarovi zupčanika uključuju trošenje, zamor površine, lom i lom.Greške generatorskog sustava dijele se na kvarove motora i mehaničke greške [9].Mehanički kvarovi uglavnom uključuju kvarove rotora i kvarove ležaja.Kvarovi rotora uglavnom uključuju neravnotežu rotora, puknuće rotora i labave gumene navlake.Vrste kvarova motora mogu se podijeliti na električne i mehaničke kvarove.Električni kvarovi uključuju kratki spoj svitka rotora/statora, otvoreni krug uzrokovan slomljenim šipkama rotora, pregrijavanje generatora itd.;mehaničke greške uključuju prekomjerne vibracije generatora, pregrijavanje ležaja, oštećenje izolacije, ozbiljno trošenje itd.
Vrijeme objave: 30. kolovoza 2021
