Wind Power Network News: Abstrakt: Dette papir gennemgår den aktuelle status for udviklingen af fejldiagnose og sundhedsovervågning af de tre hovedkomponenter i vindmøllens drivkæde - sammensatte vinger, gearkasser og generatorer, og opsummerer den aktuelle forskningsstatus og vigtigste aspekter af denne feltmetode.De vigtigste fejlkarakteristika, fejlformer og diagnosevanskeligheder for de tre hovedkomponenter af kompositvinger, gearkasser og generatorer i vindkraftudstyr er opsummeret, og de eksisterende fejldiagnose- og sundhedsovervågningsmetoder og endelig udsigter for udviklingsretningen for dette felt.
0 Forord
Takket være den enorme globale efterspørgsel efter ren og vedvarende energi og de betydelige fremskridt inden for teknologi til fremstilling af vindkraftudstyr, fortsætter den globale installerede kapacitet for vindkraft med at stige støt.Ifølge statistikker fra Global Wind Energy Association (GWEC) nåede den globale installerede kapacitet for vindkraft i slutningen af 2018 597 GW, hvoraf Kina blev det første land med en installeret kapacitet på over 200 GW og nåede 216 GW , der tegner sig for mere end 36 af den samlede globale installerede kapacitet.%, fastholder det fortsat sin position som verdens førende vindkraft, og det er et sandt vindkraftland.
På nuværende tidspunkt er en vigtig faktor, der hindrer den fortsatte sunde udvikling af vindkraftindustrien, at vindkraftudstyr kræver en højere pris pr. energienhed end traditionelle fossile brændstoffer.Nobelprisvinder i fysik og tidligere amerikansk energiminister Zhu Diwen påpegede strengheden og nødvendigheden af storstilet vindkraftudstyrs driftssikkerhedsgaranti, og høje drifts- og vedligeholdelsesomkostninger er vigtige spørgsmål, der skal løses på dette område [1] .Vindkraftudstyr bruges mest i fjerntliggende områder eller offshore-områder, der er utilgængelige for mennesker.Med udviklingen af teknologi fortsætter vindkraftudstyr med at udvikle sig i retning af storstilet udvikling.Diameteren af vindkraftvinger fortsætter med at stige, hvilket resulterer i en forøgelse af afstanden fra jorden til nacellen, hvor vigtigt udstyr er installeret.Dette har medført store vanskeligheder for drift og vedligeholdelse af vindkraftudstyr og presset enhedens vedligeholdelsesomkostninger op.På grund af forskellene mellem den overordnede tekniske status og vindmølleparkforhold for vindkraftudstyr i vestlige udviklede lande, tegner drift- og vedligeholdelsesomkostningerne for vindkraftudstyr i Kina sig fortsat for en høj andel af omsætningen.For landvindmøller med en levetid på 20 år udgør vedligeholdelsesomkostningerne. Den samlede indtægt for vindmølleparker udgør 10%~15%;for havvindmølleparker er andelen så høj som 20%~25%[2].De høje drifts- og vedligeholdelsesomkostninger for vindkraft bestemmes hovedsageligt af vindkraftudstyrets drifts- og vedligeholdelsestilstand.På nuværende tidspunkt anvender de fleste vindmølleparker metoden med regelmæssig vedligeholdelse.Potentielle fejl kan ikke opdages i tide, og gentagen vedligeholdelse af intakt udstyr vil også øge drift og vedligeholdelse.koste.Derudover er det umuligt at fastslå fejlkilden i tide, og det kan kun undersøges én efter én på forskellige måder, hvilket også vil medføre enorme drifts- og vedligeholdelsesomkostninger.En løsning på dette problem er at udvikle et strukturelt sundhedsovervågningssystem (SHM) til vindmøller for at forhindre katastrofale ulykker og forlænge levetiden for vindmøller og derved reducere enhedsenergiproduktionsomkostningerne for vindkraft.Derfor er det for vindkraftindustrien bydende nødvendigt at udvikle SHM-systemet.
1. Aktuel status for overvågningssystem for vindkraftudstyr
Der er mange typer af vindkraftudstyrsstrukturer, hovedsageligt inklusiv: asynkrone vindmøller med dobbelt tilførsel (vindmøller med variabel stigning med variabel stigning), direkte drevne permanentmagnet synkrone vindmøller og semi-direkte drevne synkrone vindmøller.Sammenlignet med direkte drevne vindmøller inkluderer dobbeltfødede asynkrone vindmøller gearkasseudstyr med variabel hastighed.Dens grundlæggende struktur er vist i figur 1. Denne type vindkraftudstyr tegner sig for mere end 70 % af markedsandelen.Derfor gennemgår denne artikel hovedsageligt fejldiagnostik og sundhedsovervågning af denne type vindkraftudstyr.
Figur 1 Grundlæggende opbygning af dobbelttilført vindmølle
Vindkraftudstyr har i lang tid fungeret døgnet rundt under komplekse vekslende belastninger såsom vindstød.Det barske servicemiljø har alvorligt påvirket driftssikkerheden og vedligeholdelsen af vindkraftudstyr.Den vekslende belastning virker på vindmøllevingerne og overføres gennem lejer, aksler, gear, generatorer og andre komponenter i transmissionskæden, hvilket gør transmissionskæden ekstremt udsat for fejl under service.På nuværende tidspunkt er overvågningssystemet bredt udstyret på vindkraftudstyr SCADA-systemet, som kan overvåge driftsstatus for vindkraftudstyr såsom strøm, spænding, netforbindelse og andre forhold, og har funktioner som alarmer og rapporter;men systemet overvåger status. Parametrene er begrænsede, primært signaler som strøm, spænding, effekt osv., og der mangler stadig vibrationsovervågning og fejldiagnosefunktioner for nøglekomponenter [3-5].Udenlandske lande, især vestlige udviklede lande, har længe udviklet tilstandsovervågningsudstyr og analysesoftware specifikt til vindkraftudstyr.Selvom den indenlandske vibrationsovervågningsteknologi startede sent, drevet af den enorme efterspørgsel på markedet for fjernbetjening og vedligeholdelse af vindkraft, er udviklingen af indenlandske overvågningssystemer også gået ind i et stadium med hurtig udvikling.Den intelligente fejldiagnose og tidlig advarselsbeskyttelse af vindkraftudstyr kan reducere omkostningerne og øge effektiviteten af vindkraftdrift og -vedligeholdelse og har opnået konsensus i vindkraftindustrien.
2. Hovedfejlskarakteristika for vindkraftudstyr
Vindkraftudstyr er et komplekst elektromekanisk system bestående af rotorer (vinger, nav, pitch-systemer osv.), lejer, hovedaksler, gearkasser, generatorer, tårne, krøjesystemer, sensorer osv. Hver komponent i en vindmølle udsættes for skiftende belastninger under service.Efterhånden som servicetiden øges, er forskellige typer skader eller fejl uundgåelige.
Figur 2 Reparationsomkostningsforholdet for hver komponent i vindkraftudstyr
Figur 3 Nedetidsforholdet for forskellige komponenter i vindkraftudstyr
Det kan ses af figur 2 og figur 3 [6], at nedetiden forårsaget af vinger, gearkasser og generatorer udgjorde mere end 87 % af den samlede uplanlagte nedetid, og vedligeholdelsesomkostninger udgjorde mere end 3 af de samlede vedligeholdelsesomkostninger./4.Derfor er i tilstandsovervågningen, fejldiagnosticering og sundhedsstyring af vindmøller, vinger, gearkasser og generatorer de tre hovedkomponenter, der skal lægges vægt på.Wind Energy Professional Committee of the Chinese Renewable Energy Society påpegede i en undersøgelse fra 2012 om driftskvaliteten af nationalt vindkraftudstyr[6], at fejltyperne af vindkraftvinger hovedsageligt omfatter revner, lynnedslag, brud osv., og årsagerne til fejl omfatter design, selv- og eksterne faktorer under introduktionen og servicefasen af produktion, fremstilling og transport.Gearkassens hovedfunktion er stabilt at bruge lavhastighedsvindenergi til elproduktion og øge spindelhastigheden.Under driften af vindmøllen er gearkassen mere modtagelig for fejl på grund af virkningerne af vekslende stress og stødbelastning [7].Almindelige fejl ved gearkasser omfatter gearfejl og lejefejl.Gearkassefejl stammer for det meste fra lejer.Lejer er en nøglekomponent i gearkassen, og deres fejl forårsager ofte katastrofale skader på gearkassen.Lejefejl omfatter hovedsageligt træthedsafskalning, slid, brud, limning, burskader osv. [8], blandt hvilke træthedsafskalning og slid er de to mest almindelige svigtformer for rullelejer.De mest almindelige gearfejl omfatter slid, overfladetræthed, brud og brud.Fejlene i generatorsystemet er opdelt i motorfejl og mekaniske fejl [9].Mekaniske fejl omfatter hovedsageligt rotorsvigt og lejefejl.Rotorfejl omfatter hovedsageligt rotorubalance, rotorbrud og løse gummimanchetter.Typerne af motorfejl kan opdeles i elektriske fejl og mekaniske fejl.Elektriske fejl omfatter kortslutning af rotor/stator-spolen, åbent kredsløb forårsaget af knækkede rotorstænger, overophedning af generatoren osv.;mekaniske fejl omfatter overdreven generatorvibration, overophedning af lejer, isoleringsskader, alvorligt slid osv.
Indlægstid: 30. august 2021
