Wind Power Network News: Resumo: este artigo revisa o estado actual do desenvolvemento do diagnóstico de avarías e da vixilancia da saúde dos tres compoñentes principais da cadea de transmisión do aeroxerador: aspas compostas, caixas de cambios e xeradores, e resume o estado actual da investigación e os principais aspectos deste método de campo.Resúmense as principais características de avarías, as formas de avaría e as dificultades de diagnóstico dos tres principais compoñentes das palas compostas, caixas de cambios e xeradores nos equipos de enerxía eólica, así como os métodos existentes de diagnóstico de avarías e de vixilancia da saúde e, finalmente, as perspectivas para a dirección de desenvolvemento deste campo.
0 Prefacio
Grazas á enorme demanda mundial de enerxía limpa e renovable e ao considerable progreso na tecnoloxía de fabricación de equipos de enerxía eólica, a capacidade instalada global de enerxía eólica segue aumentando de forma constante.Segundo as estatísticas da Asociación Global de Enerxía Eólica (GWEC), a finais de 2018, a capacidade instalada global de enerxía eólica alcanzou os 597 GW, dos cales China converteuse no primeiro país cunha capacidade instalada de máis de 200 GW, chegando aos 216 GW. , representando máis do 36 da capacidade instalada global total.%, segue mantendo a súa posición como líder mundial en enerxía eólica e é un verdadeiro país de enerxía eólica.
Na actualidade, un factor importante que dificulta o continuo desenvolvemento saudable da industria da enerxía eólica é que os equipos de enerxía eólica requiren un custo por unidade de produción de enerxía máis elevado que os combustibles fósiles tradicionais.O gañador do Premio Nobel de Física e ex-secretario de Enerxía dos Estados Unidos, Zhu Diwen, sinalou o rigor e a necesidade da garantía de seguridade operativa dos equipos de enerxía eólica a gran escala, e os altos custos de operación e mantemento son cuestións importantes que deben resolverse neste campo [1] .Os equipos de enerxía eólica utilízanse principalmente en zonas remotas ou en zonas offshore que son inaccesibles para as persoas.Co desenvolvemento da tecnoloxía, os equipos de enerxía eólica seguen a desenvolverse na dirección do desenvolvemento a gran escala.O diámetro das palas eólicas segue aumentando, o que supón un aumento da distancia do chan á góndola onde se instalan importantes equipos.Isto trouxo grandes dificultades para o funcionamento e mantemento dos equipos de enerxía eólica e aumentou o custo de mantemento da unidade.Debido ás diferenzas entre o estado técnico xeral e as condicións do parque eólico dos equipos de enerxía eólica nos países desenvolvidos occidentais, os custos de operación e mantemento dos equipos de enerxía eólica en China seguen representando unha alta proporción dos ingresos.Para as turbinas eólicas terrestres cunha vida útil de 20 anos, o custo de mantemento Os ingresos totais dos parques eólicos representan o 10% ~ 15%;para os parques eólicos mariños, a proporción chega ao 20%~25%[2].O alto custo de operación e mantemento da enerxía eólica está determinado principalmente polo modo de operación e mantemento dos equipos de enerxía eólica.Na actualidade, a maioría dos parques eólicos adoptan o método de mantemento regular.Os posibles fallos non se poden descubrir a tempo e o mantemento repetido de equipos intactos tamén aumentará a operación e o mantemento.custo.Ademais, é imposible determinar a orixe da avaría a tempo e só se pode investigar un por un a través de diversos medios, o que tamén traerá custes de operación e mantemento enormes.Unha solución a este problema é desenvolver un sistema de vixilancia da saúde estrutural (SHM) dos aeroxeradores para evitar accidentes catastróficos e prolongar a vida útil dos aeroxeradores, reducindo así o custo unitario de produción da enerxía eólica.Polo tanto, para a industria da enerxía eólica é imperativo desenvolver o sistema SHM.
1. Estado actual do sistema de vixilancia dos equipamentos eólicos
Hai moitos tipos de estruturas de equipos de enerxía eólica, incluíndo principalmente: turbinas eólicas asíncronas de dobre alimentación (aeroxeradores eólicos de paso variable de velocidade variable), aeroxeradores síncronos de imáns permanentes de accionamento directo e aeroxeradores síncronos de accionamento semi-directo.En comparación cos aeroxeradores de accionamento directo, os aeroxeradores asíncronos de dobre alimentación inclúen equipos de velocidade variable da caixa de cambios.A súa estrutura básica móstrase na Figura 1. Este tipo de equipos de enerxía eólica representan máis do 70% da cota de mercado.Polo tanto, este artigo revisa principalmente o diagnóstico de avarías e a vixilancia da saúde deste tipo de equipos de enerxía eólica.
Figura 1 Estrutura básica do aeroxerador de dobre alimentación
Os equipos de enerxía eólica funcionan durante todo o día baixo cargas alternas complexas como refachos de vento durante moito tempo.O duro ambiente de servizo afectou seriamente á seguridade operativa e ao mantemento dos equipos de enerxía eólica.A carga alterna actúa sobre as palas do aeroxerador e transmítese a través dos rodamentos, eixes, engrenaxes, xeradores e outros compoñentes da cadea de transmisión, facendo que a cadea de transmisión sexa moi propensa a fallar durante o servizo.Na actualidade, o sistema de vixilancia amplamente equipado nos equipos de enerxía eólica é o sistema SCADA, que pode supervisar o estado de funcionamento dos equipos de enerxía eólica, como a corrente, a tensión, a conexión á rede e outras condicións, e ten funcións como alarmas e informes;pero o sistema supervisa o estado Os parámetros son limitados, principalmente sinais como a corrente, a tensión, a potencia, etc., e aínda faltan funcións de monitorización de vibracións e diagnóstico de avarías para os compoñentes clave [3-5].Os países estranxeiros, especialmente os países desenvolvidos occidentais, desenvolveron dende hai tempo equipos de seguimento de condicións e software de análise específicos para equipos de enerxía eólica.Aínda que a tecnoloxía de monitorización de vibracións domésticas comezou tarde, impulsada pola enorme demanda do mercado de mantemento e operación remota de enerxía eólica doméstica, o desenvolvemento de sistemas de monitorización doméstico tamén entrou nunha etapa de rápido desenvolvemento.O diagnóstico intelixente de fallos e a protección de alerta temperá dos equipos de enerxía eólica poden reducir o custo e aumentar a eficiencia da operación e mantemento da enerxía eólica, e gañou un consenso na industria da enerxía eólica.
2. Principais avarías dos equipos eólicos
Os equipos de enerxía eólica son un complexo sistema electromecánico formado por rotores (pasas, cubos, sistemas de paso, etc.), rodamentos, eixes principais, caixas de cambios, xeradores, torres, sistemas de guiñada, sensores, etc. Cada compoñente dun aeroxerador está sometido a cargas alternas durante o servizo.A medida que aumenta o tempo de servizo, varios tipos de danos ou fallos son inevitables.
Figura 2 A relación de custos de reparación de cada compoñente dos equipos de enerxía eólica
Figura 3 A relación de tempo de inactividade de varios compoñentes dos equipos de enerxía eólica
Pódese ver na Figura 2 e na Figura 3 [6] que o tempo de inactividade causado polas láminas, as caixas de cambios e os xeradores representaron máis do 87% do tempo total de inactividade non planificado, e os custos de mantemento representaron máis de 3 dos custos totais de mantemento./4.Polo tanto, na vixilancia do estado, o diagnóstico de avarías e a xestión sanitaria dos aeroxeradores, as palas, as caixas de cambios e os xeradores son os tres principais compoñentes aos que hai que prestar atención.O Comité Profesional de Enerxía Eólica da Sociedade Chinesa de Enerxías Renovables sinalou nunha enquisa de 2012 sobre a calidade de funcionamento dos equipos eólicos nacionais[6] que os tipos de falla das palas de enerxía eólica inclúen principalmente rachaduras, raios, roturas, etc. as causas do fallo inclúen o deseño, os factores propios e externos durante as etapas de introdución e servizo de produción, fabricación e transporte.A función principal da caixa de cambios é utilizar de forma estable a enerxía eólica de baixa velocidade para a xeración de enerxía e aumentar a velocidade do fuso.Durante o funcionamento do aeroxerador, a caixa de cambios é máis susceptible a fallas debido aos efectos da tensión alternada e da carga de impacto [7].Os fallos comúns das caixas de cambios inclúen fallos de engrenaxes e de rodamentos.Os fallos da caixa de cambios orixínanse principalmente dos rodamentos.Os rodamentos son un compoñente clave da caixa de cambios, e a súa falla adoita causar danos catastróficos na caixa de cambios.Os fallos dos rodamentos inclúen principalmente a peladura por fatiga, o desgaste, a fractura, o pegado, o dano nas gaiolas, etc. [8], entre os que a peladura e o desgaste por fatiga son as dúas formas de falla máis comúns dos rodamentos.Os fallos máis comúns dos engrenaxes inclúen o desgaste, a fatiga da superficie, a rotura e a rotura.Os fallos do sistema xerador divídense en fallos de motor e fallos mecánicos [9].Os fallos mecánicos inclúen principalmente fallos de rotor e de rodamentos.Os fallos do rotor inclúen principalmente o desequilibrio do rotor, a rotura do rotor e as mangas de goma soltas.Os tipos de fallos do motor pódense dividir en fallos eléctricos e fallos mecánicos.Os fallos eléctricos inclúen un curtocircuíto da bobina do rotor/estator, un circuíto aberto causado pola rotura das barras do rotor, o sobreenriquecido do xerador, etc.;os fallos mecánicos inclúen vibracións excesivas do xerador, sobrequecemento dos rodamentos, danos no illamento, desgaste grave, etc.
Hora de publicación: 30-ago-2021
