Notícies de la xarxa d'energia eòlica: resum: aquest article revisa l'estat actual del desenvolupament del diagnòstic de fallades i la vigilància de la salut dels tres components principals de la cadena d'accionament de l'aerogenerador: pales compostes, caixes d'engranatges i generadors, i resumeix l'estat actual de la investigació i les principals aspectes d'aquest mètode de camp.Es resumeixen les principals característiques de falla, les formes de falla i les dificultats de diagnòstic dels tres components principals de pales compostes, caixes d'engranatges i generadors en equips d'energia eòlica, i els mètodes de diagnòstic d'avaria i monitorització de la salut existents, i finalment les perspectives per a la direcció de desenvolupament d'aquest camp.
0 Pròleg
Gràcies a l'enorme demanda mundial d'energia neta i renovable i al considerable progrés en la tecnologia de fabricació d'equips d'energia eòlica, la capacitat instal·lada global d'energia eòlica continua augmentant de manera constant.Segons les estadístiques de la Global Wind Energy Association (GWEC), a finals de 2018, la capacitat instal·lada global d'energia eòlica va arribar als 597 GW, dels quals la Xina es va convertir en el primer país amb una capacitat instal·lada de més de 200 GW, arribant als 216 GW. , que representen més del 36 de la capacitat instal·lada global total.%, continua mantenint la seva posició com a líder mundial en energia eòlica, i és un veritable país d'energia eòlica.
Actualment, un factor important que dificulta el desenvolupament continu i saludable de la indústria de l'energia eòlica és que els equips d'energia eòlica requereixen un cost per unitat de producció d'energia més elevat que els combustibles fòssils tradicionals.El guanyador del Premi Nobel de Física i exsecretari d'Energia dels Estats Units Zhu Diwen va assenyalar el rigor i la necessitat d'una garantia de seguretat de funcionament dels equips d'energia eòlica a gran escala, i els alts costos d'operació i manteniment són qüestions importants que cal resoldre en aquest camp [1] .Els equips d'energia eòlica s'utilitzen principalment en zones remotes o zones offshore que són inaccessibles per a les persones.Amb el desenvolupament de la tecnologia, els equips d'energia eòlica segueixen desenvolupant-se en la direcció del desenvolupament a gran escala.El diàmetre de les pales de l'energia eòlica continua augmentant, amb la qual cosa s'incrementa la distància des del terra fins a la góndola on hi ha instal·lats equips importants.Això ha comportat grans dificultats per a l'operació i el manteniment dels equips d'energia eòlica i ha fet augmentar el cost de manteniment de la unitat.A causa de les diferències entre l'estat tècnic general i les condicions del parc eòlic dels equips d'energia eòlica als països desenvolupats occidentals, els costos d'operació i manteniment dels equips d'energia eòlica a la Xina continuen representant una proporció elevada dels ingressos.Per a les turbines eòliques terrestres amb una vida útil de 20 anys, el cost de manteniment Els ingressos totals dels parcs eòlics representen el 10% ~ 15%;per als parcs eòlics marí, la proporció arriba fins al 20% ~ 25%[2].L'elevat cost d'operació i manteniment de l'energia eòlica està determinat principalment pel mode d'operació i manteniment dels equips d'energia eòlica.Actualment, la majoria dels parcs eòlics adopten el mètode de manteniment regular.Els errors potencials no es poden descobrir a temps, i el manteniment repetit d'equips intactes també augmentarà el funcionament i el manteniment.cost.A més, és impossible determinar l'origen de la falla a temps, i només es pot investigar un per un mitjançant una varietat de mitjans, la qual cosa també comportarà grans costos d'operació i manteniment.Una solució a aquest problema és desenvolupar un sistema de monitorització de la salut estructural (SHM) per a les turbines eòliques per prevenir accidents catastròfics i allargar la vida útil dels aerogeneradors, reduint així el cost de producció d'energia unitària de l'energia eòlica.Per tant, per a la indústria eòlica és imprescindible desenvolupar un sistema SHM.
1. Estat actual del sistema de control d'equips d'energia eòlica
Hi ha molts tipus d'estructures d'equips d'energia eòlica, que inclouen principalment: turbines eòliques asíncrones de doble alimentació (aerogeneradors de velocitat variable de pas variable), aerogeneradors síncrons d'imants permanents d'accionament directe i aerogeneradors sincrònics d'accionament semidirecte.En comparació amb les turbines eòliques d'accionament directe, les turbines eòliques asíncrones de doble alimentació inclouen equips de velocitat variable de caixa de canvis.La seva estructura bàsica es mostra a la figura 1. Aquest tipus d'equips d'energia eòlica representa més del 70% de la quota de mercat.Per tant, aquest article revisa principalment el diagnòstic d'avaria i la vigilància de la salut d'aquest tipus d'equips eòlics.
Figura 1 Estructura bàsica d'un aerogenerador de doble alimentació
Els equips d'energia eòlica han estat operant durant tot el dia sota càrregues alternes complexes com les ràfegues de vent durant molt de temps.El dur entorn de servei ha afectat seriosament la seguretat operativa i el manteniment dels equips d'energia eòlica.La càrrega alterna actua sobre les pales de l'aerogenerador i es transmet a través dels coixinets, eixos, engranatges, generadors i altres components de la cadena de transmissió, fent que la cadena de transmissió sigui extremadament propensa a fallar durant el servei.Actualment, el sistema de monitorització àmpliament equipat en equips d'energia eòlica és el sistema SCADA, que pot controlar l'estat de funcionament dels equips d'energia eòlica, com ara el corrent, la tensió, la connexió a la xarxa i altres condicions, i té funcions com ara alarmes i informes;però el sistema supervisa l'estat. Els paràmetres són limitats, principalment senyals com ara el corrent, la tensió, la potència, etc., i encara hi ha una manca de monitorització de vibracions i funcions de diagnòstic d'errors per als components clau [3-5].Els països estrangers, especialment els països desenvolupats occidentals, han desenvolupat durant molt de temps equips de control de condicions i programari d'anàlisi específicament per a equips d'energia eòlica.Tot i que la tecnologia de monitorització de vibracions domèstiques va començar tard, impulsada per l'enorme demanda del mercat de manteniment i operació remota d'energia eòlica domèstica, el desenvolupament de sistemes de monitorització domèstics també ha entrat en una etapa de ràpid desenvolupament.El diagnòstic de fallades intel·ligents i la protecció d'alerta primerenca dels equips d'energia eòlica poden reduir el cost i augmentar l'eficiència de l'operació i el manteniment de l'energia eòlica, i ha aconseguit un consens a la indústria de l'energia eòlica.
2. Principals característiques de falla dels equips d'energia eòlica
Els equips d'energia eòlica són un sistema electromecànic complex format per rotors (aspes, cubs, sistemes de pas, etc.), coixinets, eixos principals, caixes de canvis, generadors, torres, sistemes de guiñada, sensors, etc. Cada component d'un aerogenerador està sotmès a càrregues alternades durant el servei.A mesura que augmenta el temps de servei, són inevitables diversos tipus de danys o avaries.
Figura 2 Relació de costos de reparació de cada component d'equips d'energia eòlica
Figura 3 La relació de temps d'inactivitat de diversos components d'equips d'energia eòlica
Es pot veure a la figura 2 i a la figura 3 [6] que el temps d'inactivitat causat per fulles, caixes d'engranatges i generadors va representar més del 87% del temps d'inactivitat no planificat global, i els costos de manteniment van representar més de 3 dels costos totals de manteniment./4.Per tant, en el seguiment de l'estat, el diagnòstic d'avaries i la gestió de la salut dels aerogeneradors, les pales, les caixes de canvis i els generadors són els tres components principals als quals cal prestar atenció.El Comitè Professional d'Energia Eòlica de la Societat Xinesa d'Energia Renovable va assenyalar en una enquesta de 2012 sobre la qualitat de funcionament dels equips nacionals d'energia eòlica[6] que els tipus de fallades de les pales d'energia eòlica inclouen principalment esquerdes, llamps, trencaments, etc., i les causes del fracàs inclouen el disseny, el propi i els factors externs durant les etapes d'introducció i servei de la producció, la fabricació i el transport.La funció principal de la caixa de canvis és utilitzar de manera estable l'energia eòlica de baixa velocitat per a la generació d'energia i augmentar la velocitat de l'eix.Durant el funcionament de l'aerogenerador, la caixa de canvis és més susceptible a fallar a causa dels efectes de l'estrès alternatiu i la càrrega d'impacte [7].Els errors comuns de les caixes de canvis inclouen els errors dels engranatges i dels coixinets.Els errors de la caixa de canvis provenen principalment dels coixinets.Els coixinets són un component clau de la caixa de canvis i la seva fallada sovint causa danys catastròfics a la caixa de canvis.Les fallades dels coixinets inclouen principalment peladura per fatiga, desgast, fractura, encolat, danys a la gàbia, etc. [8], entre les quals la peladura per fatiga i el desgast són les dues formes de fallada més comunes dels coixinets de rodament.Els errors més comuns dels engranatges inclouen el desgast, la fatiga de la superfície, el trencament i el trencament.Les avaries del sistema del generador es divideixen en fallades del motor i fallades mecàniques [9].Les fallades mecàniques inclouen principalment fallades del rotor i fallades dels coixinets.Els errors del rotor inclouen principalment el desequilibri del rotor, la ruptura del rotor i les mànigues de goma soltes.Els tipus de fallades del motor es poden dividir en fallades elèctriques i fallades mecàniques.Les avaries elèctriques inclouen curtcircuit de la bobina del rotor/estator, circuit obert causat per barres del rotor trencades, sobreescalfament del generador, etc.;Els errors mecànics inclouen una vibració excessiva del generador, sobreescalfament dels coixinets, danys a l'aïllament, desgast greu, etc.
Hora de publicació: 30-agost-2021
