Vēja enerģijas tīkla ziņas: Kopsavilkums: Šajā rakstā ir aplūkots pašreizējais stāvoklis defektu diagnostikas un veselības uzraudzības attīstībai trim galvenajām vēja turbīnu piedziņas ķēdes sastāvdaļām — kompozītmateriālu lāpstiņām, pārnesumkārbām un ģeneratoriem, kā arī apkopots pašreizējais izpētes statuss un galvenās. šīs lauka metodes aspekti.Tiek apkopoti vēja enerģijas iekārtu trīs galveno kompozītmateriālu lāpstiņu, pārnesumkārbu un ģeneratoru bojājumu galvenie raksturlielumi, bojājumu formas un diagnostikas grūtības, esošās defektu diagnostikas un veselības uzraudzības metodes un visbeidzot šīs jomas attīstības virziena perspektīvas.
0 Priekšvārds
Pateicoties milzīgajam globālajam pieprasījumam pēc tīras un atjaunojamās enerģijas un ievērojamajam progresam vēja enerģijas iekārtu ražošanas tehnoloģijā, vēja enerģijas uzstādītā jauda pasaulē turpina nepārtraukti pieaugt.Saskaņā ar Globālās vēja enerģijas asociācijas (GWEC) statistiku 2018. gada beigās vēja enerģijas pasaulē uzstādītā jauda sasniedza 597 GW, no kuriem Ķīna kļuva par pirmo valsti ar uzstādīto jaudu virs 200 GW, sasniedzot 216 GW. , kas veido vairāk nekā 36 no kopējās pasaules uzstādītās jaudas.%, tā turpina saglabāt savas pozīcijas kā pasaulē vadošā vēja enerģija, un tā ir īsta vēja enerģijas valsts.
Pašlaik būtisks faktors, kas kavē vēja enerģijas nozares nepārtrauktu veselīgu attīstību, ir tas, ka vēja enerģijas iekārtām ir nepieciešamas augstākas izmaksas par vienu enerģijas vienību nekā tradicionālajiem fosilā kurināmā veidiem.Nobela prēmijas laureāts fizikā un bijušais ASV enerģētikas ministrs Džu Divens norādīja uz liela mēroga vēja enerģijas iekārtu darbības drošības garantijas stingrību un nepieciešamību, kā arī augstās ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas ir svarīgi jautājumi, kas jāatrisina šajā jomā [1] .Vēja enerģijas iekārtas pārsvarā tiek izmantotas attālos vai cilvēkiem nepieejamās piekrastes zonās.Attīstoties tehnoloģijām, vēja enerģijas iekārtas turpina attīstīties liela mēroga attīstības virzienā.Vēja enerģijas lāpstiņu diametrs turpina palielināties, kā rezultātā palielinās attālums no zemes līdz gondolai, kurā tiek uzstādīts svarīgs aprīkojums.Tas ir radījis lielas grūtības vēja enerģijas iekārtu ekspluatācijā un apkopē un palielinājis iekārtas uzturēšanas izmaksas.Tā kā Rietumu attīstītajās valstīs vēja enerģijas iekārtu kopējais tehniskais stāvoklis un vēja parku apstākļi atšķiras, vēja enerģijas iekārtu ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas Ķīnā joprojām veido lielu ieņēmumu daļu.Sauszemes vēja turbīnām, kuru kalpošanas laiks ir 20 gadi, uzturēšanas izmaksas Vēja parku kopējie ienākumi sastāda 10%~15%;jūras vēja parkiem šis īpatsvars ir pat 20–25 %[2].Vēja enerģijas augstās ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas galvenokārt nosaka vēja enerģijas iekārtu darbības un apkopes režīms.Pašlaik lielākā daļa vēja parku izmanto regulāras apkopes metodi.Iespējamās atteices nav iespējams atklāt laikus, un arī atkārtota neskartu iekārtu apkope palielinās ekspluatāciju un apkopi.izmaksas.Turklāt nav iespējams savlaicīgi noteikt bojājuma avotu, un to var izmeklēt tikai pa vienam, izmantojot dažādus līdzekļus, kas arī radīs milzīgas ekspluatācijas un uzturēšanas izmaksas.Viens no šīs problēmas risinājumiem ir izstrādāt vēja turbīnu strukturālās veselības uzraudzības (SHM) sistēmu, lai novērstu katastrofālas avārijas un pagarinātu vēja turbīnu kalpošanas laiku, tādējādi samazinot vēja enerģijas vienības enerģijas izmaksas.Tāpēc vēja enerģijas nozarei ir obligāti jāizstrādā SHM sistēma.
1. Vēja enerģijas iekārtu monitoringa sistēmas pašreizējais stāvoklis
Ir daudz veidu vēja enerģijas iekārtu struktūras, galvenokārt ietverot: divkāršas barošanas asinhronās vēja turbīnas (mainīga ātruma mainīga soļa vēja turbīnas), tiešās piedziņas pastāvīgā magnēta sinhronās vēja turbīnas un daļēji tiešās piedziņas sinhronās vēja turbīnas.Salīdzinot ar tiešās piedziņas vēja turbīnām, asinhronās vēja turbīnās ar dubultu padevi ir mainīga ātruma pārnesumkārbas aprīkojums.Tās pamatstruktūra parādīta 1. attēlā. Šāda veida vēja enerģijas iekārtas aizņem vairāk nekā 70% no tirgus daļas.Tāpēc šajā rakstā galvenokārt aplūkota šāda veida vēja enerģijas iekārtu bojājumu diagnostika un veselības uzraudzība.
1. attēls Divkāršās barošanas vēja turbīnas pamatstruktūra
Vēja enerģijas iekārtas jau ilgu laiku ir strādājušas visu diennakti pie sarežģītām mainīgām slodzēm, piemēram, vēja brāzmām.Skarbā apkalpošanas vide ir nopietni ietekmējusi vēja enerģijas iekārtu ekspluatācijas drošību un apkopi.Maiņstrāvas slodze iedarbojas uz vēja turbīnas lāpstiņām un tiek pārnesta caur gultņiem, vārpstām, zobratiem, ģeneratoriem un citām transmisijas ķēdes sastāvdaļām, padarot transmisijas ķēdi ļoti pakļautu atteicei apkopes laikā.Pašlaik vēja enerģijas iekārtās plaši aprīkota monitoringa sistēma ir SCADA sistēma, kas var uzraudzīt vēja enerģijas iekārtu darbības stāvokli, piemēram, strāvu, spriegumu, tīkla pieslēgumu un citus apstākļus, un tai ir tādas funkcijas kā trauksmes un ziņojumi;bet sistēma uzrauga statusu Parametri ir ierobežoti, galvenokārt signāli, piemēram, strāva, spriegums, jauda utt., un joprojām trūkst vibrācijas uzraudzības un kļūdu diagnostikas funkciju galvenajām sastāvdaļām [3-5].Ārvalstis, īpaši Rietumu attīstītās valstis, jau ilgu laiku ir izstrādājušas stāvokļa uzraudzības iekārtas un analīzes programmatūru, kas ir īpaši paredzētas vēja enerģijas iekārtām.Lai gan vietējā vibrācijas uzraudzības tehnoloģija tika uzsākta vēlu, ko noteica milzīgs iekšzemes vēja enerģijas attālās darbības un apkopes tirgus pieprasījums, arī vietējo uzraudzības sistēmu attīstība ir iegājusi straujas attīstības stadijā.Vēja enerģijas iekārtu viedā kļūdu diagnostika un agrīnās brīdināšanas aizsardzība var samazināt izmaksas un palielināt vēja enerģijas ekspluatācijas un apkopes efektivitāti, un tā ir panākusi vienprātību vēja enerģijas nozarē.
2. Vēja enerģijas iekārtu galvenie bojājumu raksturlielumi
Vēja enerģijas iekārtas ir sarežģīta elektromehāniska sistēma, kas sastāv no rotoriem (lāpstiņām, rumbas, slīpuma sistēmām u.c.), gultņiem, galvenajām vārpstām, pārnesumkārbām, ģeneratoriem, torņiem, griešanās sistēmām, sensoriem utt. Katra vēja turbīnas sastāvdaļa ir pakļauta mainīgas slodzes ekspluatācijas laikā.Palielinoties servisa laikam, dažāda veida bojājumi vai atteices ir neizbēgamas.
2. attēls Vēja enerģijas iekārtu katras sastāvdaļas remonta izmaksu attiecība
3. attēls Vēja enerģijas iekārtu dažādu komponentu dīkstāves koeficients
No 2. un 3. attēla [6] redzams, ka dīkstāves, ko izraisīja asmeņi, pārnesumkārbas un ģeneratori, veidoja vairāk nekā 87% no kopējās neplānotās dīkstāves, bet uzturēšanas izmaksas veidoja vairāk nekā 3 no kopējām uzturēšanas izmaksām./4.Tāpēc vēja turbīnu, lāpstiņu, pārnesumkārbu un ģeneratoru stāvokļa uzraudzībā, defektu diagnostikā un veselības pārvaldībā ir trīs galvenās sastāvdaļas, kurām jāpievērš uzmanība.Ķīnas atjaunojamās enerģijas biedrības Vēja enerģijas profesionālā komiteja 2012. gada aptaujā par valsts vēja enerģijas iekārtu darbības kvalitāti[6] norādīja, ka vēja enerģijas lāpstiņu bojājumu veidi galvenokārt ietver plaisāšanu, zibens spērienus, lūzumus utt. kļūmes cēloņi ietver dizainu, sevi un ārējos faktorus ražošanas, ražošanas un transportēšanas ieviešanas un apkalpošanas posmos.Pārnesumkārbas galvenā funkcija ir stabili izmantot zema ātruma vēja enerģiju elektroenerģijas ražošanai un palielināt vārpstas ātrumu.Vēja turbīnas darbības laikā pārnesumkārba ir vairāk pakļauta atteicei mainīgas sprieguma un trieciena slodzes ietekmes dēļ [7].Bieži sastopamās pārnesumkārbu kļūdas ir pārnesumu un gultņu defekti.Pārnesumkārbas defekti galvenokārt rodas gultņu dēļ.Gultņi ir galvenā pārnesumkārbas sastāvdaļa, un to bojājums bieži izraisa katastrofālus ātrumkārbas bojājumus.Gultņu atteices galvenokārt ietver noguruma nolobīšanos, nodilumu, lūzumu, līmēšanu, sprostu bojājumus utt. [8], starp kuriem noguruma lobīšanās un nodilums ir divi visizplatītākie rites gultņu bojājumu veidi.Visbiežāk sastopamās pārnesumu atteices ir nodilums, virsmas nogurums, lūzums un lūzums.Ģeneratora sistēmas defektus iedala motora kļūdās un mehāniskās kļūmēs [9].Mehāniskās atteices galvenokārt ietver rotoru un gultņu bojājumus.Rotoru kļūmes galvenokārt ietver rotora nelīdzsvarotību, rotora plīsumu un vaļīgas gumijas uzmavas.Motora bojājumu veidus var iedalīt elektriskos un mehāniskos defektos.Elektriskās kļūmes ietver rotora/statora spoles īssavienojumu, ķēdes pārtraukumu, ko izraisa salauzti rotora stieņi, ģeneratora pārkaršanu utt.;mehāniskās kļūdas ietver pārmērīgu ģeneratora vibrāciju, gultņu pārkaršanu, izolācijas bojājumus, nopietnu nodilumu utt.
Izlikšanas laiks: 30. augusts 2021
