Wind Power Network News: Samenvatting: Dit document geeft een overzicht van de huidige status van de ontwikkeling van foutdiagnose en gezondheidsmonitoring van de drie belangrijkste componenten in de aandrijfketting van windturbines: composietbladen, tandwielkasten en generatoren, en vat de huidige onderzoeksstatus en belangrijkste aspecten van deze veldmethode.De belangrijkste foutkenmerken, foutvormen en diagnoseproblemen van de drie belangrijkste componenten van composietbladen, versnellingsbakken en generatoren in windenergieapparatuur worden samengevat, en de bestaande foutdiagnose en gezondheidsbewakingsmethoden, en tenslotte vooruitzichten voor de ontwikkelingsrichting van dit veld.
0 Voorwoord
Dankzij de enorme wereldwijde vraag naar schone en hernieuwbare energie en de aanzienlijke vooruitgang in de productietechnologie voor windenergieapparatuur, blijft de wereldwijd geïnstalleerde capaciteit van windenergie gestaag stijgen.Volgens statistieken van de Global Wind Energy Association (GWEC) bereikte de wereldwijde geïnstalleerde capaciteit van windenergie eind 2018 597 GW, waarvan China het eerste land werd met een geïnstalleerd vermogen van meer dan 200 GW en 216 GW bereikte , goed voor meer dan 36 van de totale wereldwijd geïnstalleerde capaciteit.%, het blijft zijn positie als 's werelds leidende windenergie behouden, en het is een echt windenergieland.
Op dit moment is een belangrijke factor die de aanhoudende gezonde ontwikkeling van de windenergie-industrie in de weg staat, dat windenergieapparatuur hogere kosten per eenheid energie-output vereist dan traditionele fossiele brandstoffen.Nobelprijswinnaar voor natuurkunde en voormalig Amerikaans minister van Energie Zhu Diwen wees op de striktheid en noodzaak van een veiligheidsgarantie voor grootschalige windenergie-installaties, en hoge bedrijfs- en onderhoudskosten zijn belangrijke problemen die op dit gebied moeten worden opgelost [1] .Windenergie-apparatuur wordt meestal gebruikt in afgelegen gebieden of offshore-gebieden die niet toegankelijk zijn voor mensen.Met de ontwikkeling van technologie blijft windenergieapparatuur zich ontwikkelen in de richting van grootschalige ontwikkeling.De diameter van de wieken voor windenergie blijft toenemen, waardoor de afstand van de grond tot de gondel waar belangrijke apparatuur is geïnstalleerd, toeneemt.Dit heeft de werking en het onderhoud van windenergie-uitrusting tot grote moeilijkheden geleid en de onderhoudskosten van de eenheid opgedreven.Vanwege de verschillen tussen de algemene technische status en windparkomstandigheden van windenergieapparatuur in westerse ontwikkelde landen, blijven de exploitatie- en onderhoudskosten van windenergieapparatuur in China een groot deel van de omzet uitmaken.Voor windturbines op land met een levensduur van 20 jaar zijn de onderhoudskosten. De totale inkomsten van windparken bedragen 10%~15%;voor offshore windparken is het aandeel zelfs 20%~25%[2].De hoge bedrijfs- en onderhoudskosten van windenergie worden voornamelijk bepaald door de bedrijfs- en onderhoudsmodus van windenergieapparatuur.Momenteel hanteren de meeste windparken de methode van regulier onderhoud.Mogelijke storingen kunnen niet op tijd worden ontdekt en herhaald onderhoud van intacte apparatuur zal ook de werking en het onderhoud verhogen.kosten.Bovendien is het onmogelijk om de oorzaak van de storing op tijd te bepalen en kan het slechts één voor één worden onderzocht met verschillende middelen, wat ook enorme bedrijfs- en onderhoudskosten met zich meebrengt.Een oplossing voor dit probleem is het ontwikkelen van een structureel gezondheidsmonitoringsysteem (SHM) voor windturbines om catastrofale ongevallen te voorkomen en de levensduur van windturbines te verlengen, waardoor de eenheidsenergie-outputkosten van windenergie worden verlaagd.Daarom is het voor de windenergie-industrie absoluut noodzakelijk om het SHM-systeem te ontwikkelen.
1. Huidige status van het monitoringsysteem voor windenergieapparatuur:
Er zijn veel soorten constructies voor windenergieapparatuur, waaronder voornamelijk: dubbel gevoede asynchrone windturbines (windturbines met variabele snelheid en variabele spoed), synchrone windturbines met directe aandrijving met permanente magneet en synchrone semi-direct-drive synchrone windturbines.Vergeleken met direct aangedreven windturbines, zijn dubbel gevoede asynchrone windturbines uitgerust met tandwielkasten met variabele snelheid.De basisstructuur wordt weergegeven in figuur 1. Dit type windenergie-apparatuur is goed voor meer dan 70% van het marktaandeel.Daarom wordt in dit artikel voornamelijk de storingsdiagnose en gezondheidsmonitoring van dit type windenergieapparatuur besproken.
Figuur 1 Basisstructuur van dubbel gevoede windturbine
Windenergie-apparatuur werkt al lange tijd de klok rond onder complexe wisselende belastingen zoals windstoten.De barre serviceomgeving heeft de bedrijfsveiligheid en het onderhoud van windenergieapparatuur ernstig aangetast.De wisselende belasting werkt op de wieken van de windturbine en wordt overgebracht via de lagers, assen, tandwielen, generatoren en andere componenten in de transmissieketen, waardoor de transmissieketting extreem gevoelig is voor storingen tijdens het gebruik.Op dit moment is het bewakingssysteem dat op grote schaal is uitgerust op windenergieapparatuur het SCADA-systeem, dat de bedrijfsstatus van windenergieapparatuur kan bewaken, zoals stroom, spanning, netaansluiting en andere omstandigheden, en functies heeft zoals alarmen en rapporten;maar het systeem bewaakt de status. De parameters zijn beperkt, voornamelijk signalen zoals stroom, spanning, vermogen, enz., en er is nog steeds een gebrek aan trillingsbewaking en foutdiagnosefuncties voor belangrijke componenten [3-5].Het buitenland, met name de westerse ontwikkelde landen, hebben al lang conditiebewakingsapparatuur en analysesoftware ontwikkeld, specifiek voor windenergieapparatuur.Hoewel de technologie voor het bewaken van huishoudelijke trillingen laat begon, gedreven door de enorme vraag op de markt voor bediening op afstand en onderhoud van huishoudelijke windenergie, is de ontwikkeling van huishoudelijke monitoringsystemen ook in een fase van snelle ontwikkeling beland.De intelligente foutdiagnose en vroegtijdige waarschuwingsbescherming van windenergieapparatuur kan de kosten verlagen en de efficiëntie van de werking en het onderhoud van windenergie verhogen, en heeft een consensus bereikt in de windenergie-industrie.
2. Belangrijkste foutkenmerken van windenergieapparatuur:
Windenergieapparatuur is een complex elektromechanisch systeem dat bestaat uit rotoren (bladen, naven, pitch-systemen, enz.), Lagers, hoofdassen, versnellingsbakken, generatoren, torens, giersystemen, sensoren, enz. Elk onderdeel van een windturbine wordt onderworpen aan wisselende belastingen tijdens de dienst.Naarmate de servicetijd toeneemt, zijn verschillende soorten schade of storingen onvermijdelijk.
Figuur 2 De reparatiekostenratio van elk onderdeel van windenergieapparatuur
Figuur 3 De downtime-ratio van verschillende componenten van windenergieapparatuur
Uit figuur 2 en figuur 3 [6] blijkt dat de uitvaltijd veroorzaakt door schoepen, tandwielkasten en generatoren meer dan 87% van de totale ongeplande uitvaltijd uitmaakte, en dat onderhoudskosten meer dan 3 van de totale onderhoudskosten uitmaakten./4.Daarom zijn in de conditiebewaking, storingsdiagnose en gezondheidsmanagement van windturbines, bladen, tandwielkasten en generatoren de drie belangrijkste componenten waar aandacht aan moet worden besteed.Het Wind Energy Professional Committee van de Chinese Renewable Energy Society wees er in een onderzoek uit 2012 naar de bedrijfskwaliteit van nationale windenergieapparatuur [6] op dat de faaltypen van windenergiebladen voornamelijk barsten, blikseminslagen, breken, enz. omvatten, en de oorzaken van falen omvatten ontwerp, zelf- en externe factoren tijdens de introductie- en servicefasen van productie, fabricage en transport.De belangrijkste functie van de versnellingsbak is om windenergie met lage snelheid stabiel te gebruiken voor stroomopwekking en het spiltoerental te verhogen.Tijdens de werking van de windturbine is de tandwielkast gevoeliger voor storingen door de effecten van wisselspanning en stootbelasting [7].Veelvoorkomende fouten van versnellingsbakken zijn onder meer tandwielfouten en lagerfouten.Versnellingsbakfouten zijn meestal afkomstig van lagers.Lagers zijn een belangrijk onderdeel van de versnellingsbak en hun falen veroorzaakt vaak catastrofale schade aan de versnellingsbak.Lagerdefecten omvatten voornamelijk vermoeiing, slijtage, breuk, verlijming, kooischade, enz. [8], waaronder vermoeiing-peeling en slijtage de twee meest voorkomende faalvormen van wentellagers zijn.De meest voorkomende defecten aan tandwielen zijn slijtage, oppervlaktevermoeidheid, breuk en breuk.De storingen van het generatorsysteem zijn onderverdeeld in motorstoringen en mechanische storingen [9].Mechanische storingen omvatten voornamelijk rotorstoringen en lagerstoringen.Rotorstoringen omvatten voornamelijk rotoronbalans, rotorbreuk en losse rubberen hulzen.De soorten motorstoringen kunnen worden onderverdeeld in elektrische storingen en mechanische storingen.Elektrische storingen zijn onder meer kortsluiting van de rotor/statorspoel, open circuit veroorzaakt door gebroken rotorstaven, oververhitting van de generator, enz.;mechanische fouten zijn onder meer overmatige trillingen van de generator, oververhitting van de lagers, isolatieschade, ernstige slijtage, enz.
Posttijd: 30 aug-2021
