Wind Power Network News: Zusammenfassung: Dieses Papier gibt einen Überblick über den aktuellen Stand der Entwicklung von Fehlerdiagnose und Zustandsüberwachung der drei Hauptkomponenten in der Antriebskette von Windkraftanlagen – Verbundwerkstoffblätter, Getriebe und Generatoren – und fasst den aktuellen Forschungsstand und die wichtigsten zusammen Aspekte dieser Feldmethode.Die Hauptfehlermerkmale, Fehlerformen und Diagnoseschwierigkeiten der drei Hauptkomponenten Verbundwerkstoffblätter, Getriebe und Generatoren in Windkraftanlagen werden zusammengefasst, sowie die bestehenden Fehlerdiagnose- und Zustandsüberwachungsmethoden und schließlich Aussichten für die Entwicklungsrichtung dieses Bereichs.
0 Vorwort
Dank der enormen weltweiten Nachfrage nach sauberer und erneuerbarer Energie und den erheblichen Fortschritten in der Technologie zur Herstellung von Windkraftanlagen steigt die weltweit installierte Kapazität der Windkraft stetig an.Laut Statistiken der Global Wind Energy Association (GWEC) erreichte die weltweit installierte Windkraftleistung Ende 2018 597 GW, wovon China mit 216 GW das erste Land mit einer installierten Leistung von über 200 GW war , was mehr als 36 der gesamten weltweit installierten Kapazität ausmacht.% behauptet es weiterhin seine Position als weltweit führende Windkraft und ist ein veritables Windkraftland.
Gegenwärtig besteht ein wichtiger Faktor, der die weitere gesunde Entwicklung der Windkraftindustrie behindert, darin, dass Windkraftanlagen höhere Kosten pro Energieabgabeeinheit erfordern als herkömmliche fossile Brennstoffe.Der Nobelpreisträger für Physik und ehemalige US-Energieminister Zhu Diwen wies auf die Strenge und Notwendigkeit hin, die Betriebssicherheit großer Windkraftanlagen zu gewährleisten, und hohe Betriebs- und Wartungskosten seien wichtige Probleme, die auf diesem Gebiet gelöst werden müssten [1] .Windkraftanlagen werden meist in abgelegenen Gebieten oder für Menschen unzugänglichen Offshore-Gebieten eingesetzt.Mit der Entwicklung der Technologie entwickeln sich Windkraftanlagen weiter in Richtung der Entwicklung im großen Maßstab.Der Durchmesser der Rotorblätter von Windkraftanlagen nimmt weiter zu, was zu einer Vergrößerung des Abstands vom Boden zur Gondel führt, wo wichtige Ausrüstung installiert ist.Dies hat große Schwierigkeiten für den Betrieb und die Wartung von Windkraftanlagen mit sich gebracht und die Wartungskosten der Einheit in die Höhe getrieben.Aufgrund der Unterschiede zwischen dem technischen Gesamtzustand und den Windparkbedingungen von Windkraftanlagen in westlichen Industrieländern machen die Betriebs- und Wartungskosten von Windkraftanlagen in China weiterhin einen hohen Anteil der Einnahmen aus.Bei Onshore-Windenergieanlagen mit einer Lebensdauer von 20 Jahren betragen die Wartungskosten Die Gesamteinnahmen von Windparks betragen 10%~15%;bei Offshore-Windparks beträgt der Anteil sogar 20 % bis 25 %[2].Die hohen Betriebs- und Wartungskosten der Windkraft werden hauptsächlich durch die Betriebs- und Wartungsart der Windkraftanlagen bestimmt.Derzeit wenden die meisten Windparks die Methode der regelmäßigen Wartung an.Mögliche Fehler können nicht rechtzeitig entdeckt werden, und die wiederholte Wartung intakter Geräte erhöht auch den Betrieb und die Wartung.Kosten.Darüber hinaus ist es unmöglich, die Fehlerquelle rechtzeitig zu bestimmen, und kann nur einzeln mit verschiedenen Mitteln untersucht werden, was auch enorme Betriebs- und Wartungskosten mit sich bringt.Eine Lösung für dieses Problem ist die Entwicklung eines strukturellen Zustandsüberwachungssystems (SHM) für Windkraftanlagen, um katastrophale Unfälle zu verhindern und die Lebensdauer von Windkraftanlagen zu verlängern, wodurch die Einheitsenergieausgabekosten der Windkraft gesenkt werden.Daher ist es für die Windkraftindustrie unerlässlich, ein SHM-System zu entwickeln.
1. Aktueller Status des Überwachungssystems für Windkraftanlagen
Es gibt viele Arten von Windkraftausrüstungsstrukturen, darunter hauptsächlich: doppelt gespeiste asynchrone Windturbinen (Windturbinen mit variabler Geschwindigkeit und variabler Steigung), direkt angetriebene Permanentmagnet-Synchron-Windturbinen und halbdirekt angetriebene Synchron-Windturbinen.Im Vergleich zu Windkraftanlagen mit Direktantrieb umfassen doppelt gespeiste asynchrone Windkraftanlagen Getriebe mit variabler Drehzahl.Ihr prinzipieller Aufbau ist in Bild 1 dargestellt. Auf diese Art von Windkraftanlagen entfallen mehr als 70 % des Marktanteils.Daher befasst sich dieser Artikel hauptsächlich mit der Fehlerdiagnose und Zustandsüberwachung dieser Art von Windkraftanlagen.
Abbildung 1 Prinzipieller Aufbau einer doppelt gespeisten Windkraftanlage
Windkraftanlagen laufen schon lange rund um die Uhr unter komplexen Wechsellasten wie Windböen.Die raue Betriebsumgebung hat die Betriebssicherheit und Wartung von Windkraftanlagen ernsthaft beeinträchtigt.Die Wechsellast wirkt auf die Rotorblätter der Windkraftanlage und wird über die Lager, Wellen, Zahnräder, Generatoren und andere Komponenten in der Antriebskette übertragen, wodurch die Antriebskette während des Betriebs extrem störanfällig wird.Gegenwärtig ist das SCADA-System das weit verbreitete Überwachungssystem für Windkraftanlagen, das den Betriebsstatus von Windkraftanlagen wie Strom, Spannung, Netzanschluss und andere Bedingungen überwachen kann und über Funktionen wie Alarme und Berichte verfügt;aber das System überwacht den Status Die Parameter sind begrenzt, hauptsächlich Signale wie Strom, Spannung, Leistung usw., und es fehlt noch an Vibrationsüberwachung und Fehlerdiagnosefunktionen für Schlüsselkomponenten [3-5].Ausländische Länder, insbesondere westliche Industrieländer, haben seit langem Zustandsüberwachungsgeräte und Analysesoftware speziell für Windkraftanlagen entwickelt.Obwohl die häusliche Vibrationsüberwachungstechnologie spät begann, angetrieben von der enormen Nachfrage des heimischen Windkraft-Fernbedienungs- und -wartungsmarktes, ist auch die Entwicklung von häuslichen Überwachungssystemen in eine Phase der schnellen Entwicklung eingetreten.Die intelligente Fehlerdiagnose und der Frühwarnschutz von Windkraftanlagen können die Kosten senken und die Effizienz des Betriebs und der Wartung von Windkraftanlagen steigern und haben in der Windkraftbranche einen Konsens gefunden.
2. Hauptfehlermerkmale von Windkraftanlagen
Windenergieanlagen sind komplexe elektromechanische Systeme, bestehend aus Rotoren (Blättern, Naben, Pitchsystemen usw.), Lagern, Hauptwellen, Getrieben, Generatoren, Türmen, Azimutsystemen, Sensoren usw. Jede Komponente einer Windkraftanlage ist dieser Belastung ausgesetzt Wechsellasten im Betrieb.Mit zunehmender Nutzungsdauer sind verschiedene Arten von Schäden oder Ausfällen unvermeidlich.
Abbildung 2 Das Reparaturkostenverhältnis jeder Komponente von Windkraftanlagen
Abbildung 3 Das Ausfallzeitverhältnis verschiedener Komponenten von Windkraftanlagen
Aus Abbildung 2 und Abbildung 3 [6] ist ersichtlich, dass die durch Schaufeln, Getriebe und Generatoren verursachten Ausfallzeiten mehr als 87 % der gesamten ungeplanten Ausfallzeiten ausmachten und die Wartungskosten mehr als 3 der gesamten Wartungskosten ausmachten./4.Daher sind bei der Zustandsüberwachung die Fehlerdiagnose und das Gesundheitsmanagement von Windkraftanlagen, Rotorblättern, Getrieben und Generatoren die drei Hauptkomponenten, denen Aufmerksamkeit geschenkt werden muss.Das Wind Energy Professional Committee der Chinese Renewable Energy Society wies in einer Umfrage aus dem Jahr 2012 zur Betriebsqualität nationaler Windkraftanlagen[6] darauf hin, dass die Ausfallarten von Windkraftflügeln hauptsächlich Rissbildung, Blitzschlag, Bruch usw. umfassen Zu den Fehlerursachen gehören Design, Selbst und externe Faktoren während der Einführungs- und Servicephasen von Produktion, Herstellung und Transport.Die Hauptfunktion des Getriebes besteht darin, Windenergie mit niedriger Geschwindigkeit stabil zur Stromerzeugung zu nutzen und die Spindeldrehzahl zu erhöhen.Während des Betriebs der Windkraftanlage ist das Getriebe durch Wechsel- und Stoßbelastungen störanfälliger [7].Häufige Getriebefehler sind Getriebefehler und Lagerfehler.Getriebefehler gehen meistens von Lagern aus.Lager sind eine Schlüsselkomponente des Getriebes, und ihr Ausfall verursacht oft katastrophale Schäden am Getriebe.Zu den Lagerausfällen gehören hauptsächlich Ermüdungsablösung, Verschleiß, Bruch, Verklebung, Käfigschäden usw. [8], wobei Ermüdungsablösung und Verschleiß die beiden häufigsten Ausfallformen von Wälzlagern sind.Zu den häufigsten Getriebeausfällen gehören Verschleiß, Oberflächenermüdung, Bruch und Bruch.Die Fehler des Generatorsystems werden in Motorfehler und mechanische Fehler unterteilt [9].Mechanische Ausfälle umfassen hauptsächlich Rotorausfälle und Lagerausfälle.Rotorausfälle umfassen hauptsächlich Rotorunwucht, Rotorbruch und lose Gummimanschetten.Die Arten von Motorfehlern können in elektrische Fehler und mechanische Fehler unterteilt werden.Zu den elektrischen Fehlern gehören Kurzschluss der Rotor-/Statorspule, Unterbrechung durch gebrochene Rotorstäbe, Überhitzung des Generators usw.;Zu den mechanischen Fehlern gehören übermäßige Generatorvibrationen, Lagerüberhitzung, Isolationsschäden, starker Verschleiß usw.
Postzeit: 30. August 2021
