การวิจัยการวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการตรวจสอบสุขภาพของอุปกรณ์พลังงานลม

ข่าวเครือข่ายพลังงานลม: บทคัดย่อ: เอกสารนี้ทบทวนสถานะปัจจุบันของการพัฒนาการวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการตรวจสอบสุขภาพของส่วนประกอบหลักสามประการในห่วงโซ่การขับเคลื่อนกังหันลม ได้แก่ ใบพัดแบบรวม กระปุกเกียร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสรุปสถานะการวิจัยในปัจจุบันและหลัก แง่มุมต่างๆ ของวิธีการภาคสนามนี้ลักษณะความผิดปกติหลัก รูปแบบข้อบกพร่อง และปัญหาในการวินิจฉัยของส่วนประกอบหลักสามชิ้นของใบพัดคอมโพสิต กระปุกเกียร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในอุปกรณ์พลังงานลมถูกสรุปรวม และการวินิจฉัยข้อผิดพลาดที่มีอยู่และวิธีการตรวจสอบสุขภาพ และสุดท้ายแนวโน้มสำหรับทิศทางการพัฒนาของสาขานี้

0 คำนำ

เนื่องด้วยความต้องการพลังงานสะอาดและพลังงานหมุนเวียนจำนวนมากทั่วโลก และความก้าวหน้าอย่างมากในเทคโนโลยีการผลิตอุปกรณ์พลังงานลม กำลังการผลิตพลังงานลมที่ติดตั้งทั่วโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องตามสถิติจากสมาคมพลังงานลมโลก (GWEC) ณ สิ้นปี 2561 กำลังการผลิตพลังงานลมติดตั้งทั่วโลกอยู่ที่ 597 GW ซึ่งจีนกลายเป็นประเทศแรกที่มีกำลังการผลิตติดตั้งมากกว่า 200 GW หรือ 216 GW คิดเป็นมากกว่า 36 ของกำลังการผลิตติดตั้งทั่วโลกทั้งหมด% ยังคงรักษาตำแหน่งผู้นำพลังงานลมของโลกต่อไป และเป็นประเทศพลังงานลมอย่างแท้จริง

ในปัจจุบัน ปัจจัยสำคัญที่ขัดขวางการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของอุตสาหกรรมพลังงานลมคืออุปกรณ์พลังงานลมต้องการต้นทุนต่อหน่วยของพลังงานที่สูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิมผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์และอดีตรัฐมนตรีกระทรวงพลังงานสหรัฐฯ Zhu Diwen ชี้ให้เห็นถึงความเข้มงวดและความจำเป็นของการรับประกันความปลอดภัยในการทำงานของอุปกรณ์พลังงานลมขนาดใหญ่ และค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและบำรุงรักษาที่สูงเป็นปัญหาสำคัญที่ต้องแก้ไขในสาขานี้ [1] .อุปกรณ์พลังงานลมส่วนใหญ่ใช้ในพื้นที่ห่างไกลหรือพื้นที่นอกชายฝั่งที่ผู้คนไม่สามารถเข้าถึงได้ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยี อุปกรณ์พลังงานลมยังคงพัฒนาไปในทิศทางของการพัฒนาขนาดใหญ่เส้นผ่านศูนย์กลางของใบพัดพลังงานลมยังคงเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ระยะห่างจากพื้นดินถึงกระบังลมที่ติดตั้งอุปกรณ์สำคัญๆ เพิ่มขึ้นสิ่งนี้ทำให้เกิดความยุ่งยากอย่างมากในการดำเนินการและบำรุงรักษาอุปกรณ์พลังงานลม และทำให้ค่าบำรุงรักษาเครื่องสูงขึ้นเนื่องจากความแตกต่างระหว่างสถานะทางเทคนิคโดยรวมและสภาพฟาร์มกังหันลมของอุปกรณ์พลังงานลมในประเทศที่พัฒนาแล้วตะวันตก ค่าใช้จ่ายในการดำเนินการและบำรุงรักษาของอุปกรณ์พลังงานลมในประเทศจีนยังคงมีสัดส่วนรายได้สูงสำหรับกังหันลมบนบกที่มีอายุการใช้งาน 20 ปี ค่าบำรุงรักษา รายได้รวมของฟาร์มกังหันลมคิดเป็น 10% ~ 15%;สำหรับฟาร์มกังหันลมนอกชายฝั่ง มีสัดส่วนสูงถึง 20%~25%[2]ค่าดำเนินการและบำรุงรักษาพลังงานลมที่สูงนั้นพิจารณาจากโหมดการทำงานและการบำรุงรักษาของอุปกรณ์พลังงานลมเป็นหลักปัจจุบันฟาร์มกังหันลมส่วนใหญ่ใช้วิธีการบำรุงรักษาเป็นประจำไม่สามารถค้นพบความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้นได้ทันเวลา และการบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่ไม่เสียหายซ้ำแล้วซ้ำอีกจะเพิ่มการทำงานและการบำรุงรักษาด้วยค่าใช้จ่าย.นอกจากนี้ เป็นไปไม่ได้ที่จะระบุแหล่งที่มาของข้อผิดพลาดได้ทันเวลา และสามารถตรวจสอบได้ทีละรายการโดยใช้วิธีการต่างๆ ที่หลากหลาย ซึ่งจะทำให้เกิดต้นทุนการดำเนินงานและการบำรุงรักษาจำนวนมากทางออกหนึ่งของปัญหานี้คือการพัฒนาระบบตรวจสอบสุขภาพเชิงโครงสร้าง (SHM) สำหรับกังหันลมเพื่อป้องกันอุบัติเหตุร้ายแรงและยืดอายุการใช้งานของกังหันลม ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตพลังงานลมต่อหน่วยดังนั้นสำหรับอุตสาหกรรมพลังงานลม จำเป็นต้องพัฒนาระบบ SHM

1. สถานะปัจจุบันของระบบตรวจสอบอุปกรณ์พลังงานลม

โครงสร้างอุปกรณ์พลังงานลมมีหลายประเภท ส่วนใหญ่รวมถึง: กังหันลมแบบอะซิงโครนัสแบบป้อนทวีคูณ (กังหันลมที่ทำงานด้วยความเร็วตัวแปรพิทช์แบบปรับความเร็วรอบได้) กังหันลมแบบซิงโครนัสแบบแม่เหล็กถาวรแบบขับเคลื่อนโดยตรง และกังหันลมแบบซิงโครนัสแบบกึ่งขับตรงเมื่อเปรียบเทียบกับกังหันลมแบบขับตรง กังหันลมแบบอะซิงโครนัสแบบป้อนทวีคูณประกอบด้วยอุปกรณ์ปรับความเร็วรอบกระปุกเกียร์โครงสร้างพื้นฐานแสดงในรูปที่ 1 อุปกรณ์พลังงานลมประเภทนี้มีส่วนแบ่งการตลาดมากกว่า 70%ดังนั้น บทความนี้จึงทบทวนการวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการตรวจสอบสุขภาพของอุปกรณ์พลังงานลมประเภทนี้เป็นหลัก

รูปที่ 1 โครงสร้างพื้นฐานของกังหันลมแบบป้อนทวีคูณ

อุปกรณ์พลังงานลมทำงานตลอดเวลาภายใต้ภาระสลับซับซ้อน เช่น ลมกระโชกแรงมาเป็นเวลานานสภาพแวดล้อมการบริการที่รุนแรงส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่อความปลอดภัยในการใช้งานและการบำรุงรักษาอุปกรณ์พลังงานลมโหลดแบบสลับกันทำหน้าที่กับใบพัดกังหันลมและถูกส่งผ่านแบริ่ง เพลา เกียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และส่วนประกอบอื่นๆ ในโซ่ส่งกำลัง ทำให้โซ่ส่งกำลังมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวอย่างมากในระหว่างการให้บริการในปัจจุบัน ระบบตรวจสอบอุปกรณ์พลังงานลมที่ติดตั้งอย่างกว้างขวางคือระบบ SCADA ซึ่งสามารถตรวจสอบสถานะการทำงานของอุปกรณ์พลังงานลม เช่น กระแสไฟ แรงดันไฟ การเชื่อมต่อกริด และเงื่อนไขอื่นๆ และมีฟังก์ชันต่างๆ เช่น สัญญาณเตือนและรายงานแต่ระบบตรวจสอบสถานะ พารามิเตอร์มีจำกัด ส่วนใหญ่เป็นสัญญาณเช่นกระแส แรงดันไฟ กำลัง ฯลฯ และยังคงขาดฟังก์ชันตรวจสอบการสั่นสะเทือนและวินิจฉัยข้อบกพร่องสำหรับส่วนประกอบหลัก [3-5]ต่างประเทศ โดยเฉพาะประเทศที่พัฒนาแล้วในตะวันตก ได้พัฒนาอุปกรณ์ตรวจสอบสภาพและซอฟต์แวร์วิเคราะห์มาเป็นเวลานานโดยเฉพาะสำหรับอุปกรณ์พลังงานลมแม้ว่าเทคโนโลยีการตรวจสอบการสั่นสะเทือนในประเทศจะเริ่มต้นช้า ขับเคลื่อนโดยการดำเนินการระยะไกลของพลังงานลมภายในประเทศขนาดใหญ่และความต้องการของตลาดการบำรุงรักษา การพัฒนาระบบตรวจสอบภายในประเทศได้เข้าสู่ขั้นตอนของการพัฒนาอย่างรวดเร็วการวินิจฉัยข้อผิดพลาดที่ชาญฉลาดและการป้องกันการเตือนล่วงหน้าของอุปกรณ์พลังงานลมสามารถลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพของการทำงานและการบำรุงรักษาพลังงานลม และได้รับฉันทามติในอุตสาหกรรมพลังงานลม

2. ลักษณะความผิดพลาดหลักของอุปกรณ์พลังงานลม

อุปกรณ์พลังงานลมเป็นระบบเครื่องกลไฟฟ้าที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยโรเตอร์ (ใบพัด ฮับ ระบบพิทช์ ฯลฯ) ตลับลูกปืน เพลาหลัก กระปุกเกียร์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า เสา ระบบหันเห เซ็นเซอร์ ฯลฯ ส่วนประกอบแต่ละส่วนของกังหันลมต้องอยู่ภายใต้ สลับโหลดระหว่างบริการเมื่อเวลาให้บริการเพิ่มขึ้น ความเสียหายหรือความล้มเหลวประเภทต่างๆ จะหลีกเลี่ยงไม่ได้

รูปที่ 2 อัตราส่วนค่าซ่อมของแต่ละส่วนประกอบของอุปกรณ์พลังงานลม

รูปที่ 3 อัตราส่วนการหยุดทำงานของส่วนประกอบต่างๆ ของอุปกรณ์พลังงานลม

จากรูปที่ 2 และรูปที่ 3 [6] จะเห็นได้ว่าเวลาหยุดทำงานที่เกิดจากใบมีด กระปุกเกียร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าคิดเป็นมากกว่า 87% ของการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผนโดยรวม และค่าบำรุงรักษาคิดเป็นมากกว่า 3 ของค่าบำรุงรักษาทั้งหมด/4.ดังนั้น ในการตรวจสอบสภาพ การวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการจัดการสุขภาพของกังหันลม ใบพัด กระปุกเกียร์ และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จึงเป็นองค์ประกอบหลักสามประการที่ต้องให้ความสนใจคณะกรรมการผู้เชี่ยวชาญด้านพลังงานลมของสมาคมพลังงานทดแทนของจีนชี้ให้เห็นในการสำรวจปี 2555 เกี่ยวกับคุณภาพการทำงานของอุปกรณ์พลังงานลมแห่งชาติ[6] ว่าประเภทใบพัดพลังงานลมที่ล้มเหลวส่วนใหญ่รวมถึงการแตก ฟ้าผ่า การแตกหัก ฯลฯ และ สาเหตุของความล้มเหลว ได้แก่ การออกแบบ ปัจจัยภายนอกและตนเองระหว่างขั้นตอนการแนะนำและการบริการของการผลิต การผลิต และการขนส่งหน้าที่หลักของกระปุกเกียร์คือการใช้พลังงานลมความเร็วต่ำอย่างเสถียรสำหรับการผลิตพลังงานและเพิ่มความเร็วแกนหมุนระหว่างการทำงานของกังหันลม กระปุกเกียร์จะไวต่อความล้มเหลวมากขึ้นเนื่องจากผลกระทบจากความเค้นสลับและแรงกระแทก [7]ความผิดพลาดทั่วไปของกระปุกเกียร์รวมถึงความผิดพลาดของเกียร์และความผิดพลาดของแบริ่งความผิดพลาดของกระปุกเกียร์ส่วนใหญ่เกิดจากแบริ่งตลับลูกปืนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกระปุกเกียร์ และความล้มเหลวของตลับลูกปืนมักก่อให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่อกระปุกเกียร์ความล้มเหลวของแบริ่งส่วนใหญ่รวมถึงการลอกเมื่อยล้า การสึกหรอ การแตกหัก การติดกาว ความเสียหายของกรง ฯลฯ [8] ซึ่งการลอกและการสึกหรอเมื่อยล้าเป็นรูปแบบความล้มเหลวที่พบบ่อยที่สุดสองรูปแบบของตลับลูกปืนกลิ้งความล้มเหลวของเกียร์ที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่ การสึกหรอ ความล้าของพื้นผิว การแตกหัก และการแตกหักความผิดปกติของระบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบ่งออกเป็นความผิดปกติของมอเตอร์และความผิดปกติทางกล [9]ความล้มเหลวทางกลส่วนใหญ่รวมถึงความล้มเหลวของโรเตอร์และความล้มเหลวของแบริ่งความล้มเหลวของโรเตอร์ส่วนใหญ่รวมถึงความไม่สมดุลของโรเตอร์ การแตกของโรเตอร์ และปลอกยางหลวมประเภทของความผิดพลาดของมอเตอร์สามารถแบ่งออกเป็นความผิดพลาดทางไฟฟ้าและความผิดพลาดทางกลความผิดพลาดทางไฟฟ้า ได้แก่ การลัดวงจรของขดลวดโรเตอร์/สเตเตอร์ วงจรเปิดที่เกิดจากแถบโรเตอร์ชำรุด เครื่องกำเนิดความร้อนสูงเกินไป ฯลฯข้อบกพร่องทางกลรวมถึงการสั่นสะเทือนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากเกินไป, แบริ่งร้อนเกินไป, ความเสียหายของฉนวน, การสึกหรออย่างรุนแรง ฯลฯ