Tin tức về mạng lưới điện gió: Tóm tắt: Bài báo này đánh giá tình trạng hiện tại của sự phát triển chẩn đoán lỗi và theo dõi sức khỏe của ba thành phần chính trong dây chuyền truyền động tuabin gió — cánh composite, hộp số và máy phát điện, đồng thời tóm tắt tình trạng nghiên cứu hiện tại và chính các khía cạnh của phương pháp lĩnh vực này.Các đặc điểm lỗi chính, dạng lỗi và khó khăn trong chẩn đoán của ba bộ phận chính của cánh quạt composite, hộp số và máy phát điện trong thiết bị điện gió được tóm tắt, đồng thời các phương pháp chẩn đoán lỗi và giám sát sức khỏe hiện có, và cuối cùng là triển vọng cho hướng phát triển của lĩnh vực này.
0 Lời nói đầu
Nhờ nhu cầu toàn cầu về năng lượng sạch và tái tạo rất lớn và tiến bộ đáng kể trong công nghệ sản xuất thiết bị điện gió, công suất lắp đặt điện gió trên toàn cầu tiếp tục tăng đều đặn.Theo thống kê của Hiệp hội Năng lượng gió toàn cầu (GWEC), tính đến cuối năm 2018, công suất lắp đặt điện gió trên toàn cầu đạt 597 GW, trong đó Trung Quốc trở thành quốc gia đầu tiên có công suất lắp đặt trên 200 GW, đạt 216 GW. , chiếm hơn 36 tổng công suất lắp đặt toàn cầu., nó tiếp tục duy trì vị trí là quốc gia có năng lượng gió hàng đầu thế giới và là một quốc gia thực sự về năng lượng gió.
Hiện nay, một yếu tố quan trọng cản trở sự phát triển lành mạnh liên tục của ngành điện gió là thiết bị điện gió đòi hỏi chi phí trên một đơn vị năng lượng cao hơn so với nhiên liệu hóa thạch truyền thống.Người đoạt giải Nobel Vật lý và cựu Bộ trưởng Năng lượng Hoa Kỳ Zhu Diwen đã chỉ ra sự nghiêm ngặt và cần thiết của việc đảm bảo an toàn vận hành thiết bị điện gió quy mô lớn, và chi phí vận hành và bảo dưỡng cao là những vấn đề quan trọng cần được giải quyết trong lĩnh vực này [1] .Thiết bị điện gió hầu hết được sử dụng ở những vùng sâu, vùng xa mà người dân không thể tiếp cận được.Với sự phát triển của công nghệ, các thiết bị điện gió tiếp tục phát triển theo hướng phát triển quy mô lớn.Đường kính của các cánh quạt phong điện tiếp tục tăng lên, dẫn đến tăng khoảng cách từ mặt đất đến các nan nơi lắp đặt các thiết bị quan trọng.Điều này đã gây khó khăn lớn cho việc vận hành, bảo dưỡng các thiết bị điện gió và đẩy chi phí bảo dưỡng của đơn vị lên cao.Do sự khác biệt giữa tình trạng kỹ thuật tổng thể và điều kiện trang trại điện gió của thiết bị điện gió ở các nước phát triển phương Tây, chi phí vận hành và bảo dưỡng thiết bị điện gió ở Trung Quốc tiếp tục chiếm tỷ trọng cao trong doanh thu.Đối với tuabin gió trên bờ có tuổi thọ 20 năm, chi phí bảo dưỡng Tổng thu nhập của các trang trại điện gió chiếm 10% ~ 15%;đối với các trang trại điện gió ngoài khơi, tỷ lệ này cao tới 20% ~ 25% [2].Chi phí vận hành và bảo dưỡng cao của điện gió chủ yếu được xác định bởi chế độ vận hành và bảo dưỡng của thiết bị điện gió.Hiện nay, hầu hết các trang trại điện gió đều áp dụng phương pháp bảo trì thường xuyên.Những hư hỏng tiềm ẩn không thể được phát hiện kịp thời, và việc bảo trì lặp đi lặp lại các thiết bị còn nguyên vẹn cũng sẽ làm tăng hoạt động và bảo trì.Giá cả.Ngoài ra, không thể xác định nguồn gốc của lỗi kịp thời và chỉ có thể điều tra từng lỗi một thông qua nhiều phương tiện, điều này cũng sẽ mang lại chi phí vận hành và bảo dưỡng rất lớn.Một giải pháp cho vấn đề này là phát triển hệ thống giám sát sức khỏe kết cấu (SHM) cho các tuabin gió để ngăn ngừa các tai nạn thảm khốc và kéo dài tuổi thọ của tuabin gió, do đó giảm đơn giá năng lượng đầu ra của phong điện.Vì vậy, đối với ngành điện gió, việc phát triển hệ thống SHM là cấp thiết.
1. Hiện trạng hệ thống giám sát thiết bị điện gió
Có nhiều loại cấu trúc thiết bị điện gió, chủ yếu bao gồm: tuabin gió không đồng bộ cấp nguồn kép (tuabin gió chạy tốc độ biến đổi tốc độ biến đổi chiều), tuabin gió đồng bộ nam châm vĩnh cửu dẫn động trực tiếp và tuabin gió đồng bộ bán trực tiếp.So với tuabin gió truyền động trực tiếp, tuabin gió không đồng bộ được cấp nguồn kép bao gồm thiết bị hộp số biến tốc.Cấu trúc cơ bản của nó được thể hiện trong Hình 1. Loại thiết bị điện gió này chiếm hơn 70% thị phần.Vì vậy, bài viết này chủ yếu xem xét chẩn đoán lỗi và theo dõi sức khỏe của loại thiết bị điện gió.
Hình 1 Cấu trúc cơ bản của tuabin gió cấp đôi
Thiết bị điện gió đã hoạt động suốt ngày đêm dưới các tải trọng xen kẽ phức tạp như gió giật trong một thời gian dài.Môi trường dịch vụ khắc nghiệt đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn vận hành và bảo dưỡng các thiết bị điện gió.Tải trọng luân phiên tác động lên các cánh tuabin gió và được truyền qua các ổ trục, trục, bánh răng, máy phát điện và các thành phần khác trong chuỗi truyền động, làm cho chuỗi truyền động rất dễ bị hỏng trong quá trình làm việc.Hiện nay, hệ thống giám sát được trang bị rộng rãi trên thiết bị điện gió là hệ thống SCADA, hệ thống này có thể giám sát trạng thái hoạt động của thiết bị điện gió như dòng điện, điện áp, kết nối lưới điện và các điều kiện khác, đồng thời có các chức năng như cảnh báo và báo cáo;nhưng hệ thống giám sát trạng thái Các thông số còn hạn chế, chủ yếu là các tín hiệu như dòng điện, điện áp, công suất,… và còn thiếu các chức năng giám sát rung động và chẩn đoán lỗi cho các bộ phận chính [3-5].Nước ngoài, đặc biệt là các nước phát triển phương Tây, từ lâu đã phát triển các thiết bị giám sát tình trạng và phần mềm phân tích dành riêng cho thiết bị điện gió.Mặc dù công nghệ giám sát rung động trong nước bắt đầu muộn, do nhu cầu thị trường vận hành và bảo trì từ xa điện gió trong nước rất lớn, sự phát triển của các hệ thống giám sát trong nước cũng đã bước vào giai đoạn phát triển nhanh chóng.Việc chẩn đoán lỗi thông minh và bảo vệ cảnh báo sớm của thiết bị điện gió có thể giảm chi phí và tăng hiệu quả vận hành và bảo trì điện gió, và đã đạt được sự đồng thuận trong ngành điện gió.
2. Đặc điểm lỗi chính của thiết bị điện gió
Thiết bị năng lượng gió là một hệ thống cơ điện phức tạp bao gồm rôto (cánh quạt, trục quay, hệ thống cao độ, v.v.), ổ trục, trục chính, hộp số, máy phát, tháp, hệ thống yaw, cảm biến, v.v. Mỗi thành phần của tuabin gió đều phải chịu phụ tải xoay chiều trong quá trình làm việc.Khi thời gian phục vụ tăng lên, các loại hư hỏng hay hỏng hóc là không thể tránh khỏi.
Hình 2 Tỷ lệ chi phí sửa chữa của từng thành phần của thiết bị điện gió
Hình 3 Tỷ lệ thời gian ngừng hoạt động của các thành phần khác nhau của thiết bị điện gió
Có thể thấy từ Hình 2 và Hình 3 [6] rằng thời gian ngừng hoạt động do lưỡi dao, hộp số và máy phát điện gây ra chiếm hơn 87% tổng thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch, và chi phí bảo trì chiếm hơn 3 trong tổng chi phí bảo trì./4.Do đó, trong việc giám sát tình trạng, chẩn đoán lỗi và quản lý sức khỏe của tuabin gió, cánh quạt, hộp số và máy phát điện là ba thành phần chính cần được quan tâm.Ủy ban chuyên môn về năng lượng gió của Hiệp hội năng lượng tái tạo Trung Quốc đã chỉ ra trong một cuộc khảo sát năm 2012 về chất lượng vận hành của thiết bị điện gió quốc gia [6] rằng các dạng hư hỏng của cánh quạt phong điện chủ yếu bao gồm nứt, sét đánh, gãy, v.v., và nguyên nhân của sự hỏng hóc bao gồm thiết kế, Bản thân và các yếu tố bên ngoài trong quá trình giới thiệu và phục vụ các giai đoạn sản xuất, chế tạo và vận chuyển.Chức năng chính của hộp số là sử dụng ổn định năng lượng gió ở tốc độ thấp để phát điện và tăng tốc độ trục chính.Trong quá trình hoạt động của tuabin gió, hộp giảm tốc dễ bị hỏng do tác động của ứng suất xen kẽ và tải trọng va đập [7].Các lỗi thường gặp của hộp số bao gồm lỗi bánh răng và lỗi ổ trục.Các lỗi về hộp số hầu hết đều bắt nguồn từ các ổ trục.Vòng bi là thành phần quan trọng của hộp số, và việc hỏng hóc của chúng thường gây ra những thiệt hại nghiêm trọng cho hộp số.Các hư hỏng của ổ trục chủ yếu bao gồm bong tróc do mỏi, mòn, gãy, bong keo, hư hỏng lồng, ... [8], trong đó bong tróc và mòn mỏi là hai dạng hư hỏng phổ biến nhất của ổ lăn.Các hư hỏng phổ biến nhất của bánh răng bao gồm mòn, mỏi bề mặt, gãy, vỡ.Các sự cố của hệ thống máy phát điện được chia thành lỗi động cơ và lỗi cơ khí [9].Các hư hỏng cơ khí chủ yếu bao gồm hư hỏng rôto và hỏng ổ trục.Các hư hỏng của rôto chủ yếu bao gồm mất cân bằng rôto, đứt rôto và lỏng cao su.Các loại lỗi động cơ có thể được chia thành lỗi điện và lỗi cơ khí.Các sự cố về điện bao gồm ngắn mạch cuộn dây rôto / stato, hở mạch do thanh rôto bị gãy, máy phát quá nhiệt, v.v ...;lỗi cơ học bao gồm rung máy phát quá mức, ổ trục quá nóng, hư hỏng cách điện, mài mòn nghiêm trọng, v.v.
Thời gian đăng bài: 8-30-2021
