Vėjo energijos tinklo naujienos: Santrauka: Šiame dokumente apžvelgiama dabartinė trijų pagrindinių vėjo turbinos pavaros grandinės komponentų – sudėtinių mentelių, pavarų dėžių ir generatorių – gedimų diagnostikos ir sveikatos stebėjimo būklė, apibendrinama dabartinė tyrimų būklė ir pagrindiniai šio lauko metodo aspektai.Apibendrinamos trijų pagrindinių vėjo jėgainių kompozitinių menčių, pavarų dėžių ir generatorių komponentų gedimų charakteristikos, gedimų formos ir diagnostikos sunkumai, esami gedimų diagnostikos ir sveikatos stebėjimo metodai, galiausiai šios srities plėtros krypties perspektyvos.
0 Pratarmė
Dėl didžiulės pasaulinės švarios ir atsinaujinančios energijos poreikio ir didelės vėjo energijos įrangos gamybos technologijos pažangos pasaulinė instaliuota vėjo energijos galia ir toliau nuolat auga.Remiantis Pasaulinės vėjo energijos asociacijos (GWEC) statistika, 2018 m. pabaigoje pasaulinė vėjo energijos instaliuota galia siekė 597 GW, iš kurių Kinija tapo pirmąja šalimi, kurios instaliuota galia viršijo 200 GW, pasiekusi 216 GW. , kuri sudaro daugiau nei 36 viso pasaulio įrengtų pajėgumų.%, ji ir toliau išlaiko savo pozicijas kaip pirmaujanti vėjo jėgainė pasaulyje ir yra tikra vėjo jėgainių šalis.
Šiuo metu svarbus veiksnys, trukdantis toliau sveikai vystytis vėjo energijos pramonei, yra tai, kad vėjo energijos įrangai reikia didesnės energijos vieneto sąnaudos nei tradiciniam iškastiniam kurui.Nobelio fizikos premijos laureatas ir buvęs JAV energetikos sekretorius Zhu Diwenas atkreipė dėmesį į didelio masto vėjo jėgainių eksploatavimo saugos garantijos griežtumą ir būtinybę, o didelės eksploatacijos ir priežiūros sąnaudos yra svarbūs klausimai, kuriuos reikia išspręsti šioje srityje [1] .Vėjo jėgainių įrenginiai dažniausiai naudojami atokiose arba žmonėms nepasiekiamose jūros vietose.Tobulėjant technologijoms, vėjo jėgainių įranga toliau tobulėja plataus masto plėtros kryptimi.Vėjo elektrinių menčių skersmuo ir toliau didėja, todėl didėja atstumas nuo žemės iki galvos, kurioje sumontuota svarbi įranga.Tai sukėlė didelių sunkumų eksploatuojant ir prižiūrint vėjo jėgainių įrenginius ir padidino įrenginio priežiūros išlaidas.Dėl vėjo jėgainių įrangos bendros techninės būklės ir vėjo jėgainių sąlygų skirtumų Vakarų išsivysčiusiose šalyse, vėjo jėgainių eksploatavimo ir priežiūros sąnaudos Kinijoje ir toliau sudaro didelę pajamų dalį.Sausumos vėjo turbinų, kurių tarnavimo laikas 20 metų, priežiūros išlaidos Bendros vėjo jėgainių pajamos sudaro 10–15 %;jūros vėjo jėgainėse ši dalis siekia net 20–25 %[2].Didelę vėjo energijos eksploatavimo ir priežiūros kainą daugiausia lemia vėjo jėgainių įrenginių veikimo ir priežiūros režimas.Šiuo metu dauguma vėjo jėgainių taiko reguliarios priežiūros metodą.Galimi gedimai negali būti laiku aptikti, o pakartotinė nepažeistos įrangos priežiūra taip pat padidins eksploataciją ir priežiūrą.kaina.Be to, laiku nustatyti gedimo šaltinio neįmanoma, o tirti galima tik po vieną įvairiomis priemonėmis, o tai taip pat atneš didžiulius eksploatavimo ir priežiūros kaštus.Vienas iš šios problemos sprendimo būdų – sukurti vėjo turbinų konstrukcinės būklės stebėjimo (SHM) sistemą, kad būtų išvengta katastrofiškų nelaimingų atsitikimų ir pailgėtų vėjo turbinų tarnavimo laikas, taip sumažinant vėjo energijos vieneto energijos sąnaudas.Todėl vėjo energijos pramonei būtina sukurti SHM sistemą.
1. Vėjo jėgainių stebėjimo sistemos esama būklė
Egzistuoja daugybė vėjo energijos įrenginių konstrukcijų tipų, daugiausia įskaitant: dvigubo maitinimo asinchronines vėjo turbinas (kintamo greičio kintamo žingsnio vėjo turbinas), tiesioginės pavaros nuolatinio magneto sinchronines vėjo turbinas ir pusiau tiesioginės pavaros sinchronines vėjo turbinas.Palyginti su tiesioginės pavaros vėjo turbinomis, dvigubo maitinimo asinchroninėse vėjo turbinose yra kintamo greičio pavarų dėžė.Jo pagrindinė struktūra parodyta 1 paveiksle. Šio tipo vėjo jėgainių įranga užima daugiau nei 70 % rinkos dalies.Todėl šiame straipsnyje daugiausiai apžvelgiama tokio tipo vėjo jėgainių įrenginių gedimų diagnostika ir sveikatos stebėjimas.
1 pav. Pagrindinė dvigubo maitinimo vėjo turbinos struktūra
Vėjo jėgainės ilgą laiką veikia visą parą esant sudėtingoms kintamoms apkrovoms, tokioms kaip vėjo gūsiai.Atšiauri aptarnavimo aplinka rimtai paveikė vėjo energijos įrenginių eksploatavimo saugą ir priežiūrą.Kintamoji apkrova veikia vėjo turbinos mentes ir perduodama per guolius, velenus, krumpliaračius, generatorius ir kitus perdavimo grandinės komponentus, todėl transmisijos grandinė itin dažnai sugenda eksploatacijos metu.Šiuo metu vėjo energijos įrenginiuose plačiai įrengta stebėjimo sistema yra SCADA sistema, kuri gali stebėti vėjo energijos įrenginių veikimo būseną, pvz., srovę, įtampą, prijungimą prie tinklo ir kitas sąlygas, ir turi tokias funkcijas kaip aliarmai ir ataskaitos;bet sistema stebi būseną Parametrai yra riboti, daugiausia signalai, tokie kaip srovė, įtampa, galia ir kt., vis dar trūksta pagrindinių komponentų vibracijos stebėjimo ir gedimų diagnostikos funkcijų [3-5].Užsienio šalyse, ypač Vakarų išsivysčiusiose šalyse, jau seniai yra sukurta specialiai vėjo jėgainių įrangai skirta būklės stebėjimo įranga ir analizės programinė įranga.Nors buitinės vibracijos stebėjimo technologija buvo pradėta vėlai, dėl didžiulės vidaus vėjo energijos nuotolinio valdymo ir priežiūros paklausos, vidaus stebėjimo sistemų kūrimas taip pat įžengė į spartaus vystymosi etapą.Išmani vėjo energijos įrangos gedimų diagnostika ir išankstinio įspėjimo apsauga gali sumažinti vėjo energijos eksploatavimo ir priežiūros išlaidas ir padidinti efektyvumą, todėl vėjo energijos pramonėje sutariama.
2. Pagrindinės vėjo jėgainių gedimų charakteristikos
Vėjo jėgainė yra sudėtinga elektromechaninė sistema, susidedanti iš rotorių (menčių, stebulių, žingsnio sistemų ir kt.), guolių, pagrindinių velenų, pavarų dėžių, generatorių, bokštų, posūkio sistemų, jutiklių ir kt. Kiekvienas vėjo turbinos komponentas yra veikiamas kintamos apkrovos eksploatacijos metu.Ilgėjant aptarnavimo laikui, neišvengiama įvairių pažeidimų ar gedimų.
2 pav. Kiekvieno vėjo energijos įrangos komponento remonto sąnaudų santykis
3 pav. Įvairių vėjo jėgainių įrangos komponentų prastovų santykis
Iš 2 ir 3 paveikslų [6] matyti, kad prastovos, sukeltos peilių, pavarų dėžių ir generatorių, sudarė daugiau nei 87% visų neplanuotų prastovų, o priežiūros išlaidos – daugiau nei 3 visų priežiūros išlaidų./4.Todėl stebint vėjo turbinų būklę, gedimų diagnostiką ir sveikatos valdymą, mentės, pavarų dėžės ir generatoriai yra trys pagrindiniai komponentai, į kuriuos reikia atkreipti dėmesį.Kinijos atsinaujinančios energijos draugijos Vėjo energetikos profesionalų komitetas 2012 m. atliktame nacionalinių vėjo energijos įrenginių veikimo kokybės tyrime[6] atkreipė dėmesį į tai, kad vėjo jėgainių menčių gedimų tipai dažniausiai yra įtrūkimai, žaibo smūgiai, lūžimai ir kt. gedimo priežastys apima dizainą, save ir išorinius veiksnius gamybos, gamybos ir transportavimo įvedimo ir aptarnavimo etapuose.Pagrindinė pavarų dėžės funkcija – stabiliai panaudoti mažo greičio vėjo energiją elektros gamybai ir padidinti veleno sukimosi greitį.Vėjo turbinos veikimo metu greičių dėžė yra labiau linkusi sugesti dėl kintamos įtampos ir smūginės apkrovos poveikio [7].Dažni pavarų dėžių gedimai yra pavarų ir guolių gedimai.Pavarų dėžės gedimai dažniausiai kyla dėl guolių.Guoliai yra pagrindinė pavarų dėžės dalis, o jų gedimas dažnai sukelia katastrofiškus pavarų dėžės pažeidimus.Guolių gedimai dažniausiai yra dėl nuovargio atsilupimo, susidėvėjimo, lūžimo, klijavimo, narvo pažeidimo ir kt. [8], tarp kurių nuovargio lupimasis ir susidėvėjimas yra dvi dažniausiai pasitaikančios riedėjimo guolių gedimo formos.Dažniausiai pasitaikantys pavarų gedimai yra susidėvėjimas, paviršiaus nuovargis, lūžimas ir lūžimas.Generatoriaus sistemos gedimai skirstomi į variklio gedimus ir mechaninius [9].Mechaniniai gedimai daugiausia apima rotoriaus ir guolių gedimus.Rotoriaus gedimai dažniausiai yra rotoriaus disbalansas, rotoriaus plyšimas ir atsilaisvinusios guminės movos.Variklio gedimų tipus galima suskirstyti į elektrinius ir mechaninius.Elektros gedimai yra trumpasis rotoriaus/statoriaus ritės jungimas, atvira grandinė, atsiradusi dėl lūžusių rotoriaus strypų, generatoriaus perkaitimas ir kt.;mechaniniai gedimai yra per didelė generatoriaus vibracija, guolių perkaitimas, izoliacijos pažeidimai, didelis susidėvėjimas ir kt.
Paskelbimo laikas: 2021-08-30
