Wind Power Network News: Resumo: Este artigo revisa o status atual do desenvolvimento do diagnóstico de falhas e monitoramento da saúde dos três principais componentes da cadeia de acionamento da turbina eólica - pás compostas, caixas de engrenagens e geradores, e resume o status atual da pesquisa e os principais aspectos deste método de campo.As principais características de falhas, formas de falhas e dificuldades de diagnóstico dos três principais componentes de pás compostas, redutores e geradores em equipamentos de energia eólica são resumidas, e os métodos de diagnóstico de falhas e monitoramento de saúde existentes e, finalmente, perspectivas para a direção de desenvolvimento deste campo.
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Graças à enorme demanda global por energia limpa e renovável e ao progresso considerável na tecnologia de fabricação de equipamentos de energia eólica, a capacidade instalada global de energia eólica continua a aumentar de forma constante.Segundo estatísticas da Global Wind Energy Association (GWEC), no final de 2018, a capacidade instalada global de energia eólica atingiu 597 GW, dos quais a China se tornou o primeiro país com capacidade instalada superior a 200 GW, atingindo 216 GW , respondendo por mais de 36 da capacidade instalada global total.%, continua a manter a sua posição de líder mundial em energia eólica e é um verdadeiro país de energia eólica.
Atualmente, um fator importante que impede o desenvolvimento contínuo e saudável da indústria de energia eólica é que os equipamentos de energia eólica exigem um custo mais alto por unidade de produção de energia do que os combustíveis fósseis tradicionais.O ganhador do Prêmio Nobel de Física e ex-secretário de Energia dos EUA, Zhu Diwen, destacou o rigor e a necessidade de garantia de segurança na operação de equipamentos eólicos em grande escala, e os altos custos de operação e manutenção são questões importantes que precisam ser resolvidas neste campo [1] .Os equipamentos de energia eólica são usados principalmente em áreas remotas ou áreas offshore inacessíveis às pessoas.Com o desenvolvimento da tecnologia, os equipamentos de energia eólica continuam a se desenvolver na direção do desenvolvimento em larga escala.O diâmetro das pás eólicas continua aumentando, resultando no aumento da distância do solo à nacele onde estão instalados importantes equipamentos.Isso trouxe grandes dificuldades para a operação e manutenção dos equipamentos eólicos e elevou o custo de manutenção da unidade.Devido às diferenças entre o status técnico geral e as condições dos parques eólicos dos equipamentos de energia eólica nos países desenvolvidos ocidentais, os custos de operação e manutenção dos equipamentos de energia eólica na China continuam a representar uma alta proporção da receita.Para turbinas eólicas onshore com vida útil de 20 anos, o custo de manutenção A receita total dos parques eólicos é de 10%~15%;para parques eólicos offshore, a proporção chega a 20%~25%[2].O alto custo de operação e manutenção da energia eólica é determinado principalmente pelo modo de operação e manutenção dos equipamentos de energia eólica.Atualmente, a maioria dos parques eólicos adota o método de manutenção regular.Falhas potenciais não podem ser descobertas a tempo, e a manutenção repetida de equipamentos intactos também aumentará a operação e a manutenção.custo.Além disso, é impossível determinar a origem da falha a tempo, e só pode ser investigada uma a uma por diversos meios, o que também trará enormes custos de operação e manutenção.Uma solução para este problema é desenvolver um sistema de monitoramento de saúde estrutural (SHM) para turbinas eólicas para evitar acidentes catastróficos e prolongar a vida útil das turbinas eólicas, reduzindo assim o custo unitário de produção de energia eólica.Portanto, para a indústria de energia eólica é imperativo desenvolver o sistema SHM.
1. Status atual do sistema de monitoramento de equipamentos de energia eólica
Existem muitos tipos de estruturas de equipamentos de energia eólica, incluindo principalmente: turbinas eólicas assíncronas de alimentação dupla (turbinas eólicas de passo variável de velocidade variável), turbinas eólicas síncronas de ímã permanente de acionamento direto e turbinas eólicas síncronas de acionamento semidireto.Em comparação com as turbinas eólicas de acionamento direto, as turbinas eólicas assíncronas de alimentação dupla incluem equipamentos de velocidade variável da caixa de engrenagens.Sua estrutura básica é mostrada na Figura 1. Esse tipo de equipamento eólico responde por mais de 70% de participação de mercado.Portanto, este artigo revisa principalmente o diagnóstico de falhas e o monitoramento da saúde desse tipo de equipamento eólico.
Figura 1 Estrutura básica da turbina eólica de alimentação dupla
Os equipamentos de energia eólica operam 24 horas por dia sob cargas alternadas complexas, como rajadas de vento, há muito tempo.O ambiente de serviço severo afetou seriamente a segurança da operação e a manutenção dos equipamentos de energia eólica.A carga alternada atua nas pás do aerogerador e é transmitida através dos mancais, eixos, engrenagens, geradores e outros componentes da corrente de transmissão, tornando a corrente de transmissão extremamente propensa a falhas durante o serviço.Atualmente, o sistema de monitoramento amplamente equipado em equipamentos eólicos é o sistema SCADA, que pode monitorar o estado de operação dos equipamentos eólicos como corrente, tensão, conexão à rede e outras condições, e possui funções como alarmes e relatórios;mas o sistema monitora o status Os parâmetros são limitados, principalmente sinais como corrente, tensão, potência, etc., e ainda faltam funções de monitoramento de vibração e diagnóstico de falhas para os principais componentes [3-5].Os países estrangeiros, especialmente os países desenvolvidos ocidentais, desenvolveram há muito tempo equipamentos de monitoramento de condições e software de análise especificamente para equipamentos de energia eólica.Embora a tecnologia doméstica de monitoramento de vibração tenha começado tarde, impulsionada pela enorme demanda do mercado de operação e manutenção remota de energia eólica doméstica, o desenvolvimento de sistemas de monitoramento doméstico também entrou em um estágio de rápido desenvolvimento.O diagnóstico inteligente de falhas e a proteção de alerta antecipado de equipamentos de energia eólica podem reduzir o custo e aumentar a eficiência da operação e manutenção de energia eólica, e ganhou um consenso na indústria de energia eólica.
2. Principais características de falha de equipamentos de energia eólica
O equipamento de energia eólica é um sistema eletromecânico complexo composto por rotores (pás, cubos, sistemas de passo, etc.), mancais, eixos principais, caixas de engrenagens, geradores, torres, sistemas de guinada, sensores, etc. Cada componente de uma turbina eólica está sujeito a cargas alternadas durante o serviço.À medida que o tempo de serviço aumenta, vários tipos de danos ou falhas são inevitáveis.
Figura 2 A taxa de custo de reparo de cada componente do equipamento de energia eólica
Figura 3 A relação de tempo de inatividade de vários componentes de equipamentos de energia eólica
Pode ser visto na Figura 2 e na Figura 3 [6] que o tempo de inatividade causado por pás, redutores e geradores foi responsável por mais de 87% do tempo de inatividade total não planejado, e os custos de manutenção representaram mais de 3 dos custos totais de manutenção./4.Portanto, no monitoramento de condições, diagnóstico de falhas e gerenciamento de saúde de turbinas eólicas, pás, caixas de engrenagens e geradores são os três principais componentes que precisam ser observados.O Comitê Profissional de Energia Eólica da Sociedade Chinesa de Energia Renovável apontou em uma pesquisa de 2012 sobre a qualidade operacional dos equipamentos nacionais de energia eólica[6] que os tipos de falha de pás de energia eólica incluem principalmente rachaduras, raios, quebras, etc., e as causas da falha incluem design, fatores próprios e externos durante a introdução e os estágios de serviço de produção, fabricação e transporte.A principal função da caixa de engrenagens é usar de forma estável a energia eólica de baixa velocidade para geração de energia e aumentar a velocidade do fuso.Durante a operação do aerogerador, a caixa de engrenagens é mais suscetível a falhas devido aos efeitos de tensão alternada e carga de impacto [7].Falhas comuns de caixas de engrenagens incluem falhas de engrenagem e falhas de rolamento.As falhas da caixa de engrenagens se originam principalmente dos rolamentos.Os rolamentos são um componente-chave da caixa de engrenagens e sua falha geralmente causa danos catastróficos à caixa de engrenagens.As falhas de rolamentos incluem principalmente o descascamento por fadiga, desgaste, fratura, colagem, danos na gaiola, etc. [8], entre os quais o descascamento por fadiga e o desgaste são as duas formas de falha mais comuns dos rolamentos.As falhas de engrenagem mais comuns incluem desgaste, fadiga superficial, quebra e quebra.As falhas do sistema gerador são divididas em falhas do motor e falhas mecânicas [9].As falhas mecânicas incluem principalmente falhas de rotor e falhas de rolamento.As falhas do rotor incluem principalmente desequilíbrio do rotor, ruptura do rotor e mangas de borracha soltas.Os tipos de falhas do motor podem ser divididos em falhas elétricas e falhas mecânicas.As falhas elétricas incluem curto-circuito da bobina do rotor/estator, circuito aberto causado por barras do rotor quebradas, superaquecimento do gerador, etc.;falhas mecânicas incluem vibração excessiva do gerador, superaquecimento do rolamento, danos ao isolamento, desgaste grave, etc.
Horário da postagem: 30 de agosto de 2021
