تحقیق در مورد عیب یابی و پایش سلامت تجهیزات برق بادی

اخبار شبکه برق باد: چکیده: این مقاله به بررسی وضعیت فعلی توسعه تشخیص عیب و پایش سلامت سه جزء اصلی در زنجیره محرک توربین بادی - پره‌های کامپوزیت، گیربکس و ژنراتورها می‌پردازد و وضعیت تحقیقات فعلی و اصلی را خلاصه می‌کند. جنبه های این روش میدانیمشخصات اصلی خطا، اشکال خطا و دشواری های تشخیص سه جزء اصلی پره های کامپوزیت، گیربکس و ژنراتور در تجهیزات نیروگاه بادی خلاصه شده و روش های تشخیص عیب موجود و پایش بهداشتی و در نهایت چشم اندازهای جهت توسعه این حوزه می باشد.

0 پیشگفتار

به لطف تقاضای عظیم جهانی برای انرژی پاک و تجدیدپذیر و پیشرفت قابل توجه در فناوری تولید تجهیزات برق بادی، ظرفیت نصب شده جهانی انرژی بادی به طور پیوسته در حال افزایش است.بر اساس آمار انجمن جهانی انرژی بادی (GWEC)، تا پایان سال 2018، ظرفیت نصب شده جهانی نیروگاه بادی به 597 گیگاوات رسیده است که از این میان، چین اولین کشور با ظرفیت نصب شده بیش از 200 گیگاوات بوده و به 216 گیگاوات رسیده است. ، بیش از 36 از کل ظرفیت نصب شده جهانی را تشکیل می دهد.٪، این کشور همچنان موقعیت خود را به عنوان قدرت بادی پیشرو در جهان حفظ می کند و یک کشور واقعی بادی است.

در حال حاضر، یک عامل مهم مانع از ادامه توسعه سالم صنعت برق بادی این است که تجهیزات برق بادی نسبت به سوخت‌های فسیلی سنتی به هزینه بالاتری برای هر واحد انرژی نیاز دارند.ژو دیون، برنده جایزه نوبل فیزیک و وزیر انرژی سابق ایالات متحده، به سختگیری و ضرورت تضمین ایمنی عملیات تجهیزات برق بادی در مقیاس بزرگ و هزینه های بالای بهره برداری و نگهداری از مسائل مهمی است که باید در این زمینه حل شود [1] اشاره کرد. .تجهیزات برق بادی بیشتر در مناطق دورافتاده یا مناطق دور از ساحل غیرقابل دسترس مردم استفاده می شود.با توسعه فناوری، تجهیزات برق بادی در جهت توسعه در مقیاس بزرگ به توسعه خود ادامه می دهند.قطر پره های نیروی باد همچنان در حال افزایش است و در نتیجه فاصله زمین تا ناسلی که تجهیزات مهمی در آن نصب شده است افزایش می یابد.این امر مشکلات زیادی را برای بهره برداری و نگهداری تجهیزات برق بادی به همراه داشته و هزینه تعمیر و نگهداری واحد را بالا برده است.با توجه به تفاوت بین وضعیت کلی فنی و شرایط مزرعه بادی تجهیزات نیروگاه بادی در کشورهای پیشرفته غربی، هزینه های عملیاتی و نگهداری تجهیزات برق بادی در چین همچنان سهم بالایی از درآمد را به خود اختصاص می دهد.برای توربین های بادی خشکی با عمر مفید 20 سال، هزینه تعمیر و نگهداری کل درآمد مزارع بادی 10٪ تا 15٪ است.برای مزارع بادی فراساحلی، این نسبت به 20% تا 25% می رسد[2].هزینه بالای بهره برداری و نگهداری نیروی بادی عمدتاً با نحوه عملکرد و نگهداری تجهیزات نیروگاه بادی تعیین می شود.در حال حاضر، بیشتر مزارع بادی از روش نگهداری منظم استفاده می کنند.خرابی های احتمالی را نمی توان به موقع کشف کرد و تعمیر و نگهداری مکرر تجهیزات دست نخورده نیز باعث افزایش بهره برداری و نگهداری می شود.هزینه.علاوه بر این، تعیین به موقع منشا عیب غیرممکن است و تنها با روش های مختلف می توان آن را یک به یک بررسی کرد که هزینه های عملیاتی و نگهداری هنگفتی را نیز به همراه خواهد داشت.یک راه حل برای این مشکل، توسعه یک سیستم نظارت بر سلامت ساختاری (SHM) برای توربین‌های بادی برای جلوگیری از حوادث فاجعه‌بار و افزایش طول عمر توربین‌های بادی، در نتیجه کاهش هزینه انرژی خروجی واحد انرژی بادی است.بنابراین، برای صنعت برق بادی، توسعه سیستم SHM ضروری است.

1. وضعیت فعلی سیستم نظارت بر تجهیزات برق بادی

انواع مختلفی از سازه‌های تجهیزات نیروگاه بادی وجود دارد که عمدتاً عبارتند از: توربین‌های بادی ناهمزمان با تغذیه دوگانه (توربین‌های بادی با سرعت متغیر با سرعت متغیر)، توربین‌های بادی همزمان مغناطیس دائمی محرکه مستقیم و توربین‌های بادی سنکرون نیمه مستقیم.در مقایسه با توربین‌های بادی مستقیم، توربین‌های بادی ناهمزمان با تغذیه مضاعف شامل تجهیزات سرعت متغیر گیربکس هستند.ساختار اصلی آن در شکل 1 نشان داده شده است. این نوع تجهیزات برق بادی بیش از 70 درصد از سهم بازار را به خود اختصاص داده است.بنابراین، این مقاله عمدتاً به بررسی عیب‌یابی و پایش سلامت این نوع تجهیزات برق بادی می‌پردازد.

شکل 1 ساختار اصلی توربین بادی دو تغذیه

تجهیزات برق باد برای مدت طولانی تحت بارهای متناوب پیچیده مانند وزش باد به صورت شبانه روزی کار می کنند.محیط خشن خدمات به طور جدی بر ایمنی عملیات و نگهداری تجهیزات برق باد تأثیر گذاشته است.بار متناوب بر روی پره‌های توربین بادی تأثیر می‌گذارد و از طریق یاتاقان‌ها، شفت‌ها، چرخ دنده‌ها، ژنراتورها و سایر اجزای زنجیره انتقال منتقل می‌شود و زنجیره انتقال را به شدت مستعد خرابی در حین کار می‌کند.در حال حاضر سیستم نظارتی که به طور گسترده بر روی تجهیزات برق بادی مجهز شده است، سیستم اسکادا است که می تواند وضعیت عملکرد تجهیزات برق بادی مانند جریان، ولتاژ، اتصال به شبکه و سایر شرایط را نظارت کند و دارای عملکردهایی مانند آلارم و گزارش است.اما سیستم وضعیت را نظارت می کند پارامترها محدود هستند، عمدتا سیگنال هایی مانند جریان، ولتاژ، قدرت و غیره، و هنوز فقدان نظارت بر لرزش و عملکردهای تشخیص عیب برای اجزای کلیدی وجود دارد [3-5].کشورهای خارجی، به ویژه کشورهای توسعه یافته غربی، مدت هاست که تجهیزات نظارت بر وضعیت و نرم افزار تجزیه و تحلیل را به طور خاص برای تجهیزات برق بادی توسعه داده اند.اگرچه فناوری نظارت بر ارتعاش داخلی دیر شروع شد، که ناشی از تقاضای بازار از راه دور نیروگاه بادی عظیم داخلی و تعمیر و نگهداری است، توسعه سیستم‌های نظارت داخلی نیز وارد مرحله توسعه سریع شده است.تشخیص هوشمند خطا و حفاظت از هشدار اولیه تجهیزات برق بادی می تواند هزینه را کاهش دهد و کارایی عملیات و نگهداری نیروی بادی را افزایش دهد و در صنعت برق بادی اتفاق نظر را به دست آورده است.

2. مشخصات خطای اصلی تجهیزات برق بادی

تجهیزات برق باد یک سیستم پیچیده الکترومکانیکی متشکل از روتورها (تیغه ها، هاب ها، سیستم های گام و غیره)، یاتاقان ها، شفت های اصلی، گیربکس ها، ژنراتورها، برج ها، سیستم های انحرافی، سنسورها و غیره است. هر یک از اجزای یک توربین بادی در معرض بارهای متناوب در حین سرویسبا افزایش زمان سرویس، انواع آسیب ها یا خرابی ها اجتناب ناپذیر است.

شکل 2 نسبت هزینه تعمیر هر جزء از تجهیزات برق بادی

شکل 3 نسبت خرابی اجزای مختلف تجهیزات برق بادی

از شکل 2 و شکل 3 [6] می توان دریافت که زمان خاموشی ناشی از تیغه ها، گیربکس ها و ژنراتورها بیش از 87 درصد از کل خرابی های برنامه ریزی نشده را تشکیل می دهد و هزینه های تعمیر و نگهداری بیش از 3 هزینه کل تعمیر و نگهداری را شامل می شود./4.بنابراین در پایش وضعیت، تشخیص عیب و مدیریت سلامت توربین‌های بادی، تیغه‌ها، گیربکس‌ها و ژنراتورها سه مؤلفه اصلی هستند که باید به آن توجه شود.کمیته حرفه ای انرژی بادی انجمن انرژی های تجدیدپذیر چین در یک نظرسنجی در سال 2012 در مورد کیفیت عملکرد تجهیزات ملی انرژی بادی[6] اشاره کرد که انواع خرابی پره های برق باد عمدتاً شامل ترک خوردگی، برخورد صاعقه، شکستن و غیره است، و علل شکست شامل طراحی، خود و عوامل خارجی در مراحل معرفی و خدمات تولید، ساخت و حمل و نقل است.عملکرد اصلی گیربکس استفاده پایدار از انرژی باد با سرعت کم برای تولید برق و افزایش سرعت اسپیندل است.در حین کار توربین بادی، گیربکس به دلیل اثرات تنش متناوب و بار ضربه ای بیشتر مستعد خرابی است [7].عیوب رایج گیربکس ها شامل عیوب دنده و یاتاقان می باشد.عیوب گیربکس بیشتر از یاتاقان ها سرچشمه می گیرد.یاتاقان ها جزء اصلی گیربکس هستند و خرابی آنها اغلب باعث آسیب فاجعه بار به گیربکس می شود.خرابی یاتاقان ها عمدتاً شامل لایه برداری ناشی از خستگی، سایش، شکستگی، چسباندن، آسیب قفس و غیره است [8] که در میان آنها لایه برداری خستگی و سایش دو شکل رایج خرابی بلبرینگ های غلتشی هستند.شایع ترین خرابی های دنده شامل سایش، خستگی سطح، شکستگی و شکستگی است.عیوب سیستم ژنراتور به دو دسته عیب موتور و عیوب مکانیکی تقسیم می شود [9].خرابی های مکانیکی عمدتاً شامل خرابی روتور و خرابی بلبرینگ است.خرابی های روتور عمدتاً شامل عدم تعادل روتور، پارگی روتور و شل بودن آستین های لاستیکی است.انواع عیوب موتور را می توان به عیوب الکتریکی و عیوب مکانیکی تقسیم کرد.خطاهای الکتریکی شامل اتصال کوتاه سیم پیچ روتور/استاتور، مدار باز ناشی از شکستگی میله های روتور، گرم شدن بیش از حد ژنراتور و غیره می باشد.عیوب مکانیکی شامل لرزش بیش از حد ژنراتور، گرمای بیش از حد یاتاقان، آسیب عایق، سایش جدی و غیره است.