البحث في تشخيص الأعطال والمراقبة الصحية لمعدات طاقة الرياح

أخبار شبكة طاقة الرياح: الملخص: تستعرض هذه الورقة الوضع الحالي لتطوير تشخيص الأعطال والمراقبة الصحية للمكونات الثلاثة الرئيسية في سلسلة محرك توربينات الرياح - الشفرات المركبة ، وعلب التروس ، والمولدات ، وتلخص حالة البحث الحالية والرئيسية جوانب هذه الطريقة الميدانية.يتم تلخيص الخصائص الرئيسية للخطأ ، وأشكال الخطأ وصعوبات التشخيص للمكونات الرئيسية الثلاثة للشفرات المركبة ، وعلب التروس والمولدات في معدات طاقة الرياح ، وتشخيص الأعطال الحالية وطرق مراقبة الصحة ، وأخيراً آفاق اتجاه تطوير هذا المجال.

0 مقدمة

بفضل الطلب العالمي الهائل على الطاقة النظيفة والمتجددة والتقدم الكبير في تكنولوجيا تصنيع معدات طاقة الرياح ، تستمر القدرة العالمية المركبة لطاقة الرياح في الارتفاع باطراد.وفقًا لإحصاءات الجمعية العالمية لطاقة الرياح (GWEC) ، اعتبارًا من نهاية عام 2018 ، وصلت السعة العالمية المركبة لطاقة الرياح إلى 597 جيجاوات ، أصبحت الصين منها أول دولة بقدرة مركبة تزيد عن 200 جيجاوات ، لتصل إلى 216 جيجاوات. ، وهو ما يمثل أكثر من 36 من إجمالي السعة العالمية المركبة.٪ ، تواصل الحفاظ على مكانتها كقوة رياح رائدة في العالم ، وهي دولة طاقة رياح حقيقية.

في الوقت الحالي ، هناك عامل مهم يعيق التطور الصحي المستمر لصناعة طاقة الرياح وهو أن معدات طاقة الرياح تتطلب تكلفة أعلى لكل وحدة من إنتاج الطاقة من الوقود الأحفوري التقليدي.أشار تشو ديوين الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء ووزير الطاقة الأمريكي السابق تشو ديوين إلى صرامة وضرورة ضمان سلامة تشغيل معدات طاقة الرياح على نطاق واسع ، وتكاليف التشغيل والصيانة المرتفعة من القضايا المهمة التي تحتاج إلى حل في هذا المجال [1] .تستخدم معدات طاقة الرياح في الغالب في المناطق النائية أو المناطق البحرية التي يتعذر على الناس الوصول إليها.مع تطور التكنولوجيا ، تستمر معدات طاقة الرياح في التطور في اتجاه التنمية على نطاق واسع.يستمر قطر ريش طاقة الرياح في الزيادة ، مما يؤدي إلى زيادة المسافة من الأرض إلى الكنة حيث يتم تثبيت المعدات الهامة.وقد أدى ذلك إلى صعوبات كبيرة في تشغيل وصيانة معدات طاقة الرياح ورفع تكلفة صيانة الوحدة.نظرًا للاختلافات بين الوضع التقني العام وظروف مزرعة الرياح لمعدات طاقة الرياح في الدول الغربية المتقدمة ، فإن تكاليف تشغيل وصيانة معدات طاقة الرياح في الصين لا تزال تمثل نسبة عالية من الإيرادات.بالنسبة لتوربينات الرياح البرية التي يبلغ عمرها الافتراضي 20 عامًا ، فإن تكلفة الصيانة يمثل إجمالي دخل مزارع الرياح 10٪ ~ 15٪ ؛بالنسبة لمزارع الرياح البحرية ، تصل النسبة إلى 20٪ ~ 25٪ [2].يتم تحديد التكلفة العالية للتشغيل والصيانة لطاقة الرياح بشكل أساسي من خلال وضع التشغيل والصيانة لمعدات طاقة الرياح.في الوقت الحاضر ، تعتمد معظم مزارع الرياح طريقة الصيانة الدورية.لا يمكن اكتشاف الأعطال المحتملة في الوقت المناسب ، كما أن الصيانة المتكررة للمعدات السليمة ستزيد من التشغيل والصيانة.كلفة.بالإضافة إلى ذلك ، من المستحيل تحديد مصدر الخطأ في الوقت المناسب ، ولا يمكن التحقيق فيه إلا واحدًا تلو الآخر من خلال مجموعة متنوعة من الوسائل ، والتي ستجلب أيضًا تكاليف تشغيل وصيانة ضخمة.يتمثل أحد الحلول لهذه المشكلة في تطوير نظام مراقبة الصحة الهيكلية (SHM) لتوربينات الرياح لمنع الحوادث الكارثية وإطالة عمر خدمة توربينات الرياح ، وبالتالي تقليل تكلفة إنتاج طاقة الوحدة لطاقة الرياح.لذلك ، بالنسبة لصناعة طاقة الرياح ، من الضروري تطوير نظام SHM.

1. الوضع الحالي لنظام مراقبة معدات طاقة الرياح

هناك العديد من أنواع هياكل معدات طاقة الرياح ، بما في ذلك بشكل أساسي: توربينات الرياح غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة (توربينات الرياح متغيرة السرعة متغيرة الملعب) ، توربينات الرياح المتزامنة ذات المغناطيس الدائم المباشر ، وتوربينات الرياح المتزامنة شبه المباشرة.بالمقارنة مع توربينات الرياح ذات الدفع المباشر ، تشتمل توربينات الرياح غير المتزامنة ذات التغذية المزدوجة على معدات متغيرة السرعة لصندوق التروس.يظهر هيكلها الأساسي في الشكل 1. هذا النوع من معدات طاقة الرياح يمثل أكثر من 70٪ من حصة السوق.لذلك ، تستعرض هذه المقالة بشكل أساسي تشخيص الأخطاء والمراقبة الصحية لهذا النوع من معدات طاقة الرياح.

الشكل 1 الهيكل الأساسي لتوربينات الرياح ذات التغذية المزدوجة

تعمل معدات طاقة الرياح على مدار الساعة في ظل أحمال متناوبة معقدة مثل هبوب الرياح لفترة طويلة.لقد أثرت بيئة الخدمة القاسية بشكل خطير على سلامة التشغيل وصيانة معدات طاقة الرياح.يعمل الحمل المتناوب على شفرات توربينات الرياح وينتقل من خلال المحامل والأعمدة والتروس والمولدات والمكونات الأخرى في سلسلة النقل ، مما يجعل سلسلة النقل معرضة بشدة للفشل أثناء الخدمة.في الوقت الحالي ، نظام المراقبة المجهز على نطاق واسع بمعدات طاقة الرياح هو نظام SCADA ، والذي يمكنه مراقبة حالة تشغيل معدات طاقة الرياح مثل التيار والجهد واتصال الشبكة وغيرها من الظروف ، وله وظائف مثل الإنذارات والتقارير ؛لكن النظام يراقب الحالة المعلمات محدودة ، بشكل أساسي إشارات مثل التيار والجهد والطاقة وما إلى ذلك ، ولا يزال هناك نقص في وظائف مراقبة الاهتزازات وتشخيص الأعطال للمكونات الرئيسية [3-5].الدول الأجنبية ، وخاصة الدول الغربية المتقدمة ، طورت منذ فترة طويلة معدات مراقبة الحالة وبرامج التحليل خصيصًا لمعدات طاقة الرياح.على الرغم من أن تقنية مراقبة الاهتزازات المحلية بدأت متأخرة ، مدفوعة بالطلب الضخم لسوق التشغيل والصيانة عن بعد لطاقة الرياح المحلية ، فقد دخل تطوير أنظمة المراقبة المحلية أيضًا في مرحلة التطور السريع.يمكن أن يؤدي التشخيص الذكي للخطأ وحماية الإنذار المبكر لمعدات طاقة الرياح إلى تقليل التكلفة وزيادة كفاءة تشغيل وصيانة طاقة الرياح ، وقد اكتسب إجماعًا في صناعة طاقة الرياح.

2. خصائص الخطأ الرئيسي لمعدات طاقة الرياح

معدات طاقة الرياح عبارة عن نظام كهروميكانيكي معقد يتكون من دوارات (شفرات ، محاور ، أنظمة ميل ، إلخ) ، محامل ، أعمدة رئيسية ، علب تروس ، مولدات ، أبراج ، أنظمة انحراف ، أجهزة استشعار ، إلخ. الأحمال المتناوبة أثناء الخدمة.مع زيادة وقت الخدمة ، لا مفر من أنواع مختلفة من التلف أو الفشل.

الشكل 2 نسبة تكلفة الإصلاح لكل مكون من مكونات معدات طاقة الرياح

الشكل 3 نسبة وقت التوقف عن العمل لمختلف مكونات معدات طاقة الرياح

يمكن أن نرى من الشكل 2 والشكل 3 [6] أن وقت التوقف عن العمل الناجم عن الشفرات وعلب التروس والمولدات يمثل أكثر من 87 ٪ من إجمالي وقت التعطل غير المخطط له ، وتكاليف الصيانة تمثل أكثر من 3 من إجمالي تكاليف الصيانة./ 4.لذلك ، في مراقبة الحالة ، فإن تشخيص الأخطاء والإدارة الصحية لتوربينات الرياح والشفرات وعلب التروس والمولدات هي المكونات الثلاثة الرئيسية التي يجب الانتباه إليها.أشارت اللجنة المهنية لطاقة الرياح التابعة لجمعية الطاقة المتجددة الصينية في دراسة استقصائية أجريت عام 2012 حول جودة تشغيل معدات طاقة الرياح الوطنية [6] إلى أن أنواع فشل ريش طاقة الرياح تشمل بشكل أساسي التكسير ، والصواعق ، والكسر ، وما إلى ذلك ، و تشمل أسباب الفشل التصميم والعوامل الذاتية والخارجية أثناء مراحل التقديم والخدمة للإنتاج والتصنيع والنقل.تتمثل الوظيفة الرئيسية لعلبة التروس في الاستخدام المستقر لطاقة الرياح منخفضة السرعة لتوليد الطاقة وزيادة سرعة المغزل.أثناء تشغيل توربينات الرياح ، يكون صندوق التروس أكثر عرضة للفشل بسبب تأثيرات الضغط المتناوب وحمل الصدم [7].تشمل الأخطاء الشائعة في علب التروس أعطال التروس وأعطال المحمل.تنشأ أخطاء علبة التروس في الغالب من المحامل.تعتبر المحامل مكونًا رئيسيًا في علبة التروس ، وغالبًا ما يتسبب فشلها في حدوث أضرار كارثية لعلبة التروس.تشمل حالات فشل المحامل بشكل أساسي التقشير الناتج عن الإجهاد ، والتآكل ، والكسر ، والالتصاق ، وتلف القفص ، وما إلى ذلك.تشمل أعطال التروس الأكثر شيوعًا التآكل وإجهاد السطح والكسر والكسر.تنقسم أعطال نظام المولد إلى أعطال في المحرك وأعطال ميكانيكية [9].تشمل الأعطال الميكانيكية بشكل أساسي أعطال الدوار وفشل المحمل.تشمل حالات فشل الدوار بشكل أساسي عدم توازن الدوار ، وتمزق الدوار ، والأكمام المطاطية السائبة.يمكن تقسيم أنواع أعطال المحرك إلى أعطال كهربائية وأعطال ميكانيكية.تشمل الأعطال الكهربائية قصر الدائرة للملف الدوار / الجزء الثابت ، الدائرة المفتوحة الناتجة عن قضبان الدوار المكسورة ، سخونة المولد الزائدة ، إلخ ؛تشمل العيوب الميكانيكية الاهتزاز المفرط للمولد ، وارتفاع درجة حرارة المحمل ، وتلف العزل ، والتآكل الخطير ، وما إلى ذلك.