Noticias de Wind Power Network: Resumen: Este documento revisa el estado actual del desarrollo del diagnóstico de fallas y el monitoreo de la salud de los tres componentes principales en la cadena de transmisión de la turbina eólica: palas compuestas, cajas de engranajes y generadores, y resume el estado actual de la investigación y principales aspectos de este método de campo.Se resumen las principales características de falla, formas de falla y dificultades de diagnóstico de los tres componentes principales de palas compuestas, cajas de engranajes y generadores en equipos de energía eólica, y los métodos de diagnóstico de fallas y monitoreo de salud existentes, y finalmente las perspectivas para la dirección de desarrollo de este campo.
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Gracias a la enorme demanda mundial de energía limpia y renovable y al considerable progreso en la tecnología de fabricación de equipos de energía eólica, la capacidad instalada global de energía eólica continúa aumentando de manera constante.Según estadísticas de la Asociación Mundial de Energía Eólica (GWEC), a fines de 2018, la capacidad instalada global de energía eólica alcanzó los 597 GW, de los cuales China se convirtió en el primer país con una capacidad instalada de más de 200 GW, alcanzando los 216 GW. , que representan más del 36% de la capacidad instalada mundial total.%, sigue manteniendo su posición como líder mundial en energía eólica, y es un auténtico país eólico.
En la actualidad, un factor importante que obstaculiza el desarrollo continuo y saludable de la industria de la energía eólica es que los equipos de energía eólica requieren un costo por unidad de producción de energía más alto que los combustibles fósiles tradicionales.El ganador del Premio Nobel de Física y exsecretario de Energía de EE. UU., Zhu Diwen, señaló el rigor y la necesidad de garantizar la seguridad de la operación de equipos de energía eólica a gran escala, y los altos costos de operación y mantenimiento son problemas importantes que deben resolverse en este campo [1] .Los equipos de energía eólica se utilizan principalmente en áreas remotas o en alta mar que son inaccesibles para las personas.Con el desarrollo de la tecnología, los equipos de energía eólica continúan desarrollándose en la dirección del desarrollo a gran escala.El diámetro de las palas eólicas sigue aumentando, lo que se traduce en el aumento de la distancia desde el suelo hasta la góndola donde se instalan equipos importantes.Esto ha traído grandes dificultades a la operación y mantenimiento de los equipos de energía eólica y elevado el costo de mantenimiento de la unidad.Debido a las diferencias entre el estado técnico general y las condiciones de los parques eólicos de los equipos de energía eólica en los países desarrollados occidentales, los costos de operación y mantenimiento de los equipos de energía eólica en China continúan representando una alta proporción de los ingresos.Para turbinas eólicas terrestres con una vida útil de 20 años, el costo de mantenimiento Los ingresos totales de los parques eólicos representan el 10%~15%;para los parques eólicos marinos, la proporción es tan alta como 20%~25%[2].El alto costo de operación y mantenimiento de la energía eólica está determinado principalmente por el modo de operación y mantenimiento del equipo de energía eólica.En la actualidad, la mayoría de los parques eólicos adoptan el método de mantenimiento periódico.Las fallas potenciales no se pueden descubrir a tiempo, y el mantenimiento repetido del equipo intacto también aumentará la operación y el mantenimiento.costo.Además, es imposible determinar la fuente de la falla a tiempo, y solo puede investigarse uno por uno a través de una variedad de medios, lo que también generará enormes costos de operación y mantenimiento.Una solución a este problema es desarrollar un sistema de monitoreo de salud estructural (SHM) para turbinas eólicas para prevenir accidentes catastróficos y extender la vida útil de las turbinas eólicas, reduciendo así el costo unitario de producción de energía eólica.Por lo tanto, para la industria de la energía eólica es imperativo desarrollar el sistema SHM.
1. Estado actual del sistema de monitoreo de equipos de energía eólica
Hay muchos tipos de estructuras de equipos de energía eólica, que incluyen principalmente: turbinas eólicas asíncronas doblemente alimentadas (turbinas eólicas de funcionamiento de paso variable y velocidad variable), turbinas eólicas síncronas de imanes permanentes de accionamiento directo y turbinas eólicas síncronas de accionamiento semidirecto.En comparación con las turbinas eólicas de transmisión directa, las turbinas eólicas asíncronas doblemente alimentadas incluyen equipos de velocidad variable de caja de cambios.Su estructura básica se muestra en la Figura 1. Este tipo de equipos de energía eólica representan más del 70% de la cuota de mercado.Por ello, este artículo revisa principalmente el diagnóstico de averías y la monitorización del estado de este tipo de equipos de energía eólica.
Figura 1 Estructura básica de un aerogenerador doblemente alimentado
Los equipos de energía eólica han estado funcionando las 24 horas del día bajo cargas alternas complejas, como ráfagas de viento, durante mucho tiempo.El duro entorno de servicio ha afectado gravemente la seguridad operativa y el mantenimiento de los equipos de energía eólica.La carga alterna actúa sobre las palas de la turbina eólica y se transmite a través de los cojinetes, ejes, engranajes, generadores y otros componentes de la cadena de transmisión, lo que hace que la cadena de transmisión sea extremadamente propensa a fallar durante el servicio.En la actualidad, el sistema de monitoreo ampliamente equipado en equipos de energía eólica es el sistema SCADA, que puede monitorear el estado operativo de los equipos de energía eólica, como corriente, voltaje, conexión a la red y otras condiciones, y tiene funciones como alarmas e informes;pero el sistema monitorea el estado. Los parámetros son limitados, principalmente señales como corriente, voltaje, potencia, etc., y todavía faltan funciones de monitoreo de vibraciones y diagnóstico de fallas para componentes clave [3-5].Los países extranjeros, especialmente los países occidentales desarrollados, han desarrollado durante mucho tiempo equipos de monitoreo de condiciones y software de análisis específicamente para equipos de energía eólica.Aunque la tecnología de monitoreo de vibraciones domésticas comenzó tarde, impulsada por la enorme demanda del mercado de mantenimiento y operación remota de energía eólica doméstica, el desarrollo de sistemas de monitoreo doméstico también ha entrado en una etapa de rápido desarrollo.El diagnóstico inteligente de fallas y la protección de alerta temprana de los equipos de energía eólica pueden reducir el costo y aumentar la eficiencia de la operación y el mantenimiento de la energía eólica, y han ganado consenso en la industria de la energía eólica.
2. Principales características de falla de los equipos de energía eólica
El equipo de energía eólica es un sistema electromecánico complejo que consta de rotores (palas, cubos, sistemas de paso, etc.), cojinetes, ejes principales, cajas de engranajes, generadores, torres, sistemas de guiñada, sensores, etc. Cada componente de un aerogenerador está sujeto a cargas alternas durante el servicio.A medida que aumenta el tiempo de servicio, varios tipos de daños o fallas son inevitables.
Figura 2 La relación del costo de reparación de cada componente del equipo de energía eólica
Figura 3 La relación de tiempo de inactividad de varios componentes del equipo de energía eólica
Puede verse en la Figura 2 y la Figura 3 [6] que el tiempo de inactividad causado por las palas, las cajas de engranajes y los generadores representó más del 87 % del tiempo de inactividad general no planificado, y los costos de mantenimiento representaron más del 3 del total de los costos de mantenimiento./4.Por lo tanto, en el monitoreo de la condición, el diagnóstico de fallas y la gestión de la salud de las turbinas eólicas, las palas, las cajas de engranajes y los generadores son los tres componentes principales a los que se debe prestar atención.El Comité Profesional de Energía Eólica de la Sociedad China de Energía Renovable señaló en una encuesta de 2012 sobre la calidad operativa de los equipos nacionales de energía eólica[6] que los tipos de falla de las palas de energía eólica incluyen principalmente grietas, rayos, roturas, etc., y las causas de la falla incluyen factores de diseño, propios y externos durante las etapas de introducción y servicio de producción, fabricación y transporte.La función principal de la caja de cambios es utilizar de forma estable la energía eólica de baja velocidad para generar energía y aumentar la velocidad del husillo.Durante la operación de la turbina eólica, la caja de engranajes es más susceptible a fallas debido a los efectos de la tensión alterna y la carga de impacto [7].Las fallas comunes de las cajas de engranajes incluyen fallas en los engranajes y fallas en los cojinetes.Las fallas de la caja de cambios se originan principalmente en los rodamientos.Los rodamientos son un componente clave de la caja de cambios y su falla a menudo causa daños catastróficos a la caja de cambios.Las fallas de los rodamientos incluyen principalmente desprendimiento por fatiga, desgaste, fractura, pegado, daño de la jaula, etc. [8], entre los cuales el desprendimiento por fatiga y el desgaste son las dos formas de falla más comunes de los rodamientos.Las fallas de engranajes más comunes incluyen desgaste, fatiga superficial, rotura y rotura.Las fallas del sistema generador se dividen en fallas del motor y fallas mecánicas [9].Las fallas mecánicas incluyen principalmente fallas en el rotor y fallas en los cojinetes.Las fallas del rotor incluyen principalmente desequilibrio del rotor, ruptura del rotor y manguitos de goma sueltos.Los tipos de fallas del motor se pueden dividir en fallas eléctricas y fallas mecánicas.Las fallas eléctricas incluyen cortocircuito de la bobina del rotor/estator, circuito abierto causado por barras rotas del rotor, sobrecalentamiento del generador, etc.;Las fallas mecánicas incluyen vibración excesiva del generador, sobrecalentamiento de cojinetes, daños en el aislamiento, desgaste grave, etc.
Hora de publicación: 30-ago-2021
