風力ネットワークニュース：要約：このペーパーでは、風力タービンドライブチェーンの3つの主要コンポーネントである複合ブレード、ギアボックス、および発電機の障害診断とヘルスモニタリングの開発の現状をレビューし、現在の研究状況と主要なものを要約します。このフィールドメソッドの側面。風力発電設備の複合ブレード、ギアボックス、発電機の3つの主要コンポーネントの主な故障特性、故障形態、診断の難しさ、および既存の故障診断と健康監視方法、そして最後にこの分野の開発方向の見通しを要約します。
0序文
クリーンで再生可能なエネルギーに対する世界的な巨大な需要と風力発電設備製造技術の大幅な進歩のおかげで、風力発電の世界的な設備容量は着実に増加し続けています。世界風力エネルギー協会（GWEC）の統計によると、2018年末現在、風力発電の世界の設備容量は597 GWに達し、そのうち中国は200 GWを超える設備容量を持つ最初の国となり、216GWに達しました。 、全世界の設備容量の36以上を占めています。％、それは世界をリードする風力発電としての地位を維持し続けており、それは真の風力発電国です。
現在、風力発電産業の継続的な健全な発展を妨げる重要な要因は、風力発電設備が従来の化石燃料よりもエネルギー出力の単位あたりのコストが高いことです。ノーベル物理学賞を受賞した元米国エネルギー長官の朱ディウェン氏は、大規模な風力発電設備の運転安全保証の厳格さと必要性を指摘し、高い運転維持費はこの分野で解決する必要のある重要な問題です[1]。 。風力発電設備は、主に人がアクセスできない遠隔地やオフショア地域で使用されます。技術の進歩に伴い、風力発電設備は大規模な開発の方向に発展し続けています。風力発電のブレードの直径は拡大し続けており、その結果、地面から重要な機器が設置されているナセルまでの距離が長くなっています。これは風力発電設備の運用と保守に大きな困難をもたらし、ユニットの保守コストを押し上げました。西側先進国の風力発電設備の全体的な技術的状況と風力発電所の状態の違いにより、中国の風力発電設備の運用と保守のコストは引き続き収益の高い割合を占めています。耐用年数が20年の陸上風力タービンの場合、維持費は風力発電所の総収入が10％〜15％を占める。洋上風力発電所の場合、その割合は20％〜25％と高くなっています[2]。風力発電の高い運用および保守コストは、主に風力発電設備の運用および保守モードによって決定されます。現在、ほとんどの風力発電所は定期的なメンテナンスの方法を採用しています。潜在的な障害を時間内に発見することはできず、無傷の機器を繰り返し保守することで、運用と保守も増加します。費用。また、故障の原因を時間内に特定することは不可能であり、さまざまな方法で1つずつ調査することしかできないため、運用と保守に莫大なコストがかかります。この問題の解決策の1つは、風力タービンの構造ヘルスモニタリング（SHM）システムを開発して、壊滅的な事故を防ぎ、風力タービンの耐用年数を延ばし、風力発電の単位エネルギー出力コストを削減することです。したがって、風力発電業界では、SHMシステムの開発が不可欠です。
1.風力発電設備監視システムの現状
風力発電設備の構造には多くの種類があり、主に次のものが含まれます：二重給電非同期風力タービン（可変速可変ピッチ走行風力タービン）、直接駆動永久磁石同期風力タービン、および半直接駆動同期風力タービン。直接駆動風力タービンと比較して、二重給電非同期風力タービンにはギアボックス可変速装置が含まれています。その基本構造を図1に示します。このタイプの風力発電設備は市場シェアの70％以上を占めています。したがって、この記事では主に、このタイプの風力発電装置の故障診断とヘルスモニタリングについて説明します。
図1二重給電風力タービンの基本構造
風力発電設備は、突風などの複雑な交互負荷の下で24時間稼働しています。過酷なサービス環境は、風力発電設備の操作の安全性とメンテナンスに深刻な影響を及ぼしています。交互の負荷は風力タービンのブレードに作用し、ベアリング、シャフト、ギア、発電機、およびトランスミッションチェーン内の他のコンポーネントを介して伝達されるため、トランスミッションチェーンはサービス中に非常に故障しやすくなります。現在、風力発電設備に広く搭載されている監視システムは、電流、電圧、グリッド接続などの風力発電設備の動作状態を監視できるSCADAシステムであり、アラームやレポートなどの機能を備えています。しかし、システムはステータスを監視します。パラメータは制限されており、主に電流、電圧、電力などの信号であり、主要コンポーネントの振動監視および障害診断機能がまだ不足しています[3-5]。外国、特に西側の先進国は、風力発電装置専用の状態監視装置と分析ソフトウェアを長い間開発してきました。国内の振動監視技術は、国内の巨大な風力発電の遠隔操作および保守市場の需要に牽引されて遅れて開始されましたが、国内の監視システムの開発も急速な発展の段階に入っています。風力発電設備のインテリジェントな故障診断と早期警告保護は、風力発電の運用と保守のコストを削減し、効率を高めることができ、風力発電業界でコンセンサスを得ています。
2.風力発電設備の主な故障特性
風力発電装置は、ローター（ブレード、ハブ、ピッチシステムなど）、ベアリング、メインシャフト、ギアボックス、発電機、タワー、ヨーシステム、センサーなどで構成される複雑な電気機械システムです。風力タービンの各コンポーネントは、サービス中の交互の負荷。サービス時間が長くなると、さまざまな種類の損傷や故障が避けられません。
図2風力発電設備の各コンポーネントの修理費比率
図3風力発電設備のさまざまなコンポーネントのダウンタイム率
図2と図3[6]から、ブレード、ギアボックス、および発電機によって引き起こされるダウンタイムが計画外のダウンタイム全体の87％以上を占め、メンテナンスコストがメンテナンスコスト全体の3つ以上を占めていることがわかります。/4。したがって、状態監視では、風力タービン、ブレード、ギアボックス、および発電機の障害診断とヘルス管理が、注意を払う必要のある3つの主要なコンポーネントです。中国再生可能エネルギー協会の風力エネルギー専門委員会は、国の風力発電設備の動作品質に関する2012年の調査[6]で、風力発電ブレードの故障タイプには主にひび割れ、落雷、破損などが含まれると指摘しました。故障の原因には、設計、生産、製造、輸送の導入およびサービス段階での自己および外部要因が含まれます。ギアボックスの主な機能は、低速の風力エネルギーを安定して発電に使用し、スピンドル速度を上げることです。風力タービンの運転中、ギアボックスは、交互の応力と衝撃荷重の影響により、故障しやすくなります[7]。ギアボックスの一般的な障害には、ギアの障害とベアリングの障害が含まれます。ギアボックスの障害は主にベアリングに起因します。ベアリングはギアボックスの重要なコンポーネントであり、ベアリングの故障はギアボックスに壊滅的な損傷を引き起こすことがよくあります。軸受の故障には、主に疲労剥離、摩耗、破壊、接着、ケージの損傷などがあります[8]。そのうち、疲労剥離と摩耗は、転がり軸受の2つの最も一般的な故障形態です。最も一般的な歯車の故障には、摩耗、表面疲労、破損、破損などがあります。発電機システムの故障は、モーター故障と機械的故障に分けられます[9]。機械的な故障には、主にローターの故障とベアリングの故障が含まれます。ローターの故障には、主にローターの不均衡、ローターの破裂、ゴムスリーブの緩みなどがあります。モーターの故障の種類は、電気的故障と機械的故障に分けることができます。電気的障害には、ローター/ステーターコイルの短絡、ローターバーの破損による開回路、発電機の過熱などが含まれます。機械的な故障には、発電機の過度の振動、ベアリングの過熱、絶縁損傷、深刻な摩耗などがあります。
投稿時間：2021年8月30日
