Wind Power Network News: 초록: 이 백서는 풍력 터빈 구동 체인의 3가지 주요 구성 요소인 복합 블레이드, 기어박스 및 발전기의 결함 진단 및 상태 모니터링 개발 현황을 검토하고 현재 연구 현황 및 주요 내용을 요약합니다. 이 필드 방법의 측면.풍력기기의 복합 블레이드, 기어박스 및 발전기의 3대 구성요소의 주요 결함 특성, 결함 형태 및 진단 어려움을 요약하고 기존의 결함 진단 및 상태 모니터링 방법, 마지막으로 이 분야의 발전 방향에 대한 전망을 요약합니다.
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청정 및 재생 에너지에 대한 세계적인 수요와 풍력 장비 제조 기술의 상당한 발전 덕분에 전세계 풍력 발전 설비 용량은 꾸준히 증가하고 있습니다.세계풍력에너지협회(GWEC)의 통계에 따르면 2018년 말 기준 전 세계 풍력발전 설비용량은 597GW에 달했으며, 이 중 중국은 최초로 200GW 이상 설비용량 국가가 되어 216GW에 도달했다. , 전 세계 총 설치 용량의 36개 이상을 차지합니다.%, 세계 1위 풍력발전국의 위상을 계속 유지하고 있으며, 진정한 풍력발전국입니다.
현재 풍력 산업의 지속적인 건전한 발전을 방해하는 중요한 요소는 풍력 장비가 기존 화석 연료보다 에너지 출력 단위당 더 높은 비용을 요구한다는 것입니다.노벨 물리학상 수상자이자 전 미국 에너지부 장관인 Zhu Diwen은 대규모 풍력 발전 설비 운영 안전 보장의 엄격성과 필요성, 높은 운영 및 유지 보수 비용이 이 분야에서 해결해야 할 중요한 문제라고 지적했습니다[1] .풍력 발전 설비는 주로 사람이 접근하기 어려운 오지나 연안 지역에서 사용됩니다.기술의 발전과 함께 풍력 발전 설비는 대규모 발전 방향으로 계속 발전하고 있습니다.풍력발전 블레이드의 직경이 지속적으로 증가함에 따라 지면에서 중요한 장비가 설치되는 나셀까지의 거리가 증가하고 있습니다.이는 풍력발전설비의 운용 및 유지보수에 큰 어려움을 일으키고 설비의 유지보수 비용을 상승시켰다.서구 선진국의 풍력 장비의 전반적인 기술 상태와 풍력 발전 단지 조건의 차이로 인해 중국의 풍력 장비 운영 및 유지 보수 비용은 계속해서 높은 비율의 수익을 차지합니다.수명이 20년인 육상 풍력 터빈의 경우 유지 보수 비용이 풍력 발전 단지의 총 수입의 10%~15%를 차지합니다.해상풍력발전단지의 경우 그 비율이 20~25%에 달한다[2].풍력의 높은 운영 및 유지 보수 비용은 주로 풍력 장비의 운영 및 유지 보수 모드에 의해 결정됩니다.현재 대부분의 풍력 발전 단지는 정기 유지 보수 방식을 채택하고 있습니다.잠재적인 고장은 제 시간에 발견할 수 없으며 손상되지 않은 장비를 반복적으로 유지 관리하면 작동 및 유지 보수도 증가합니다.비용.또한, 고장의 원인을 제시간에 파악하는 것이 불가능하고, 다양한 수단을 통해 하나씩 조사할 수 밖에 없어 막대한 운영 및 유지보수 비용이 발생하게 됩니다.이 문제에 대한 한 가지 솔루션은 치명적인 사고를 방지하고 풍력 터빈의 수명을 연장하여 풍력의 단위 에너지 출력 비용을 줄이기 위해 풍력 터빈용 구조 상태 모니터링(SHM) 시스템을 개발하는 것입니다.따라서 풍력산업을 위해서는 SHM 시스템의 개발이 필수적이다.
1. 풍력설비 모니터링 시스템 현황
풍력 발전 장비 구조에는 주로 이중 급식 비동기식 풍력 터빈(가변 속도 가변 피치 구동 풍력 터빈), 직접 구동 영구 자석 동기 풍력 터빈 및 반직접 구동 동기 풍력 터빈을 비롯한 여러 유형이 있습니다.직접 구동 풍력 터빈과 비교하여 이중 공급 비동기식 풍력 터빈에는 기어박스 가변 속도 장비가 포함됩니다.기본 구조는 그림 1과 같습니다. 이러한 유형의 풍력 장비는 시장 점유율의 70% 이상을 차지합니다.따라서 이 기사에서는 이러한 유형의 풍력 발전 장비의 고장 진단 및 상태 모니터링을 주로 검토합니다.
그림 1 이중 급식 풍력 터빈의 기본 구조
풍력 발전 설비는 오랫동안 돌풍과 같은 복잡한 교번하중에서 24시간 가동되어 왔습니다.가혹한 서비스 환경은 풍력 발전 장비의 작동 안전 및 유지 보수에 심각한 영향을 미쳤습니다.교번하중은 풍력 터빈 블레이드에 작용하고 베어링, 샤프트, 기어, 발전기 및 변속기 체인의 기타 구성 요소를 통해 전달되므로 변속기 체인은 서비스 중 고장이 발생하기 쉽습니다.현재 풍력 설비에 널리 장착된 모니터링 시스템은 SCADA 시스템으로 전류, 전압, 계통 연결 및 기타 조건과 같은 풍력 설비의 작동 상태를 모니터링할 수 있고 경보 및 보고와 같은 기능을 가지고 있습니다.그러나 시스템은 상태를 모니터링합니다. 매개변수는 주로 전류, 전압, 전력 등과 같은 신호로 제한되며 주요 구성 요소에 대한 진동 모니터링 및 오류 진단 기능이 여전히 부족합니다[3-5].외국, 특히 서구 선진국은 풍력 장비를 위한 상태 모니터링 장비와 분석 소프트웨어를 오랫동안 개발했습니다.국내의 진동 모니터링 기술은 거대한 국내 풍력 원격 운전 및 유지 보수 시장 수요로 인해 늦게 시작되었지만 국내 모니터링 시스템의 개발도 급속한 발전 단계에 진입했습니다.풍력 발전 설비의 지능형 고장 진단 및 조기 경보 보호는 풍력 발전 운영 및 유지 보수의 비용을 절감하고 효율성을 높일 수 있으며 풍력 산업에서 합의를 얻었습니다.
2. 풍력 발전 설비의 주요 고장 특성
풍력 발전 장비는 로터(블레이드, 허브, 피치 시스템 등), 베어링, 메인 샤프트, 기어박스, 발전기, 타워, 요 시스템, 센서 등으로 구성된 복잡한 전자 기계 시스템입니다. 풍력 터빈의 각 구성 요소는 서비스 중 교대 부하.서비스 시간이 증가함에 따라 다양한 유형의 손상 또는 고장이 불가피합니다.
그림 2 풍력기기의 각 부품별 수리비 비율
그림 3 풍력 발전 설비의 다양한 구성 요소의 다운타임 비율
그림 2와 그림 3[6]에서 볼 수 있듯이 블레이드, 기어박스, 발전기에 의한 다운타임은 전체 계획되지 않은 다운타임의 87% 이상을 차지했으며, 유지보수 비용은 총 유지보수 비용의 3 이상을 차지했습니다./4.따라서 상태 모니터링에서 풍력 터빈, 블레이드, 기어박스 및 발전기의 결함 진단 및 상태 관리는 주의를 기울여야 하는 세 가지 주요 구성 요소입니다.중국재생에너지학회 풍력에너지전문위원회는 2012년 국가풍력발전설비의 운용품질 조사[6]에서 풍력발전 블레이드의 고장유형은 주로 균열, 낙뢰, 파손 등이 있으며, 실패의 원인은 설계, 자체 및 생산, 제조 및 운송의 도입 및 서비스 단계에서의 외부 요인이 있습니다.기어 박스의 주요 기능은 발전을 위해 저속 풍력 에너지를 안정적으로 사용하고 스핀들 속도를 높이는 것입니다.풍력 터빈이 작동하는 동안 기어박스는 교번 응력과 충격 하중의 영향으로 인해 고장에 더 취약합니다[7].기어박스의 일반적인 결함에는 기어 결함과 베어링 결함이 있습니다.기어박스 결함은 대부분 베어링에서 발생합니다.베어링은 기어박스의 핵심 구성요소이며, 베어링의 고장은 종종 기어박스에 치명적인 손상을 줍니다.베어링 파손은 주로 피로 박리, 마모, 파손, 접착, 케이지 손상 등을 포함합니다. [8] 피로 박리 및 마모는 구름 베어링의 가장 일반적인 두 가지 파손 형태입니다.가장 흔한 기어 고장에는 마모, 표면 피로, 파손 및 파손이 포함됩니다.발전기 계통의 고장은 크게 전동기 고장과 기계적 고장으로 나뉜다[9].기계적 고장은 주로 로터 고장과 베어링 고장을 포함합니다.로터 고장에는 주로 로터 불균형, 로터 파열 및 느슨한 고무 슬리브가 포함됩니다.모터 결함의 유형은 전기적 결함과 기계적 결함으로 나눌 수 있습니다.전기적 결함에는 회전자/고정자 코일의 단락, 회전자 막대 파손으로 인한 개방 회로, 발전기 과열 등이 포함됩니다.기계적 결함에는 과도한 발전기 진동, 베어링 과열, 절연 손상, 심각한 마모 등이 포함됩니다.
게시 시간: 2021년 8월 30일
