Wind Power Network News : Résumé : Cet article passe en revue l'état actuel du développement du diagnostic des pannes et de la surveillance de l'état des trois principaux composants de la chaîne d'entraînement des éoliennes : les pales composites, les boîtes de vitesses et les générateurs, et résume l'état actuel de la recherche et les principales aspects de cette méthode de terrain.Les principales caractéristiques des défauts, les formes de défauts et les difficultés de diagnostic des trois principaux composants des pales composites, des boîtes de vitesses et des générateurs dans les équipements éoliens sont résumées, ainsi que les méthodes existantes de diagnostic des défauts et de surveillance de l'état, et enfin les perspectives d'orientation du développement de ce domaine.
0 Préface
Grâce à l'énorme demande mondiale d'énergie propre et renouvelable et aux progrès considérables de la technologie de fabrication des équipements éoliens, la capacité installée mondiale de l'énergie éolienne continue d'augmenter régulièrement.Selon les statistiques de la Global Wind Energy Association (GWEC), à la fin de 2018, la capacité installée mondiale d'énergie éolienne a atteint 597 GW, dont la Chine est devenue le premier pays avec une capacité installée de plus de 200 GW, atteignant 216 GW , représentant plus de 36 % de la capacité installée mondiale totale.%, il maintient sa position de premier éolien mondial et c'est un véritable pays éolien.
À l'heure actuelle, un facteur important entravant le développement sain et continu de l'industrie éolienne est que les équipements éoliens nécessitent un coût par unité de production d'énergie plus élevé que les combustibles fossiles traditionnels.Le lauréat du prix Nobel de physique et ancien secrétaire américain à l'énergie Zhu Diwen a souligné la rigueur et la nécessité d'une garantie de sécurité de fonctionnement des équipements éoliens à grande échelle, et les coûts élevés d'exploitation et de maintenance sont des problèmes importants qui doivent être résolus dans ce domaine [1] .Les équipements éoliens sont principalement utilisés dans des zones reculées ou des zones offshore inaccessibles aux personnes.Avec le développement de la technologie, les équipements éoliens continuent de se développer dans le sens d'un développement à grande échelle.Le diamètre des pales d'éoliennes ne cesse d'augmenter, entraînant l'augmentation de la distance entre le sol et la nacelle où sont installés des équipements importants.Cela a apporté de grandes difficultés à l'exploitation et à la maintenance des équipements éoliens et a fait grimper le coût de maintenance de l'unité.En raison des différences entre l'état technique global et les conditions des parcs éoliens des équipements éoliens dans les pays occidentaux développés, les coûts d'exploitation et de maintenance des équipements éoliens en Chine continuent de représenter une proportion élevée des revenus.Pour les éoliennes terrestres d'une durée de vie de 20 ans, le coût de maintenance Le revenu total des parcs éoliens représente 10 % à 15 % ;pour les parcs éoliens offshore, la proportion atteint 20 % ~ 25 %[2].Le coût élevé d'exploitation et de maintenance de l'énergie éolienne est principalement déterminé par le mode d'exploitation et de maintenance des équipements éoliens.À l'heure actuelle, la plupart des parcs éoliens adoptent la méthode de l'entretien régulier.Les défaillances potentielles ne peuvent pas être découvertes à temps, et la maintenance répétée d'équipements intacts augmentera également le fonctionnement et la maintenance.Coût.De plus, il est impossible de déterminer la source du défaut à temps et ne peut être étudié qu'un par un par divers moyens, ce qui entraînera également d'énormes coûts d'exploitation et de maintenance.Une solution à ce problème consiste à développer un système de surveillance de la santé structurelle (SHM) pour les éoliennes afin de prévenir les accidents catastrophiques et de prolonger la durée de vie des éoliennes, réduisant ainsi le coût unitaire de production d'énergie de l'énergie éolienne.Par conséquent, pour l'industrie éolienne, il est impératif de développer un système SHM.
1. État actuel du système de surveillance des équipements éoliens
Il existe de nombreux types de structures d'équipements éoliens, notamment : les éoliennes asynchrones à double alimentation (éoliennes à vitesse variable et à pas variable), les éoliennes synchrones à aimants permanents à entraînement direct et les éoliennes synchrones à entraînement semi-direct.Par rapport aux éoliennes à entraînement direct, les éoliennes asynchrones à double alimentation comprennent un équipement à vitesse variable à boîte de vitesses.Sa structure de base est illustrée à la figure 1. Ce type d'équipement éolien représente plus de 70 % des parts de marché.Par conséquent, cet article passe principalement en revue le diagnostic des pannes et la surveillance de la santé de ce type d'équipement éolien.
Figure 1 Structure de base d'une éolienne à double alimentation
Les équipements éoliens fonctionnent 24 heures sur 24 sous des charges alternées complexes telles que des rafales de vent depuis longtemps.L'environnement de service difficile a sérieusement affecté la sécurité de fonctionnement et la maintenance des équipements éoliens.La charge alternative agit sur les pales de l'éolienne et est transmise par les roulements, les arbres, les engrenages, les générateurs et d'autres composants de la chaîne de transmission, ce qui rend la chaîne de transmission extrêmement sujette aux pannes pendant le service.À l'heure actuelle, le système de surveillance largement équipé sur les équipements éoliens est le système SCADA, qui peut surveiller l'état de fonctionnement des équipements éoliens tels que le courant, la tension, la connexion au réseau et d'autres conditions, et dispose de fonctions telles que les alarmes et les rapports ;mais le système surveille l'état Les paramètres sont limités, principalement des signaux tels que le courant, la tension, la puissance, etc., et il manque encore des fonctions de surveillance des vibrations et de diagnostic des défauts pour les composants clés [3-5].Les pays étrangers, en particulier les pays occidentaux développés, ont depuis longtemps développé des équipements de surveillance de l'état et des logiciels d'analyse spécifiquement pour les équipements éoliens.Bien que la technologie nationale de surveillance des vibrations ait démarré tardivement, en raison de l'énorme demande du marché national de l'exploitation et de la maintenance à distance de l'énergie éolienne, le développement de systèmes de surveillance nationaux est également entré dans une phase de développement rapide.Le diagnostic intelligent des pannes et la protection par alerte précoce des équipements éoliens peuvent réduire les coûts et augmenter l'efficacité de l'exploitation et de la maintenance de l'énergie éolienne, et ont fait l'objet d'un consensus dans l'industrie éolienne.
2. Principales caractéristiques de défaut des équipements éoliens
L'équipement éolien est un système électromécanique complexe composé de rotors (pales, moyeux, systèmes de pas, etc.), de roulements, d'arbres principaux, de boîtes de vitesses, de générateurs, de tours, de systèmes de lacet, de capteurs, etc. Chaque composant d'une éolienne est soumis à charges alternées pendant le service.Au fur et à mesure que le temps de service augmente, divers types de dommages ou de pannes sont inévitables.
Figure 2 Le ratio des coûts de réparation de chaque composant des équipements éoliens
Figure 3 Le taux d'indisponibilité des divers composants des équipements éoliens
On peut voir sur la Figure 2 et la Figure 3 [6] que les temps d'arrêt causés par les aubes, les boîtes de vitesses et les générateurs représentaient plus de 87 % des temps d'arrêt imprévus globaux, et les coûts de maintenance représentaient plus de 3 des coûts de maintenance totaux./4.Par conséquent, dans la surveillance de l'état, le diagnostic des pannes et la gestion de la santé des éoliennes, des pales, des boîtes de vitesses et des générateurs sont les trois principaux composants auxquels il faut prêter attention.Le Comité professionnel de l'énergie éolienne de la Société chinoise des énergies renouvelables a souligné dans une enquête de 2012 sur la qualité de fonctionnement des équipements éoliens nationaux[6] que les types de défaillance des pales éoliennes comprennent principalement la fissuration, la foudre, la rupture, etc., et les causes d'échec comprennent la conception, les facteurs personnels et externes lors des étapes d'introduction et de service de la production, de la fabrication et du transport.La fonction principale de la boîte de vitesses est d'utiliser de manière stable l'énergie éolienne à basse vitesse pour la production d'électricité et d'augmenter la vitesse de la broche.Pendant le fonctionnement de l'éolienne, la boîte de vitesses est plus susceptible de tomber en panne en raison des effets de l'alternance des contraintes et de la charge d'impact [7].Les défauts courants des boîtes de vitesses comprennent les défauts d'engrenage et les défauts de roulement.Les défauts de la boîte de vitesses proviennent principalement des roulements.Les roulements sont un élément clé de la boîte de vitesses et leur défaillance provoque souvent des dommages catastrophiques à la boîte de vitesses.Les défaillances des roulements comprennent principalement le pelage par fatigue, l'usure, la rupture, le collage, les dommages à la cage, etc. [8], parmi lesquels le pelage par fatigue et l'usure sont les deux formes de défaillance les plus courantes des roulements.Les défaillances d'engrenages les plus courantes comprennent l'usure, la fatigue de surface, la casse et la rupture.Les défauts du système générateur sont divisés en défauts moteur et défauts mécaniques [9].Les défaillances mécaniques comprennent principalement les défaillances du rotor et les défaillances des roulements.Les pannes de rotor comprennent principalement le déséquilibre du rotor, la rupture du rotor et les manchons en caoutchouc desserrés.Les types de défauts moteur peuvent être divisés en défauts électriques et défauts mécaniques.Les défauts électriques incluent le court-circuit de la bobine du rotor/stator, le circuit ouvert causé par des barres de rotor cassées, la surchauffe du générateur, etc. ;les défauts mécaniques comprennent les vibrations excessives du générateur, la surchauffe des roulements, les dommages à l'isolation, l'usure grave, etc.
Heure de publication : 30 août 2021
