¿Cuáles son los principales problemas (características comunes) de los aerogeneradores domésticos en la actualidad?

Con el desarrollo de la tecnología de turbinas eólicas, la tasa de fallas de las turbinas eólicas ha disminuido gradualmente. Sin embargo, en comparación con los sistemas tradicionales de generación de energía, como las turbinas de vapor, las turbinas de gas y las turbinas hidráulicas, la tasa de fallas de las turbinas eólicas es aún mayor y su funcionamiento. La confiabilidad debe mejorarse aún más. En términos generales, las turbinas eólicas son propensas a fallar debido al duro entorno de trabajo y las cargas complejas y cambiantes; las turbinas eólicas marinas son más propensas a fallar que las turbinas eólicas terrestres porque se ven afectadas por tormentas, olas y corrosión por niebla salina. Además, la frecuencia de fallos de los aerogeneradores aumenta con el tamaño del aerogenerador. Según las estadísticas, los componentes con altas tasas de fallo en las turbinas eólicas incluyen sistemas eléctricos, palas de rotor, sistemas de paso, sistemas hidráulicos, sistemas de control y cajas de cambios. La distribución de fallas de cada componente se muestra en la Figura 1. Aunque las fallas en los sistemas eléctricos y de control ocurren con frecuencia en las turbinas eólicas, el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas causado por dichas fallas es relativamente corto. Las fallas del eje principal, la caja de cambios, el generador, etc. en el sistema de transmisión a menudo requieren un tiempo de mantenimiento prolongado. Entre ellos, el tiempo de inactividad de la turbina eólica causado por fallas de la caja de cambios es el tiempo de inactividad más largo causado por fallas de diferentes componentes (. subsistemas) se muestra en la Figura 2. Mostrar.

Figura 1 Distribución de fallas causadas por componentes de aerogeneradores

Distribución de fallas causadas por diferentes componentes en aerogeneradores

Figura 2 Tiempo de inactividad causado por fallas de varios componentes del aerogenerador.

Tiempo de inactividad provocado por diferentes piezas y componentes en los aerogeneradores

1? Palas

Las palas (palas) son los componentes centrales de los aerogeneradores que captan la energía eólica. El ambiente de trabajo es terrible. Incluso cuando el ventilador funciona normalmente, las aspas a menudo soportan una gran tensión y son propensas a las siguientes fallas: mayor rugosidad de la superficie de las aspas debido a la contaminación, descamación, etc., movimiento de materiales dentro de las aspas debido a la estructura suelta y al agua de lluvia; entrando a través de grietas en las palas, lo que produce un desequilibrio en las palas. La deformación de la pala, la falla del control de paso y otras razones causan un desequilibrio aerodinámico en la superficie de la pala o grietas estructurales internas y otras fallas causadas por fatiga y rayos;

Cuando las palas se agrietan o deforman, liberarán señales de emisión acústica transitorias, no estacionarias y de alta frecuencia (generalmente 1 kHz ~ 1 MHz). Por lo tanto, las pruebas de emisiones acústicas se han aplicado con éxito a la detección y evaluación de daños en las palas. Debido a la falla de las palas, las palas del rotor están sometidas a tensiones desiguales. Estas tensiones eventualmente actuarán sobre la góndola a través de la transmisión del eje principal, provocando que la góndola se sacuda fácilmente. Caselitz P y otros instalaron múltiples sensores de vibración en el eje principal, recopilaron señales de vibración de baja frecuencia (0,1 ~ 10 Hz) y utilizaron algoritmos para analizar con éxito fallas como el desequilibrio de rotación de las palas.

2 Caja de cambios

La caja de cambios es un componente de transmisión que conecta el eje principal del ventilador y el generador. Su función es aumentar la velocidad baja en el eje principal a una velocidad relativamente alta. velocidad para satisfacer las necesidades de velocidad del generador. La caja de cambios generalmente se compone de un engranaje planetario de una etapa y una transmisión de engranajes paralelos de dos etapas. Las condiciones de trabajo son duras, las condiciones de trabajo son complejas y la potencia de transmisión es alta. Los engranajes planetarios, los cojinetes laterales del eje de alta velocidad, los cojinetes del eje intermedio, los cojinetes laterales de la transmisión de engranajes planetarios y sus sistemas de lubricación en la caja de cambios son propensos a fallar. Durante el funcionamiento de las turbinas eólicas, los engranajes son propensos a sufrir desgaste de la superficie de los dientes, rayones en la superficie de los dientes, corrosión por picaduras y rotura de los dientes debido a tensiones alternas y cargas de impacto. Los rodamientos son propensos al desgaste, al deslizamiento de la pista, al deslizamiento de los rodillos, a la desviación del aro exterior y a otras fallas. Aunque la caja de cambios no es el componente más común de una turbina eólica, su falla provoca el mayor tiempo de inactividad y reparación, y el costo de reparación es muy alto. Por lo tanto, el diagnóstico y la predicción de fallas en la caja de cambios han recibido amplia atención. Huang Q y otros diagnosticaron con éxito fallas en la caja de cambios analizando la señal de vibración de la caja de cambios y utilizando el método de red neuronal wavelet. Además, también se han propuesto métodos de análisis basados ​​en información como la temperatura de los cojinetes, la temperatura del aceite lubricante y las partículas abrasivas del aceite para la detección de fallas en la caja de cambios.

3 Motores (generadores o motores)

Los generadores doblemente alimentados y los generadores síncronos de imanes permanentes son muy utilizados en la tecnología actual de aerogeneradores. La velocidad de la turbina eólica de doble alimentación es relativamente alta y su velocidad nominal es de 1 500 r/min. Por lo tanto, se necesita una caja de cambios en la turbina para aumentar la velocidad, lo que hace que la turbina sea más pesada y provoca una cierta contaminación acústica cuando el generador funciona a alta velocidad. El motor es un generador asíncrono y el convertidor está conectado al rotor. La potencia del convertidor puede fluir en ambas direcciones. El funcionamiento de frecuencia constante y velocidad variable se logra mediante la regulación de excitación de CA del rotor.

El rango operativo de la unidad es muy amplio y se puede obtener una buena potencia de salida dentro del rango del 60 % al 110 % de la velocidad nominal.

La turbina eólica de accionamiento directo está acoplada directamente al rotor del motor a través de la rueda de viento. La velocidad del motor es baja, normalmente decenas de revoluciones por minuto. Las turbinas eólicas de accionamiento directo generalmente utilizan motores síncronos de imanes permanentes con un gran par de arranque. Los devanados del estator están conectados a la red a través de un convertidor de potencia total y la turbina funciona en un amplio rango. Sin embargo, el generador tiene una estructura compleja, gran diámetro y elevado coste. Además de los generadores, los motores eléctricos también se utilizan ampliamente en los sistemas de control de guiñada y cabeceo de las turbinas eólicas.

Las averías en los motores se suelen dividir en averías eléctricas y averías mecánicas. Las fallas eléctricas incluyen cortocircuito de devanado, circuito abierto, sobrecalentamiento, desequilibrio trifásico, etc. Las fallas mecánicas incluyen sobrecalentamiento y daño de los cojinetes, espacios de aire anormales entre el estator y el rotor, desgaste y deformación del eje, etc. Las fallas del motor se pueden detectar analizando señales como vibración, corriente y temperatura.

4 Sistemas de guiñada, cabeceo y frenado

El sistema de guiñada tiene dos funciones principales:

1) Hacer que el aerogenerador siga la dirección del viento;

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2) Dado que el seguimiento de la dirección del viento puede exponer fácilmente el cable desde la cabina al viento, el sistema de guiñada se puede utilizar para resolver el problema del enredo de cables cuando el viento es demasiado fuerte.

La función del sistema de control de paso es cambiar el par del aerogenerador para obtener fuerza aerodinámica controlando el ángulo de las palas cuando cambia la velocidad del viento, logrando así el control de potencia cuando la velocidad del viento es; demasiado alto o la turbina eólica falla cuando, ajuste las palas al estado de bandera para lograr el frenado. Los sistemas de guiñada y cabeceo funcionan con frecuencia y los cojinetes de guiñada y cabeceo soportan grandes pares de torsión. Los cojinetes de guiñada están parcialmente expuestos al medio ambiente y se dañan fácilmente por la corrosión del polvo y la niebla salina (agua). Debido a sus características de trabajo de rotación incompleta, el rodamiento de paso es propenso a una lubricación deficiente, lo que provoca desgaste del rodamiento y otras fallas. Los sistemas de frenado se utilizan para evitar que las palas del rotor giren demasiado rápido y para detener la turbina eólica si fallan otras partes de la misma. Los sistemas de frenos también son propensos a fallar debido al desgaste de las placas de fricción y al estrés excesivo. El sistema hidráulico tiene características excelentes, como volumen unitario pequeño, buena respuesta dinámica, gran fuerza de transmisión y gran par. Desempeña un papel importante en los sistemas de guiñada, cabeceo y frenado de las turbinas eólicas. Los circuitos hidráulicos interfieren entre sí, lo que hace que sus mecanismos de falla sean complejos y los modos de falla diversos. Las fallas comunes en el sistema hidráulico incluyen contaminación del aceite hidráulico, fugas de aceite, válvula solenoide, falla de la válvula de alivio, falla de la bomba hidráulica, sobrecalentamiento del aceite, vibración y ruido anormales.

5 Convertidores y Transformadores

Con el aumento de la capacidad de los aerogeneradores, el funcionamiento fiable del sistema eléctrico se ha vuelto cada vez más importante. Según las estadísticas, el sistema eléctrico es el subsistema con mayor tasa de fallas en las turbinas eólicas, y las fallas del sistema eléctrico representan aproximadamente el 20% de todas las fallas en las turbinas eólicas. Aunque el tiempo de inactividad del aerogenerador provocado por fallos eléctricos no es largo, los fallos frecuentes del sistema eléctrico también pueden provocar elevados costes de mantenimiento. A medida que aumente aún más la capacidad de las turbinas eólicas, también aumentará la frecuencia de las fallas del sistema eléctrico.

Los fallos en los sistemas eléctricos suelen referirse a componentes electrónicos como condensadores, placas de circuito impreso o dispositivos semiconductores de potencia (como MOSFET e IGBT) debido a un mal funcionamiento de sobretensión, sobrecorriente, sobrecalentamiento, vibración, humedad excesiva, etc. ocurrió. Sus fallas representan el 30%, 26% y 265,438+0% de las fallas de los componentes del sistema eléctrico, respectivamente.

6 Sistemas de control y sensores

El sistema de control del aerogenerador juega un papel importante en la orientación, cabeceo, desenrollado del cable y protección. Los sistemas de control suelen incluir varios sensores, controladores y actuadores. Los sensores recopilan varias señales y las envían al controlador para su análisis, procesamiento y operaciones lógicas. El actuador controla y protege los subsistemas de la turbina eólica para garantizar que la turbina eólica funcione en un estado seguro, confiable y optimizado.

En los aerogeneradores se instalan diversos sensores como anemómetros, veletas, decodificadores de velocidad, codificadores de posición, sensores de temperatura, sensores de presión, sensores de vibración y sensores de guiñada. Debido al duro entorno de trabajo, la tasa de fallos del sensor es alta. Las estadísticas muestran que entre las fallas de las turbinas eólicas, más del 14% y más del 40% son causadas por fallas del propio sensor y de los sistemas relacionados con los sensores, respectivamente.

Además de los sensores, otros fallos en el sistema de control se pueden dividir en fallos de hardware y fallos de software. Las fallas de hardware incluyen fallas en el circuito del tablero de control y fallas en el servomecanismo. Las fallas de software se caracterizan por fallas ocasionales del sistema e inactividad, generalmente debido a un diseño deficiente, desbordamiento de memoria, etc. Esta falla se puede eliminar reiniciando el sistema de control y otras acciones.