पवन ऊर्जा उपकरणों के दोष निदान और स्वास्थ्य निगरानी पर अनुसंधान

पवन ऊर्जा नेटवर्क समाचार: सार: यह पत्र पवन टरबाइन ड्राइव श्रृंखला-समग्र ब्लेड, गियरबॉक्स और जनरेटर में तीन प्रमुख घटकों के दोष निदान और स्वास्थ्य निगरानी के विकास की वर्तमान स्थिति की समीक्षा करता है, और वर्तमान शोध स्थिति और मुख्य को सारांशित करता है इस क्षेत्र विधि के पहलू।पवन ऊर्जा उपकरणों में समग्र ब्लेड, गियरबॉक्स और जनरेटर के तीन प्रमुख घटकों की मुख्य दोष विशेषताओं, दोष रूपों और निदान कठिनाइयों को संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, और मौजूदा दोष निदान और स्वास्थ्य निगरानी विधियों, और अंत में इस क्षेत्र के विकास की दिशा के लिए संभावनाएं हैं।

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स्वच्छ और नवीकरणीय ऊर्जा की विशाल वैश्विक मांग और पवन ऊर्जा उपकरण निर्माण प्रौद्योगिकी में उल्लेखनीय प्रगति के लिए धन्यवाद, पवन ऊर्जा की वैश्विक स्थापित क्षमता लगातार बढ़ रही है।ग्लोबल विंड एनर्जी एसोसिएशन (GWEC) के आंकड़ों के अनुसार, 2018 के अंत तक, पवन ऊर्जा की वैश्विक स्थापित क्षमता 597 GW तक पहुंच गई, जिसमें से चीन 200 GW से अधिक की स्थापित क्षमता वाला पहला देश बन गया, जो 216 GW तक पहुंच गया। , कुल वैश्विक स्थापित क्षमता के 36 से अधिक के लिए लेखांकन।%, यह दुनिया की अग्रणी पवन ऊर्जा के रूप में अपनी स्थिति को बनाए रखना जारी रखता है, और यह एक वास्तविक पवन ऊर्जा देश है।

वर्तमान में, पवन ऊर्जा उद्योग के निरंतर स्वस्थ विकास में बाधा डालने वाला एक महत्वपूर्ण कारक यह है कि पवन ऊर्जा उपकरणों को पारंपरिक जीवाश्म ईंधन की तुलना में प्रति यूनिट ऊर्जा उत्पादन की उच्च लागत की आवश्यकता होती है।भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता और पूर्व अमेरिकी ऊर्जा सचिव झू दीवेन ने बड़े पैमाने पर पवन ऊर्जा उपकरण संचालन सुरक्षा गारंटी की कठोरता और आवश्यकता की ओर इशारा किया, और उच्च संचालन और रखरखाव लागत महत्वपूर्ण मुद्दे हैं जिन्हें इस क्षेत्र में हल करने की आवश्यकता है [1] .पवन ऊर्जा उपकरण ज्यादातर दूरदराज के क्षेत्रों या अपतटीय क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं जो लोगों के लिए दुर्गम हैं।प्रौद्योगिकी के विकास के साथ, बड़े पैमाने पर विकास की दिशा में पवन ऊर्जा उपकरणों का विकास जारी है।पवन ऊर्जा ब्लेड का व्यास बढ़ता जा रहा है, जिसके परिणामस्वरूप जमीन से नैकेले तक की दूरी बढ़ जाती है जहां महत्वपूर्ण उपकरण स्थापित होते हैं।इससे पवन ऊर्जा उपकरणों के संचालन और रखरखाव में बड़ी मुश्किलें आई हैं और यूनिट की रखरखाव लागत में वृद्धि हुई है।पश्चिमी विकसित देशों में पवन ऊर्जा उपकरणों की समग्र तकनीकी स्थिति और पवन कृषि स्थितियों के बीच अंतर के कारण, चीन में पवन ऊर्जा उपकरणों के संचालन और रखरखाव की लागत राजस्व के उच्च अनुपात के लिए जिम्मेदार है।20 साल की सेवा जीवन के साथ तटवर्ती पवन टर्बाइनों के लिए, रखरखाव लागत पवन खेतों की कुल आय 10% ~ 15% है;अपतटीय पवन खेतों के लिए, अनुपात 20% ~ 25% [2] जितना अधिक है।पवन ऊर्जा की उच्च संचालन और रखरखाव लागत मुख्य रूप से पवन ऊर्जा उपकरणों के संचालन और रखरखाव मोड द्वारा निर्धारित की जाती है।वर्तमान में, अधिकांश पवन फार्म नियमित रखरखाव का तरीका अपनाते हैं।संभावित विफलताओं का समय पर पता नहीं लगाया जा सकता है, और अक्षुण्ण उपकरणों के बार-बार रखरखाव से संचालन और रखरखाव में भी वृद्धि होगी।कीमत।इसके अलावा, समय पर गलती के स्रोत को निर्धारित करना असंभव है, और विभिन्न तरीकों से केवल एक-एक करके जांच की जा सकती है, जिससे बड़ी संचालन और रखरखाव लागत भी आएगी।इस समस्या का एक समाधान पवन टरबाइनों के लिए एक संरचनात्मक स्वास्थ्य निगरानी (एसएचएम) प्रणाली विकसित करना है ताकि विनाशकारी दुर्घटनाओं को रोका जा सके और पवन टर्बाइनों के सेवा जीवन का विस्तार किया जा सके, जिससे पवन ऊर्जा की इकाई ऊर्जा उत्पादन लागत को कम किया जा सके।इसलिए पवन ऊर्जा उद्योग के लिए एसएचएम प्रणाली विकसित करना अनिवार्य है।

1. पवन ऊर्जा उपकरण निगरानी प्रणाली की वर्तमान स्थिति

पवन ऊर्जा उपकरण संरचनाएं कई प्रकार की होती हैं, जिनमें मुख्य रूप से शामिल हैं: डबल-फेड एसिंक्रोनस विंड टर्बाइन (वेरिएबल-स्पीड वेरिएबल-पिच रनिंग विंड टर्बाइन), डायरेक्ट-ड्राइव स्थायी चुंबक सिंक्रोनस विंड टर्बाइन, और सेमी-डायरेक्ट-ड्राइव सिंक्रोनस विंड टर्बाइन।डायरेक्ट-ड्राइव विंड टर्बाइन की तुलना में, डबल-फेड एसिंक्रोनस विंड टर्बाइन में गियरबॉक्स वैरिएबल स्पीड उपकरण शामिल हैं।इसकी मूल संरचना चित्र 1 में दिखाई गई है। इस प्रकार के पवन ऊर्जा उपकरण का बाजार में 70% से अधिक हिस्सा है।इसलिए, यह लेख मुख्य रूप से इस प्रकार के पवन ऊर्जा उपकरणों के दोष निदान और स्वास्थ्य निगरानी की समीक्षा करता है।

चित्रा 1 डबल-फेड पवन टरबाइन की मूल संरचना

पवन ऊर्जा उपकरण लंबे समय से हवा के झोंकों जैसे जटिल वैकल्पिक भार के तहत चौबीसों घंटे काम कर रहे हैं।कठोर सेवा वातावरण ने पवन ऊर्जा उपकरणों के संचालन सुरक्षा और रखरखाव को गंभीर रूप से प्रभावित किया है।वैकल्पिक भार पवन टरबाइन ब्लेड पर कार्य करता है और ट्रांसमिशन श्रृंखला में बीयरिंग, शाफ्ट, गियर, जेनरेटर और अन्य घटकों के माध्यम से प्रेषित होता है, जिससे ट्रांसमिशन श्रृंखला सेवा के दौरान विफलता के लिए बेहद प्रवण होती है।वर्तमान में, पवन ऊर्जा उपकरणों पर व्यापक रूप से सुसज्जित निगरानी प्रणाली SCADA प्रणाली है, जो वर्तमान, वोल्टेज, ग्रिड कनेक्शन और अन्य स्थितियों जैसे पवन ऊर्जा उपकरणों की परिचालन स्थिति की निगरानी कर सकती है, और इसमें अलार्म और रिपोर्ट जैसे कार्य हैं;लेकिन सिस्टम स्थिति की निगरानी करता है पैरामीटर सीमित हैं, मुख्य रूप से सिग्नल जैसे करंट, वोल्टेज, पावर, आदि, और अभी भी प्रमुख घटकों के लिए कंपन निगरानी और दोष निदान कार्यों की कमी है [3-5]।विदेशी देशों, विशेष रूप से पश्चिमी विकसित देशों में, विशेष रूप से पवन ऊर्जा उपकरणों के लिए लंबे समय से विकसित स्थिति निगरानी उपकरण और विश्लेषण सॉफ्टवेयर हैं।हालांकि घरेलू कंपन निगरानी प्रौद्योगिकी देर से शुरू हुई, विशाल घरेलू पवन ऊर्जा रिमोट ऑपरेशन और रखरखाव बाजार की मांग से प्रेरित, घरेलू निगरानी प्रणाली का विकास भी तेजी से विकास के एक चरण में प्रवेश कर गया है।पवन ऊर्जा उपकरणों की बुद्धिमान गलती निदान और प्रारंभिक चेतावनी संरक्षण लागत को कम कर सकता है और पवन ऊर्जा संचालन और रखरखाव की दक्षता में वृद्धि कर सकता है, और पवन ऊर्जा उद्योग में आम सहमति प्राप्त कर ली है।

2. पवन ऊर्जा उपकरण की मुख्य दोष विशेषताएं:

पवन ऊर्जा उपकरण एक जटिल विद्युत यांत्रिक प्रणाली है जिसमें रोटार (ब्लेड, हब, पिच सिस्टम, आदि), बीयरिंग, मुख्य शाफ्ट, गियरबॉक्स, जनरेटर, टावर, यॉ सिस्टम, सेंसर आदि शामिल हैं। पवन टरबाइन के प्रत्येक घटक के अधीन है सेवा के दौरान वैकल्पिक भार।जैसे-जैसे सेवा समय बढ़ता है, विभिन्न प्रकार की क्षति या विफलताएं अपरिहार्य हैं।

चित्रा 2 पवन ऊर्जा उपकरण के प्रत्येक घटक की मरम्मत लागत अनुपात

चित्रा 3 पवन ऊर्जा उपकरणों के विभिन्न घटकों का डाउनटाइम अनुपात

यह चित्रा 2 और चित्रा 3 [6] से देखा जा सकता है कि ब्लेड, गियरबॉक्स और जेनरेटर के कारण डाउनटाइम कुल अनियोजित डाउनटाइम के 87% से अधिक के लिए जिम्मेदार है, और रखरखाव लागत कुल रखरखाव लागत के 3 से अधिक के लिए जिम्मेदार है।/4.इसलिए, स्थिति की निगरानी में, पवन टरबाइन, ब्लेड, गियरबॉक्स और जनरेटर के दोष निदान और स्वास्थ्य प्रबंधन तीन प्रमुख घटक हैं जिन पर ध्यान देने की आवश्यकता है।चीनी अक्षय ऊर्जा सोसायटी की पवन ऊर्जा पेशेवर समिति ने राष्ट्रीय पवन ऊर्जा उपकरणों की परिचालन गुणवत्ता पर 2012 के एक सर्वेक्षण में बताया कि पवन ऊर्जा ब्लेड के विफलता प्रकारों में मुख्य रूप से क्रैकिंग, बिजली की हड़ताल, ब्रेकिंग आदि शामिल हैं, और विफलता के कारणों में उत्पादन, निर्माण और परिवहन के परिचय और सेवा चरणों के दौरान डिजाइन, स्व और बाहरी कारक शामिल हैं।गियरबॉक्स का मुख्य कार्य बिजली उत्पादन के लिए कम गति वाली पवन ऊर्जा का उपयोग करना और धुरी की गति को बढ़ाना है।पवन टरबाइन के संचालन के दौरान, वैकल्पिक तनाव और प्रभाव भार [7] के प्रभावों के कारण गियरबॉक्स विफलता के लिए अधिक संवेदनशील होता है।गियरबॉक्स के सामान्य दोषों में गियर दोष और असर दोष शामिल हैं।गियरबॉक्स दोष ज्यादातर बीयरिंग से उत्पन्न होते हैं।बियरिंग्स गियरबॉक्स का एक प्रमुख घटक हैं, और उनकी विफलता अक्सर गियरबॉक्स को विनाशकारी क्षति का कारण बनती है।असर विफलताओं में मुख्य रूप से थकान छीलने, पहनने, फ्रैक्चर, ग्लूइंग, पिंजरे की क्षति, आदि शामिल हैं। [8], जिनमें से थकान छीलने और पहनने के रोलिंग बीयरिंग के दो सबसे आम विफलता रूप हैं।सबसे आम गियर विफलताओं में पहनने, सतह की थकान, टूटना और टूटना शामिल हैं।जनरेटर प्रणाली के दोष मोटर दोष और यांत्रिक दोष [9] में विभाजित हैं।यांत्रिक विफलताओं में मुख्य रूप से रोटर विफलताएं और असर विफलताएं शामिल हैं।रोटर विफलताओं में मुख्य रूप से रोटर असंतुलन, रोटर टूटना, और ढीली रबर आस्तीन शामिल हैं।मोटर दोष के प्रकारों को विद्युत दोष और यांत्रिक दोष में विभाजित किया जा सकता है।विद्युत दोषों में रोटर/स्टेटर कॉइल का शॉर्ट-सर्किट, टूटे रोटर बार के कारण खुला सर्किट, जनरेटर का ओवरहीटिंग, आदि शामिल हैं;यांत्रिक दोषों में अत्यधिक जनरेटर कंपन, असर अति ताप, इन्सुलेशन क्षति, गंभीर पहनने आदि शामिल हैं।