Giải pháp giám sát lỗi vận hành tua bin gió từ xa

Điện gió là một ngành công nghiệp đang phát triển mạnh tại Việt Nam trong nhiều năm trở lại đây, nhất là ở các tỉnh thành ven biển. Các tua bin điện gió có kích thước vô cùng lớn, chi phí đầu tư cao do đó việc sửa chữa sẽ gặp rất nhiều khó khăn, nên đòi hỏi việc giám sát chặt chẽ trong suốt quá trình vận hành để đảm bảo không có hỏng hóc xảy ra gây thiệt hại lớn

Trong bài viết này, hãy cùng Kỹ Thuật Đo tìm hiểu case study về cách giám sát khả năng vận hành của tua bin điện gió để hạn chế tối đa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình hoạt động của thiết bị

Các hạng mục giám sát quy trình làm việc tuabin gió

Giám sát tình trạng “sức khỏe” máy móc, động cơ

Giám sát tình trạng tuabin gió nhằm mục đích phát hiện những thay đổi đáng ngờ trong quá trình hoạt động của tuabin gió càng sớm càng tốt. Mục tiêu chính là dự đoán các lỗi đang có khả năng xảy ra để giảm thiểu sự suy giảm hiệu suất dẫn đến giảm chi phí kinh tế khi tua bin hoạt động. 

Việc này được thực hiện bằng cách giám sát liên tục các thông số cụ thể trong quá trình làm việc của cánh quạt gió và so sánh chúng với các thông số trong quá trình vận hành “bình thường”, để tìm ra các thay đổi có khả năng mang lại những nguy hiểm tiềm tàng

Quy trình giám sát tình trạng tập trung vào giám sát các bộ phận của hệ thống truyền động tuabin gió như trục, ổ trục, hộp số, máy phát điện…

Một số loại cảm biến được sử dụng phổ biến nhất để theo dõi tình trạng tuabin gió là:

• Cảm biến gia tốc để phát hiện lỗi vòng bi, hỏng bánh răng
• Cảm biến nhiệt độ để phát hiện quá nhiệt
• Cảm biến áp suất kiểm tra áp suất buồng làm việc
• Cảm biến tốc độ quay - để thực hiện phân tích theo dõi đơn hàng trong các tua-bin gió có tốc độ thay đổi.
• Kẹp dòng điện để đo tín hiệu dòng điện nhằm xác định sự cố trong máy phát điện.
• Cảm biến gốc dầu - để phát hiện hàm lượng nước, mảnh vụn, nồng độ hạt.

Giám sát sức khỏe “kết cấu” của tuabin gió

Ngoài việc giám sát quá trình hoạt động của các động cơ điện tử, cơ khí giám sát tình trạng các thành phần kết cấu, như móng, cánh và tháp cũng cần được quan tâm. Hỏng hóc của các bộ phận kết cấu Tua-bin gió có thể ảnh hưởng đáng kể đến chi phí vận hành tua-bin gió và trong một số trường hợp có thể dẫn đến hư hỏng hoàn toàn tua-bin (sập tháp). 

Tua bin gió thường nằm gần bờ biển đặc biệt phải tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt (gió, tải trọng sóng, ứng suất, ăn mòn) và các điều kiện rủi ro cao. Do đó, điều cần thiết là phải thực hiện giám sát các thành phần cấu trúc để giảm chi phí bảo trì và tránh các sự cố nghiêm trọng.

Các cảm biến phổ biến nhất để theo dõi sức khỏe kết cấu tuabin gió là:

• Gia tốc kế để thực hiện OMA (Operational Modal Analysis).
• Cảm biến đo biến dạng để xác minh các giả định thiết kế dưới tải trọng được áp dụng
• Cảm biến nhiệt độ - đặc biệt là kết hợp với máy đo biến dạng để bù nhiệt độ.
• Máy đo độ nghiêng để theo dõi sự ổn định của tháp.
• Máy đo gió - để theo dõi tốc độ và hướng gió.
• Radar sóng - để theo dõi chiều cao sóng.

Giám sát độ rung của tuabin gió

Giám sát rung động của tuabin gió là kỹ thuật được sử dụng phổ biến nhất trong giám sát tình trạng của tua bin gió do thực tế là hầu hết các hư hỏng trong động cơ của cánh quạt gió đều được phản ánh khi mức độ rung động cao hơn so với khi làm việc ở điều kiện thông thường

Trong trường hợp giám sát sức khỏe kết cấu, dữ liệu rung động được thu thập để thực hiện kỹ thuật Phân tích phương thức vận hành nhằm phát hiện các lỗi đang phát triển. Những thay đổi về đặc tính hình học và độ cứng được phản ánh dưới dạng thay đổi của các thuộc tính như hình dạng phương thức, tỷ lệ giảm chấn và tần số tự nhiên.

Trong ứng dụng giám sát độ rung động cơ này, các loại cảm biến gia tốc 3 trục hiện đại với khả năng thu thập dữ liệu tích hợp được thiết kế đặc biệt để theo dõi rung động của các kết cấu. 

Đặc điểm chính của bộ thiết bị giám sát tua bin điện gió

Khả năng thu thập dữ liệu toàn diện: để giám sát tốt nhất bạn cần phải có một giải pháp hoàn chỉnh bao gồm hệ thống điều hòa tín hiệu có độ chính xác cao, phần mềm thu thập và xử lý dữ liệu, cảm biến và phụ kiện được sử dụng trong giám sát tình trạng và sức khỏe kết cấu của tháp tua-bin gió. 

Các thiết bị đo có chất lượng cao: Các thiết bị đo của bạn cần được thiết kế để được sử dụng trong mọi điều kiện. Công nghệ EtherCAT cho phép các thiết bị được đặt gần các cảm biến và được kết nối bằng một cáp duy nhất để cấp nguồn, dữ liệu và đồng bộ hóa. Cáp có thể kéo dài tới 100m giữa các nút DAQ, hầu như không giới hạn khi sử dụng bộ chuyển đổi EtherCAT sang cáp quang. 

DAQ cần hỗ trợ được nhiều loại cảm biến: các bộ khuếch đại đầu vào phải hỗ trợ nhiều loại cảm biến đo biến dạng, gia tốc kế tần số thấp, nhiệt độ, thời tiết, năng lượng gió và giám sát hiệu suất tuabin gió, để đạt hiệu quả làm việc đồng bộ nhất

Dữ liệu cần được đồng bộ hóa hoàn hảo: Tất cả các kênh dữ liệu được đồng bộ hóa tốt dưới độ chính xác micro giây, điều này vô cùng cần thiết cho phân tích cấu trúc sâu.

Cung cấp dải động tối ưu: các bộ khuếch đại có dải động lên tới 160dB, với độ chính xác cao sẽ giúp thu được tín hiệu tốt hơn.

Phần mềm mạnh mẽ: đi kèm với cứng được thiết kế chặt chẽ, chất lượng cao đòi hỏi bộ phần mềm của bạn cũng phải mạnh mẽ để có thể đạt được hiệu quả đo lường cao nhất. Phần mềm nên có khả năng chuẩn đoán, tiền xử lý và giảm thiểu các dữ liệu theo thời gian thuật bằng các thuật toán mạnh mẽ. Có nhiều lựa chọn lưu trữ với các lựa chọn trực quan mạnh mẽ

Các cổng kết nối mở: dữ liệu có sẵn ở nhiều định dạng dữ liệu tiêu chuẩn. Hoặc có thể truyền dữ liệu trực tiếp qua giao diện OPC UA, Rest API hoặc các dịch vụ dữ liệu đám mây hiện đại sẽ giúp bạn có khả năng theo dõi dữ liệu tốt hơn, linh hoạt hơn

Vận hành từ xa: một điểm nổi bật không thể thiếu đó là toàn bộ hệ thống của bạn nên được vận hành từ xa bằng cách cung cấp tính năng lưu trữ được kích hoạt, báo động và các tính năng giám sát khác với khả năng lưu trữ dữ liệu cục bộ hoặc tại các địa điểm ở xa khu vực lắp đặt, điều này giúp cho bạn kịp thời giám sát được tình trạng thiết bị ngày cả khi không có mặt trực tiếp

Bộ thiết bị giám sát quá trình vận hành tuabin gió

- Thiết bị quan trọng đầu tiên cần có là cảm biến đo gia tốc MEMS ba trục và máy đo độ nghiêng tĩnh với giao diện EtherCAT. Cung cấp dải đo 8g là đủ để phần tích các rung động của tua bin (ngoài ra có thể sử dụng cảm biến với thông số khác trong các trường hợp cụ thể)

- Máy tính công nghiệp: các loại máy tính công nghiệp có đủ cấu hình theo yêu cầu của các phần mềm đều có thể sử dụng tốt để thu thập dữ liệu từ các cảm biến đã cài đặt. Cung cấp điện và UPS cũng có sẵn cho máy tính để đề phòng các trường hợp ngắt nguồn điện bất ngờ

- Cáp: Một cáp CAT6 duy nhất được sử dụng để kết nối các thiết bị EtherCAT. Trong các điều kiện khí hậu khác nghiệt này việc sử dụng các loại cáp mạnh mẽ có khả năng chống tia cực tím, chống dầu, chống Ozone, chống nước và độ ẩm, được che chắn tốt, chống cháy, ít thải khói và các loại khí có tính axit khác, không chứa halogen) nên được ưu tiên lựa chọn

- Bộ gá hoặc treo: việc cố định thiết bị giám sát ở các vị trí an toàn là vô cùng cần thiết nên các gá treo cũng khá quan trọng. 

- Các phụ kiện khác: Có thể cung cấp lớp bảo vệ chống rách cáp để ngăn cáp bị cong hoặc bẹp. Kẹp cáp (cũng có nam châm) để cố định cáp trên tháp nơi không có sẵn máng cáp có thể được cung cấp theo yêu cầu.

Cấu trúc của hệ thống giám sát

Các thiết bị DAQ được kết nối với nhau bằng một cáp duy nhất để truyền dữ liệu, cấp nguồn và đồng bộ hóa.

Dữ liệu thô từ các thiết bị DAQ được thu thập và xử lý bởi các đơn vị đo lường chạy phần mềm thu thập dữ liệu. DAQ cung cấp một loạt các khả năng tính toán và ghi dữ liệu được kích hoạt có thể định cấu hình. Dữ liệu có thể được gửi qua mạng TCP/IP tới nhà máy hoặc máy chủ đám mây ở dạng file nén hoặc truyền trực tuyến qua giao thức OPC UA

Dữ liệu có thể được truy cập, xem và phân tích trên PC của người dùng hoặc được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu chuỗi thời gian (Lịch sử) và được cung cấp cho các hệ thống SCADA hoặc Phần mềm đám mây bằng các giao diện tiêu chuẩn như OPC/UA, XCP hoặc Rest API. Đây là một kiến ​​trúc chuẩn cho công nghiệp 4.0 ngày nay

Các thiết bị thu thập dữ liệu trên cùng một tháp tua bin gió sẽ được đồng bộ hóa dữ liệu qua phần mềm và khả năng đồng bộ nên đạt hiệu quả nhanh chóng xuống đến 1us. Các thiết bị khác nhau được đồng bộ hóa với máy chủ cục bộ NTP. Việc đồng bộ hóa giữa chúng phụ thuộc vào độ trễ của mạng nhưng tối ưu nhất nên trong vòng 10 mili giây đổ lại. Nếu cần khả năng đồng bộ hóa dữ liệu tốt hơn, bạn cũng có thể sử dụng các tùy chọn đồng bộ GPS

Thiết bị đo thu thập dữ liệu DAQ nên có độ bền cao

Chất lượng của bộ DAQ đóng vai trò quan trọng trong việc thu thập dữ liệu nên nó cần độ chắc chắn cao , có thể hoạt động hoàn hảo trong phạm vi nhiệt độ rộng ( -40°C.. +85°C ), dưới áp lực lớn và thậm chí trong môi trường rất ẩm ướt vì gần biển. Để đảm bảo khả năng hoạt động tốt thiết bị nên có chuẩn kháng nước và bụi theo IP67, khả năng chống sốc 100g

Các thiết bị có thể dễ dàng được phân phối để bạn có thể đặt chúng gần cảm biến được đặt trên cấu trúc. Điều này có nghĩa là cáp cảm biến ngắn hơn giúp tăng chất lượng tín hiệu, giảm khả năng xảy ra lỗi cáp và chi phí cáp. Các hệ thống DAQ có thể được phân phối xuống một kênh duy nhất.

Giao thức EtherCAT cung cấp khả năng phân phối thiết bị dễ dàng trên các cấu trúc lớn. Các thiết bị có thể kéo dài tới 100 mét từ nút này sang nút khác. Nguồn đơn được sử dụng cho dữ liệu, nguồn và đồng bộ hóa. Điều này có thể được mở rộng hơn nữa bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi EtherCAT sang Fiber Optic.

Chiến lược lưu trữ dữ liệu đo lường linh hoạt

Phần mềm được sử dụng để giám sát cần cung cấp các cấu hình dễ dàng và linh hoạt cho luồng dữ liệu của bạn. Bạn có thể lưu trữ dữ liệu cục bộ gần chính cấu trúc hoặc sử dụng bất kỳ giao diện tiêu chuẩn nào như OPC UA để gửi và lưu trữ dữ liệu từ xa trong đám mây hoặc cơ sở dữ liệu

Một điểm cần có khác của phần mềm đo lường là nên cho phép kết nối với các máy tính khác không giới hạn số lượng để bạn có thể theo dõi cùng lúc dữ liệu trên nhiều máy tính giám sát khác nhau

Một số nhiều cung cấp phần mềm sẽ đặt ra chi phí trên mỗi một máy tính kết nối. Do đó, cần chọn lựa nhà cung cấp phần mềm phù hợp để tối ưu chi phí khi vận hành

Ghi lại lịch sử đo

Ghi lại lịch sử đo là điều vô cùng quan trọng trong quá trình phân tích bất cứ loại dữ liệu này. Lịch sử đo có mối liên hệ mật thiết với dung lượng lưu trữ của đám mây, các gói này thường đường bán kèm khi mua phần mềm hoặc phần cứng từ các nhà cung cấp bất kỳ

Một số tính năng lưu trữ hữu ích:

Dữ liệu thô và dữ liệu rút gọn: trong khi dữ liệu thô luôn được lưu trữ trên đơn vị đo lường để phân tích chuyên sâu, thì các dữ liệu rút gọn có thể được tùy chọn để lưu trữ trên đám mây

An toàn khi truyền dữ liệu: nếu mất kết nối giữa phần cứng đo lường và cơ sở dữ liệu, dữ liệu sẽ được lưu trữ cục bộ trên thiết bị đo lường một cách an toàn và sau đó được truyền lại vào cơ sở dữ liệu khi có kết nối.

Xu hướng và Phân tích: lịch sử đo luôn có thể được xem lại và tải từ cơ sở dữ liệu và được sử dụng để phân tích xu hướng cũng như phân tích chuyên sâu và xác định nguyên nhân gốc rễ các mối nguy tìm ẩn

Chuyên cung cấp giải pháp đo, giám sát vận hành tuabin gió

Lidinco với kinh nghiệm nhiều năm trong lĩnh vực phân phối thiết bị đo lường điện, thiết bị giám sát tiếng ồn và độ rung khi vận hành của máy móc. Chúng tôi, chuyên cung cấp các bộ thiết bị về phần cứng và phần mềm trong việc giám sát quá trình hoạt động của tuabin quạt gió

Để được tư vấn chi tiết nhất về thiết bị vui lòng liên hệ cho Lidinco theo thông tin bên dưới

CÔNG TY TNHH ĐẦU TƯ PHÁT TRIỂN CUỘC SỐNG 
HCM: 028.39778269 – 028.36016797 – (Zalo) 0906.988.447
Skype: Lidinco – Email: sales@lidinco.com
Bắc Ninh: 0222.7300180 – Email: bn@lidinco.com