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風力發電機養護工作難 運用物聯網感測器以達成預防性維護

感測器對確保風力渦輪發電機的正常運作、性能表現、最佳化維護方式至為關鍵。

隨著太陽能與風力等再生能源的發電比例日益吃重,相關發電設備的運作效益與使用壽命至為關鍵,有助於確保風力渦輪發電機(wind turbine)及其機件的正常運作、性能表現、最佳化維護方式的各種電(electrical)感測器與光學(optical)感測器,將扮演日益吃重的角色。

根據Electronics360報導,感測器收集的資料可用於分析與確認那些環境因素普遍會影響風力渦輪發電機的運作,並可協助建立作業狀況的基準,當偵測到機件的機械應力、壓力、溫度、震動變化等的偏離可能影響其運作或導致其損壞時,便可及時進行有效的預測性維護(preventative maintenance)與檢修,以延長機件與設備的使用壽命。

風力渦輪發電機最常應用到也是最重要的感測器,包括量測軸承間隙(bearing gap)的渦電流位移(eddy current displacement)感測器、控制空氣供給的拉線式(draw-wire)位移感測器、量測發電機空氣間隙(generator air gap)的電容式(capacitive-type)位移感測器、監測風力渦輪發電機塔震動的雷射三角(laser triangulation)位移感測器。

電容式位移感測器具備高解析度、耐高溫、不受電磁場影響的特性,運用兩個鄰近的導體表面間存在電容且會隨兩者距離改變的原理,感測器根據電容的變化偵測定子(stator)與轉子(rotor)間的距離變化,以此來衡量發電機空氣間隙以防止定子與轉子產生接觸,這對風力渦輪發電機的安全性與維護至為重要。

拉線式位移感測器透過監測渦輪通風葉片(air flap)的位置並根據溫度變化來控制空氣供給,感測器運用纏繞在鼓狀物上的超高彈性不鏽鋼線量測線性移動,不鏽鋼線的一端與要量測的物體連接,而鼓狀物的軸線則搭配編碼器(encoder)或電位計(potentiometer)使用,物體與感測器的距離改變時鼓狀物會隨之旋轉,並轉換為電訊號傳送至空氣供給控制器。

雷射三角位移感測器會向目標發射細窄的雷射光束,再接收由物體反射回來的光束,因此能高度精準的計算地基與垂直柱體間極小的距離變化,確實掌握風力渦輪發電機塔的震動情況,而依據長期監測所獲得的資料紀錄還可進行趨勢分析,以顯示風力渦輪發電機塔在各個時間點的震動行為。

位移感測器可用於量測一個物體與參考點間的距離,渦電流位移感測器運用導體進入移動中的磁場會造成電流變化的特性,將電流變化換算為距離的變化來量測軸承間隙,或是渦輪離合器碟(clutch disc)在軸向(axial)、徑向(radial)、切線(tangential)方向的偏移(deflection),這些與滑動屬性(sliding property)相關的資訊,對風力渦輪發電機的運作不可或缺。

渦輪軸承表面與驅動軸(drive shaft)的間隙需充填潤滑油,間隙縮小則潤滑油膜變薄可能造成機件間的摩擦力增加、軸承升溫,導致內部機件使用壽命縮短、軸承受損,影響風力渦輪發電機的運作效益。傳統量測軸承間隙的方式需停機且相當耗時,渦電流位移感測器透過外部軟體能快速、可靠的完成量測。

此外抗油污、壓力、溫度等特性對設置在戶外的儀器設備如風力渦輪發電機非常重要,因此渦電流位移感測器的設計可承受嚴苛的作業環境,例如全球測量界領導品牌Micro-Epsilon跟風力渦輪發電機及其機件的製造商有深厚的合作經驗,致力於開發符合風力渦輪發電機特殊需求的專用感測器。

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