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Eine mobile Alternative für die Überwachung von Windenergieanlagen

Die Betreiber von Windenergieanlagen müssen ihre Anlagen überwachen, um deren optimale Leistung sicherzustellen. Dies geschieht häufig durch stationäre Zustandsüberwachungssysteme, die aber manchmal nicht geeignet sind. In solchen Fällen kann ein mobiles CMS-System die Aufgabe mitunter kostengünstiger und mit weniger Aufwand erledigen.

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Ein stationäres Zustandsüberwachungssystem (CMS) für Windenergieanlagen (WEA) beurteilt den mechanischen Zustand des Triebstrangs einer WEA-Anlage anhand von Schwingungsmessungen. In den letzten 15 Jahren wurden bewährte Verfahren und Standards entwickelt, deren Ergebnisse für die Betreiber von Windparks zumeist zuverlässig sind.

Aber wie sieht es aus, wenn die Windenergieanlagen eines Windparks nicht mit einem stationären CMS-System ausgestattet sind? Eine Nachrüstung ist möglich, aber der Betreiber kann die erforderlichen Investitionen möglicherweise nicht rechtfertigen, weil der Windpark zu alt oder der Standort zu prekär ist. In einem solchen Fall kann ein mobiles CMS-Konzept von SKF die richtige Lösung sein.

Dies bedeutet, dass ein für eine vorübergehende Nutzung ausgelegtes und nach einem geeigneten Verfahren arbeitendes Online-CMS-Gerät für einen befristeten Zeitraum (ab einer Stunde bis hin zu einigen Tagen) installiert wird. So lässt sich ein gutes Qualitätsniveau der Ergebnisse hinsichtlich der Erkennung und Bestimmung von Störungen erzielen.

Mobiles CMS-Gesamtkonzept

Geringeres Risiko von ungeplanten Stillständen

Das mobile CMS-System sammelt Daten, wie beispielsweise Schwingungen, mithilfe eines Beschleunigungsaufnehmers. Diese Daten werden über eine mobile Datenverbindung an das SKF Remote Diagnostics Centre weitergeleitet. Mit den Daten werden Hintergrundinformationen zu ausgewählten Parametern der Anlage zusammengestellt und ausgewertet. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse erhält der Windparkbetreiber dann Ereignismeldungen und Empfehlungen für eine proaktive Instandhaltung. Auf diese Weise lässt sich das Risiko von ungeplanten Stillständen und Einnahmeverlusten aus dem Betrieb der Anlage verringern.

Das mobile CMS-System entspricht den stationären Systemen, allerdings ist es in einem robusten Industriegehäuse mit spritzwassergeschützten Anschlüssen, integrierter SIM-Karte und einem Antennensteckplatz für Mobilfunksignale untergebracht.

Mobiles CMS-Gesamtkonzept

Manche Betreiber haben versucht, ihre Anlagen mit einem handelsüblichen tragbaren Gerät, beispielsweise einem mobilen Datenkollektor, zu überwachen, aber diese Lösung hat einige Nachteile. Der Bediener darf sich in der Regel nicht in der Windenergieanlage aufhalten, wenn diese angefahren wird, und diese Standardgeräte können aufgrund von Windschwankungen und der kurzen Messzeiten nichtrepräsentative Ergebnisse liefern, vor allem wenn das Gerät mit Sensor dabei noch von Messstelle zu Messstelle bewegt wird. Auch wenn beide Optionen kurzfristige Messungen ermöglichen, so bietet das mobile CMS-Konzept von SKF doch viele Vorteile.

Sicherstellung einer sachgemäßen Beurteilung

Es gibt ein paar wichtige Aspekte, die bei der fachgerechten mobilen CMS-Beurteilung einer Windenergieanlage zu berücksichtigen sind. Zu den typischen Aufgaben, die mit einem mobilen CMS-System erledigt werden können, gehören die Beurteilung einer WEA zum Ende der Gewährleistungszeit, die Zustandsüberprüfung eines neuen Windparks, die Nachverfolgung eines bestimmten mechanischen Problems, die Durchführung einer Videoinspektion mit einem Endoskop, die Entnahme und Analyse von Schmierstoffen oder die Planung von Abschaltvorgängen im Hinblick auf Wartungsarbeiten.

Natürlich kann man von ein paar Stunden Aufzeichnung mit einem mobilen CMS-System nicht die gleiche Leistung erwarten wie von der langfristigen Überwachung mit einem stationären CMS-System rund um die Uhr und an sieben Tagen die Woche. Eine ständige Überwachung kann sicherstellen, dass auch kleinste Abweichungen erfasst werden, die eine genaue Nachverfolgung ermöglichen, und jede mechanische Beeinträchtigung kann über eine automatische Alarmfunktion erfasst und an das zuständige Personal weitergeleitet werden.

Wie bei der ständigen Überwachung muss ein mobiles CMS-System ein Minimum an Informationen sammeln, um die Analyseunsicherheit einzugrenzen. Diese Informationen müssen kinematische Daten wie Anlagenmodelle inklusive Zähnezahlen, Getriebedrehzahlen und Lagerbezeichnungen umfassen. Idealerweise sollten auch technische Daten erfasst werden, wie das Anlagenalter, eine dokumentierte Wartungshistorie und die Ergebnisse von Schmierstoffanalysen sowie ausgewählte Parameter aus der Anlagensteuerung wie Temperaturen, Anlagenleistungen und Ölzustände.

Die Anordnung der Beschleunigungsaufnehmer ist je nach Auslegung des Triebstrangs einer WEA optimal an die Lastzonen angepasst. Dann ist ein Mindestmaß an Windlast auf die mechanischen Komponenten erforderlich, so dass mögliche Probleme erkannt und beurteilt werden können und ihr Schweregrad bestimmt werden kann. SKF bietet außerdem einen induktiven Drehzahlsensor mit einer Magnethalterung an, der mit dem mobilen CMS-System verbunden ist.

Beispiel für die Anordnung der Sensoren
Der induktive Sensor misst die Drehzahl an der schnelllaufenden Welle.

Größerer Drehzahlbereich erforderlich

Mit einem stationären CMS-System kann der Bediener die Datenerfassung in Bezug auf die Drehzahl und die Wirkleistung bei der Erfassung von Proben unter ähnlichen Lastbedingungen selektiv gestalten, was zu einer konsistenten Trendbildung führt. Bei mobilen CMS-Systemen ist dies schon etwas schwieriger zu bewerkstelligen. Angesichts des begrenzten Messfensters ist ein größerer Drehzahlbereich notwendig. Die Klassifizierung ähnlicher Lastbedingungsaufzeichnungen wird anschließend mit der CMS-Software vorgenommen. Dennoch darf während der Messung nicht über eine maximal zulässige Drehzahlabweichung hinausgegangen werden, da dies vor einer Verschlechterung der CMS-Daten schützt, die bei Windschwankungen auftreten kann.

Durch den Einsatz eines mobilen CMS-Systems kann man auch die CMS-Daten bestimmter Anlagen miteinander vergleichen und so einen Überblick über den Zustand der einzelnen Komponenten erhalten.

Darüber hinaus liefert ein mobiles CMS-System genaue kinematische und qualitative Messungen, die die Diagnosegenauigkeit und damit die Entscheidungen hinsichtlich des Betriebs und der Wartung verbessern.

Beispiel der Abhängigkeit zwischen der Einstellung des Drehzahlbereichs und der Leistungskurve einer Windenergieanlage
Langzeit-Gesamtlagerindikatorwert mit Hervorhebung des benutzerfreundlichen Zustandsvergleichs der Komponenten
Nutzung von spezifischen Frequenzanalysen für einzelne Komponenten

Fazit

In diesem Artikel werden die erforderlichen Voraussetzungen für den Betrieb mobiler CMS-Systeme beschrieben und die Vor- und Nachteile im Vergleich zu stationären Systemen herausgestellt.

In Anbetracht der Anwendungsfälle, für die sich mobile CMS-Systeme eignen, bieten sie ein sehr gutes Nutzen-Risiko-Verhältnis und stellen eine hilfreiche Ergänzung der bestehenden Bedienungs- und Wartungsroutinen dar.

Ferner ist anzumerken, dass die Installations- und Messtätigkeiten ohne spezielle Fachkenntnisse durchgeführt werden können. Das Erstellen der Datenbank, die Datenanalyse und das Berichtswesen werden dann jedoch vom fachkundigen Projektpartner übernommen. Schlussfolgerungen können schon während der Messungen gezogen werden, da die Daten direkt an die Ferndiagnose-Cloud gesendet werden.

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