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Une solution alternative mobile pour la surveillance des éoliennes

La surveillance des éoliennes est indispensable pour garantir des performances optimales. Les exploitants ont souvent recours, pour ce faire, à des dispositifs de maintenance conditionnelle installés de façon permanente, mais ceux-ci ne sont pas toujours adaptés. Un système dit mobile peut parfois accomplir le travail pour un coût et des efforts réduits.

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Les systèmes de maintenance conditionnelle (CMS) permanents pour éoliennes s’appuient sur des mesures de vibrations pour évaluer l’état mécanique de la ligne d’arbre. Des bonnes pratiques et des normes ont été développées dans ce domaine au cours des 15 dernières années avec de bons résultats, en général, pour les exploitants de parcs.

Cependant, qu’en est-il des éoliennes qui ne disposent pas d’un système CMS permanent ? Il est toujours possible d’équiper des installations existantes, mais si celles-ci sont trop anciennes ou si le site est trop peu productif, l’investissement requis sera difficilement justifiable. Dans ce cas, le concept de système CMS mobile de SKF pourrait bien apporter la solution.

Il s’agit d’installer, selon un processus adéquat et pour une période limitée (d’une heure à plusieurs jours), un dispositif de maintenance conditionnelle en ligne, spécialement adapté à un usage temporaire, avec la garantie de résultats de qualité sur le plan de la détection et de l’identification des anomalies.

Principe du système CMS mobile.

Diminution du risque d’arrêts imprévus

Le système CMS mobile collecte des données, comme les vibrations, ainsi que celles d’un tachymètre. Ces données sont ensuite transmises en vue de leur traitement au centre de diagnostic à distance de SKF via une connexion de données mobiles. Des informations contextuelles concernant des paramètres sélectionnés sont extraites de ces données, compilées et analysées. L’exploitant du parc éolien reçoit des rapports d’événements et des recommandations proactives de maintenance établis à partir de ces informations. Ces outils réduisent les risques d’arrêts imprévus et de pertes d’exploitation.

Le principe du dispositif de maintenance conditionnelle mobile est le même que pour les systèmes permanents, à la différence que le système est logé dans un boîtier robuste adapté aux applications industrielles et doté de connecteurs étanches, d’une carte SIM intégrée et d’un connecteur d’antenne pour signaux mobiles.

Vue d'ensemble du système CMS mobile.

Certains opérateurs ont tenté d’utiliser un appareil portatif standard, de type collecteur de données de vibrations, pour surveiller leurs équipements, mais cette approche présente certains inconvénients. Par exemple, l’opérateur n’est généralement pas autorisé à rester dans l’éolienne à la mise en route. Par ailleurs, l’appareil standard peut générer des résultats erronés du fait de la variation du vent lorsqu’il est déplacé au sein de l’équipement. Si les deux options permettent de réaliser des mesures rapides, le concept de système CMS mobile de SKF présente de nombreux avantages.

La garantie d’une évaluation correcte

La garantie d’une évaluation correcte de l’état d’une éolienne repose sur plusieurs éléments essentiels. Typiquement, le concept de CMS mobile peut être utilisé pour réaliser une évaluation de fin de garantie d’une turbine, contrôler le statut d’un nouveau parc, effectuer le suivi d’un problème mécanique spécifique, cibler une inspection vidéo avec un boroscope, approfondir une analyse du lubrifiant ou programmer des arrêts pour maintenance.

Bien sûr, on ne peut escompter obtenir les mêmes résultats à partir de quelques heures d’enregistrement effectué avec un appareil CMS mobile, par rapport à une surveillance assurée 24h/24 et 7j/7 par un système CMS permanent. Ce dernier permet de détecter les moindres écarts pour un suivi précis et, en cas d’altération mécanique, le personnel concerné en est automatiquement informé.

À l’instar du système permanent de maintenance conditionnelle, l’équipement CMS mobile doit collecter un minimum d’informations pour minimiser l’incertitude de l’analyse. Ces informations doivent inclure des données cinématiques, comme les modèles d’équipements, les rapports de vitesse des multiplicateurs, les références des roulements et la courbe de puissance de l’éolienne. Idéalement, elles doivent également comprendre l’historique technique, avec l’âge des équipements, les réparations et les analyses de lubrifiants effectuées, ainsi que les principaux paramètres sélectionnés, comme la température et la quantité d’impuretés.

Le positionnement des capteurs est ajusté aux zones de charge, en fonction de la conception du système de transmission de l’éolienne. Ensuite, le vent doit exercer une charge minimale sur les composants mécaniques pour qu’il soit possible de détecter et d’évaluer des anomalies éventuelles et d’en déterminer la criticité. SKF propose un capteur à induction avec support magnétique relié au système CMS mobile.

Exemple d'installation de capteurs.
Capteur à induction pour la mesure de l'arbre Haute Vitesse.

Une plage de vitesse-portée plus étendue

Avec un système CMS permanent, l’opérateur peut sélectionner des paramètres pour l’acquisition de données en lien avec la vitesse de rotation et la puissance active de manière à obtenir des conditions de charge similaires pour une mise en tendance cohérente. Avec un système CMS mobile, c’est un peu plus compliqué. Compte tenu de la fenêtre de temps d’acquisition limitée, une plage de vitesse plus étendue est nécessaire. L’enregistrement selon les conditions de charges similaires sera effectué a posteriori par le logiciel CMS. Cependant, il faut toujours utiliser le paramètre de vitesse « delta maximale admissible », qui offre une protection contre une dégradation des données due à la variation du vent.

Avec le concept CMS mobile, il est également possible de comparer les valeurs CMS de machines spécifiques pour obtenir une synthèse sur l’état de chaque composant.

Il fournit, en outre, des mesures cinématiques et qualitatives précises pour un diagnostic plus affiné et, par conséquent, des prises de décisions mieux fondées concernant l’exploitation et la maintenance.

Exemple de configuration de la plage d'acquisition de la vitesse en fonction de la courbe de puissance de l'éolienne.
Évolution de la valeur de l'indicateur d'état du roulement pour une comparaison immédiate de l'état des composants.
Exploitation des fréquences d'anomalies des composants.

Conclusion

Cet article passe en revue les règles applicables à l’utilisation d’un système CMS mobile en soulignant les avantages et inconvénients d’un tel système par rapport à un équipement permanent.

La balance bénéfices-risques peut pencher largement du côté des bénéfices, en gardant à l’esprit les usages auxquels ce système est adapté. Il peut constituer un précieux complément à un protocole d’exploitation-maintenance existant.

Il convient également de noter que l’exécution des tâches d’installation et de mesure ne requiert aucune compétence spécifique. La création de la base de données, l’analyse des données et l’établissement de rapports sont ensuite gérés par le partenaire expert. Des conclusions peuvent être dégagées pendant la campagne de mesure puisque les données sont directement transmises vers le Centre de diagnostic à distance.