Rotorblattüberwachung Aktueller Stand der Technikarchiv.windenergietage.de/20F4261000.pdf ·...

Rotorblattüberwachung ‒Aktueller Stand der Technik

(Eiserkennung, Schadensdetektion, integrative Lösungen )

Bosch Rexroth Monitoring Systems GmbH • Else-Sander-Straße 6 • D-01099 Dresden

20. WindenergietageSchönefeld, 26.10.2011

2 John Reimers | Bosch Rexroth Monitoring Systems GmbH | © Bosch Rexroth AG 2011. All rights reserved, also regarding any disposal, exploitation, reproduction, editing, distribution, as well as in the event of applications for industrial property rights.

UnternehmenBosch Rexroth AG

Geschäftsbereich Renewable Energies 1894: Gründung der Lohmann &

Stolterfoht GmbH; Industrie- und Marinegetriebe

1977: Eingliederung bei Rexroth 1983: Erste Generatorgetriebe für

Windenergieanlagen 2001: Rexroth wird ein Unternehmen

der Bosch Gruppe

IGUS ITS GmbH 2004: Gründung durch Dr. Peter und

Daniel Volkmer 2008: 9 Mitarbeiter, 60 Installationen 2009: Einstieg der Bosch Rexroth AG

als 80% Mehrheitsgesellschafter 2011: 18 Mitarbeiter, 280 Installationen

100%-Tochter der Bosch Rexroth AG, Umfirmierung zurBosch Rexroth Monitoring Systems GmbH

Vorantreiben von ConditionMonitoring Lösungen für die Windenergie

Rotorblattüberwachung: Aktueller Stand der Technik


Warum Rotorblattüberwachung?

Rotorblätter werden größer

Rotorblätter werden teurer

Knappes Zeitfenster Offshore

Eisdetektion wird wichtiger (cold climate)


© ARGE WEA


Theoretischer Ansatz: Eigenschwingungen Schwingungen von Festkörpern

Rotorblatt als Biegeschwinger Erste und 4. Eigenschwingung (flap-wise)

1) und 2) Quelle: Wikipedia, „Biegeschwinger“

1)

2)

Veränderungen am Blatt verändern das Spektrum der Eigenschwingungen

Ansatz der Schadens-detektion



Technischer Ansatz

Hub Box

Sensor

EvaluationUnit

Installation in der WEA Beschleunigungssensoren bei 1/3 der

Blattlänge

HMU liefert Zeitsignal

WLAN oder LAN Verbindung in die Gondel

Auswertung der Spektren in der WEA

Expertenmonitoring im Hintergrund



Zeitsignal “edge” (Drehrichtung, WEA in Betrieb)zsk1

-100

-50

0

50

100

150

1 743 1485 2227 2969 3711 4453 5195 5937 6679 7421 8163 8905 9647 10389 11131 11873 12615 13357 14099 14841 15583 16325

zsk1



Zeitsignal “flap” (Schlagrichtung, WEA in Betrieb)zsK3-23.04.04

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

1

439

877

1315

1753

2191

2629

3067

3505

3943

4381

4819

5257

5695

6133

6571

7009

7447

7885

8323

8761

9199

9637

1007

5

1051

3

1095

1

1138

9

1182

7

1226

5

1270

3

1314

1

1357

9

1401

7

1445

5

1489

3

1533

1

1576

9

1620

7

zsK3



Strukturfrequenzen 1 – 10 Hz

Peaks stimmen überein

Individuelle Unterschiede der Produktion



Referenzen Vestas: V80, V82 1.8 MW, V90, V112 Tacke: TW1.5 Suzlon: S88 Südwind: S77 Siemens: SWT2.3 REpower: MM82, MM92, 5M PowerWind: PW56 Nordex: N60, N80, N90, N100γ NegMicon: NM48, NM82 Multibrid: M5000 Leitwind: LTW 77 Kenersys: K82, K100 GE Wind: 1.5 Fuhrländer: FL MD77, FL2500 Enercon: E-66, E-82 AREVA Wind: M5000

280 Installationen in: Belgien Dänemark Deutschland Großbritannien Italien Indien Kanada Niederlande Norwegen Österreich Rumänien Schweden Tschechische Republik USA



Neue Erkenntnisse der Schadensdetektion



Konsequenzen undetektierter Strukturschäden

Erkennung des Initialschadensverhindert Blattbruch



Detektion starker Blitzschäden

Abschaltung bei Starkschäden innerhalb von fünf Sekunden

Schadensentwicklung ohne Überwachung

(Foto © WKA Service Fehmarn)



Detektion kleiner Blitzschäden Neu entwickelter Algorithmus (pat. pend.) detektiert Blitzschäden, bevor

sie vom Boden sichtbar oder hörbar sind

Schadenswachstum im Zeitablauf sichtbar

WEA kann in Betrieb bleiben

-1.500

-1.000

-500

0

500

1.000

1.500

30.10.09 30.01.10 02.05.10 02.08.10 02.11.10 02.02.11 05.05.11 05.08.11

Diff 1-2 flap Diff 2-3 flap Diff 3-1 flap



Neue Erkenntnisse der Eisdetektion



Eisdetektion im Fokus (VERN)Rotorblattüberwachung: Aktueller Stand der Technik

Vier Hersteller mit Eisevaluationsprojekten in vier Ländern

Neben Eisdetektion Interesse an Steuerung von Enteisungssystemen

Drei Projekte laufen über zwei Winter

Abgeschlossenes Projekt erfolgreich


Frequenzabweichungen bei Eisansatz

Eisansatz

Eisfrei

Starker Eisansatz



WEA nach Eisregen

Vom Boden ausnicht sichtbar

Eisdicke>1.5 mm

Eismasse> 200 kg



Eissimulation durch ZusatzmasseRotorblattüberwachung: Aktueller Stand der Technik

0

20

40

60

80

100

120

20.06 21.06 22.06 23.06 24.06 25.06

Masse DBtats. Masse


Eissimulation durch Zusatzmasse – lessons learnedRotorblattüberwachung: Aktueller Stand der Technik

Genaue Betriebsdaten (Echtzeit) notwendig

Pitchwinkel hat großen Einfluss

Koppelschwingungen berücksichtigen

Verbolzter Rotor führt zu Fehlmessungen

Multiple Regression führt zu Verbesserung der Messgenauigkeit


Pitchwinkelfehlererkennung




Amplitudenverteilung flap vor Korrektur



Amplitudenverteilung edge vor Korrektur



Amplitudenverteilung flap nach Korrektur



Amplitudenverteilung edge nach Korrektur



-2 0 2 4 6 8 10 12 14-90

-88

-86

-84

-82

-80

-78

-76

-74

-72

-70

Sollwert Pitchwinkel [°]

Istw

ert P

itchw

inke

l [°]

RBL1 vorRBL2 vorRBL3 vorRBL1 nachRBL2 nachRBL3 nach

Pitchwinkelvergleich Soll/Ist vor und nach Korrektur


Pitchwinkelfehlererkennung – lessons learnedRotorblattüberwachung: Aktueller Stand der Technik

Anfangsverdacht durch Auswertung dynamischer Lasten

Große Abweichungen auch ohne Kalibrieren erkennbar

Analyse weiterer Parameter notwendig (Turmschwingungen)

Mit Kalibrierung tatsächlicher Pitchwinkel auf 0,2° bestimmbar

Potential zu automatischer Pitchfehlererkennung vorhanden


Integratives Condition Monitoring an WEA



Hauptkomponenten einer WEA

Rexroth Komponenten

Blattverstell-antriebe

Rotorblätter

Umrichter

Kühl-Filter-System

SteuerungHauptlager

Generator-getriebe

SchnelleWelle

Generator

Hydraulikaggregate

Bremssystem

Azimutantriebe

Turm, Fundament

Transformator

CM-befähigte Komponenten

Zustandsüberwachung von Rotorblättern an WEA


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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