Wärmebildgebung zur vorbeugenden Wartung von Windkraftanlagen

Da Windparks altern und nicht länger unter Garantie stehen, ist es umso wichtiger, dass Eigentümer und Betreiber eine vorbeugende Wartung durchführen. Durch die Erkennung drohender Komponentenausfälle können Betreiber kostspielige Ausfälle und Ausfallzeiten vermeiden. Die Wärmebildtechnik kann helfen, diese Fehler auf einen Blick zu erkennen, auch während des Betriebs.

Wind ist in Australien seit vielen Jahren ein fester Bestandteil der Stromerzeugung. Es ist eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen Australiens und erzeugt genug Strom, um 7,1 Prozent des gesamten Strombedarfs des Landes zu decken. Ende 2018 gab es in Australien 94 Windparks mit einer Leistung von fast 6 GW Windkraft.

Das starke Wachstum der Windkraftkapazität in den letzten Jahren hat dazu geführt, dass die Zahl der Anlagen, die das Ende der Herstellergarantiezeit erreicht haben, stark angestiegen ist. Dies birgt zwangsläufig das finanzielle Risiko für den Eigentümer, einen kostengünstigen Betrieb und eine kostengünstige Wartung zu gewährleisten.

Effiziente vorbeugende Wartung

Die Wartung nach der Garantiezeit ist unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Rentabilität der Windturbinenanlage zu verbessern. Um Wartungskosten zu senken und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern, wechseln Betreiber immer mehr von reaktiven zu präventiven Wartungsaktivitäten.

Die Bauteile von Windrädern sind verschleißanfällig und können defektbedingt versagen. Deshalb sind vorbeugende Wartung und regelmäßige Inspektionen so wichtig. Leider können die Wartungskosten hoch sein, weshalb vorbeugende Inspektionen so effizient wie möglich organisiert werden müssen. Die Betriebs- und Wartungskosten können über die Lebensdauer der Windkraftanlage leicht 20 bis 25 Prozent der Gesamtkosten pro produzierter kWh ausmachen.

Wärmebildkameras

Die Wärmebildtechnik ist die einzige Technologie, die es dem Betreiber ermöglicht, alle elektrischen und mechanischen Komponenten der Windkraftanlage und des umgebenden elektrischen Systems zu überprüfen. Sowohl bei elektrischen als auch bei mechanischen Komponenten gilt die allgemeine Regel, dass eine Komponente heiß wird, bevor sie ausfällt. Wärmebildkameras erkennen diesen Temperaturanstieg, bevor ein Fehler auftritt. Diese Hot Spots werden im Wärmebild deutlich sichtbar.

Eine Wärmebildkamera macht nicht nur Ihre Getriebe- und Motorprobleme einschließlich Wellenversätze sichtbar, sondern auch schwer erkennbare elektrische Probleme wie lose Anschlüsse und ungleichmäßige Belastungen. Die Vielseitigkeit von Wärmebildkameras ermöglicht Wartungspersonal, das Beste aus ihrem vorbeugenden Wartungsprogramm herauszuholen.

Anwendung: Verhindern potenzieller Ausfälle von Deadbreak-Elbow-Verbindungen

Deadbreak-Elbow-Anschlüsse werden häufig in Windpark- und Versorgungsanwendungen, in Transformatoren, Anschlussdosen und Trennschaltern verwendet. Ausfälle dieser Art der Terminierung können sehr gefährlich und kostspielig in Bezug auf Schäden an angrenzenden Geräten und Betriebsunterbrechungen sein.

Unten ist ein Beispiel für eine fehlgeschlagene Deadbreak-Verbindung. In diesem Fall könnte die beschädigte Komponente potenziell den Ausfall von 25 MW Stromerzeugung für etwa 15 Stunden verursachen.

Ausgefallene Deadbreak-Verbindung an einem 1850-kVA-Transformator

Terminierungsfehler können durch mangelhafte Montage, Unerfahrenheit des Installateurs oder Nichtbeachtung der Anweisungen verursacht werden. Umweltbedingungen können ebenfalls dazu führen, dass sich Materialien ausdehnen, zusammenziehen oder sich bewegen, was wiederum zu einem Versagen des Terminators führen kann. Kabel können durch schweres Eis belastet werden, das sich im Totraum unter den Anschlussschränken ansammelt und zu Belastungen des Kabels führt. Auch Frostauftrieb von Geräten in den Wintermonaten kann bei der Kabelbewegung eine Rolle spielen und zu einem möglichen Ausfall führen.

Stützen zur Stabilisierung von Leitern an einem 1850-kVA-Windturbinentransformator.

Bei der Visualisierung mit einer Wärmebildkamera zeigen sich Anomalien in den Deadbreak-Verbindungen deutlich als Wärmeverluste.

Eine Anomalie, die bei einem routinemäßigen IR-Scan an einem 1850-kVA-Windturbinentransformator entdeckt wurde

In den folgenden Beispielen sehen Sie den Temperaturunterschied zwischen einem freiliegenden und einem abgedeckten Anschluss mit einem Defekt. In der ersten Testreihe wurde ein Anschluss absichtlich beschädigt und 75 Minuten lang mit 100 Ampere Strom beaufschlagt. Die zweite Bilderserie zeigt denselben Abschluss mit installierter Abschirmungsmanschette, um das Erwärmungsmuster und das Delta zwischen den beiden Bereichen zu demonstrieren.

15 Minuten im 100 A-Test. Blanker Stecker 44,2°C vs. abgeschirmte Buchse 26,9°C – ΔT 17,3°C

45 Minuten im 100 A-Test. Blanker Stecker 69,6°C vs. abgeschirmte Buchse 35,7°C – ΔT 33,9°C

75 Minuten im 100 A-Test. Blanker Stecker 72,3°C vs. abgeschirmte Buchse 40,9°C – ΔT 38,4°C

Anwendung: Inspektionen von Turbinenrotorblättern

Die Rotorblätter von Windkraftanlagen werden aus Verbundwerkstoffen hergestellt und sind leicht und solide. Sie sind jedoch während des Herstellungs- und Prüfprozesses ständig erheblichen Belastungen ausgesetzt, die zu Rissen führen können. Im schlimmsten Fall können die Blätter im Betrieb sogar abbrechen und sich vom Rotor lösen, was zu lebensgefährlichen Unfällen führen kann.

Mit Wärmebildkameras ist es möglich, die Rotorblätter in der Bewegung zu inspizieren. Defekte wie Risse verändern die thermische Signatur des Materials. Auf diese Weise können kleine Veränderungen an Turbinenblätter-Verbundwerkstoffen per Infrarot erkannt werden, die ansonsten allein durch visuelle Inspektion unbemerkt bleiben würden.

Die Wärmebildtechnik kann eine Vielzahl von Anomalien erkennen, darunter Risse, Defekte durch Blitzschlag, beschädigte Spitzen sowie Faserprobleme. Wärmebildkameras erkennen auch Strukturprobleme, fehlende Klebeverbindungen, Blattneigungsfehler und vieles mehr. Das Erkennen dieser Anomalien in einem frühen Stadium, wenn sie noch klein sind, senkt die Kosten und verhindert schwere Schäden.

Vorteile der thermischen Bildgebung

Die Wärmebildkamera bietet einen sofortigen Überblick über die thermische Signatur der Windkraftanlage, sodass Bediener Fehler auf den ersten Blick erkennen können. Mit einer Wärmebildkamera können Inspektionen sogar vom Boden aus durchgeführt werden, ohne dass der Turm bestiegen werden muss.

Genauigkeit ist wahrscheinlich der Hauptgrund, warum Wartungspersonal sich der Wärmebildtechnik zuwendet. Mit einer Wärmebildkamera können Sie nicht nur Defekte an der Außenfläche der Rotorblätter erkennen, sondern auch tiefer im Inneren der Blätter. Letztendlich sind es diese inneren Defekte, die zum Ausfall beitragen, wenn die Probleme bestehen bleiben.

Wärmebildtechnik ermöglicht es Inspektoren, große Bereiche aus der Ferne abzudecken. Dies reduziert zumindest die Anzahl der physischen/visuellen Kontrollen, beschleunigt die Wartungsarbeiten und macht sie kostengünstiger.

FLIR-Kameras für vorbeugende Wartung

Durch die Integration von Wärmebildtechnologie in die Inspektionsroutine zur vorbeugenden Wartung können Windparkunternehmen Anlagen jederzeit unter Betriebsbedingungen überwachen. Indem Sie Wärmebildtechnik in Ihren präventiven Wartungsplan einbinden, können Sie Ihre Effizienz steigern und Ihre Profitabilität maximieren. Elektrische und mechanische Probleme werden früher erkannt, bevor diese zu kostspieligen ungeplanten Ausfallzeiten führen.

Temperaturanomalien können mithilfe einer tragbaren Wärmebildkamera wie der FLIR T1040 HD-Wärmebildkamera effizient lokalisiert werden. Diese Kamera liefert Ihnen die detailreichsten Bilder und die präzisesten Temperaturmesswerte und bietet Ihnen eine unübertroffene Flexibilität. Die FLIR T1040 HD ist mit einer einzigartigen Kombination aus MSX® (Multi-Spectral Dynamic Imaging), UltraMax® Bildverbesserungstechnologie und adaptiven Filteralgorithmen ausgestattet, die es Benutzern ermöglicht, die gleichmäßigsten und detailreichsten Bilder aufzunehmen.