Zustandsüberwachung für Windkraftanlagen

Die Komplettlösung für die Zustandsüberwachung von Windkraftanlagen – mit dem einzigartigen Service- und Erfahrungsplus im Condition Monitoring: Schon vor Jahren hat Brüel & Kjær Vibro ein solches speziell auf Windkraftturbinen zugeschnittenes Überwachungskonzept entwickelt. Dabei haben unsere Spezialisten eng mit Herstellern, Betreibern und den Serviceabteilungen zusammengearbeitet. Dennoch sind wir unabhängig und überwachen Maschinen ganz verschiedener Hersteller. Mittlerweile sind unsere wegweisenden Systeme zur Fernüberwachung in Tausenden von Anlagen im Einsatz.

Zustandsüberwachung mit modularem Servicekonzept

Bei Brüel & Kjær Vibro finden Sie die Flexibilität, die Sie brauchen. Dazu gehört auch, dass wir unseren Service an Ihre Anforderungen anpassen.

  • Schlüsselfertige Condition Monitoring-Lösungen
    Alles aus einer Hand: Gemeinsam mit unseren Partnern koordinieren wir die Gewerke, montieren die Anlagen und übergeben sie im betriebsfertigen Zustand. Sie erhalten eine schlüsselfertige Anlage.
  • Kundeneigene Lösungen. Mit unserem VibroSuite-Softwarepaket können Ihre Schwingungsexperten alle Überwachungs- und Diagnosefunktionen nutzen: auch ohne externe Unterstützung.
  • Kombination aus beiden Lösungen. Betrieb und Instandhaltung von Überwachungssystem und Datenbankserver möchten Sie selbst übernehmen? Sie wollen dennoch auf Diagnoseexperten zurückgreifen, um den Instandhaltungsbedarf einzuschätzen? Dann wählen Sie aus unserem modularen Serviceangebot die passenden Bausteine aus.

Condition Monitoring für Windkraftanlagen: Qualitätsvorsprung

  • Einzigartige Erfahrung. Unsere Diagnoseexperten  überwachen mittlerweile mehr als 7.000 Windkraftanlagen. Das Know-how daraus fließt in jedes neue Condition Monitoring Projekt ein. Variable Betriebsbedingungen, komplexe Getriebe und niedrige Drehzahlen: All das erfordert einen anderen Überwachungsansatz als herkömmliche Maschinen mit rotierenden Wellen.
  • Verlässliche Fehlerdiagnose. Einen Fehler rechtzeitig zu entdecken ist wichtig. Genauso wichtig ist es, die Flut von Alarmen zu managen und falsche Alarme richtig zu bewerten: Das kann erhebliche Kosten sparen. Viele Betreiber von Windkraftanlagen vertrauen darum auf unsere Zustandsüberwachung und unseren Service: ein durchdachtes Konzept zu Ihrem Vorteil.
  • Zertifizierte Qualität. Sowohl unser Condition Monitoring-System als auch unser Condition Monitoring Service sind vom Germanischen Lloyd zertifiziert.

Windturbinen sind in der Regel sowohl hohen und sich verändernden Belastungen als auch extremen Wetterbedingungen ausgesetzt. Dadurch kann der Verschleiß von Maschinenkomponenten beschleunigt oder zumindest schwer einschätzbar werden. Unter diesen Umständen können angemessene Maschinenlaufzeiten nur durch schnelle Reaktionszeiten und zügige Maßnahmen zur Fehlerbehebung erreicht werden. Dies ist aufgrund der abgelegenen Lage und der Notwendigkeit von Kränen sowie anderen externen Faktoren nur schwer umzusetzen. Dieses Problem ist bei Offshore-Windparks, bei denen Turbinen während ungünstigen Wetterbedingungen nicht erreicht werden können, sogar noch schwerwiegender.

Aus diesem Grund spielt Condition Monitoring für eine erfolgreiche Betriebs- und Wartungsstrategie für Windturbinen eine entscheidende Rolle. Es wird eine Condition-Monitoring-Lösung benötigt, welche die speziellen Anforderungen bei der Überwachung einer Windturbine erfüllt, um die spezielle Konstruktion dieser Maschinen und ihren Betrieb zu berücksichtigen:

  • Geringe Rotationsgeschwindigkeiten
  • Komplexe Getriebestruktur
  • Unstarre Fundamente
  • Kompaktbauweise
  • Sich ständig verändernde Windbedingungen


Ein solches System muss nicht nur eine Reihe von sich anbahnenden Fehlern, die speziell bei Windturbinen auftreten, genau erkennen, sondern auch die gleichzeitige Anzeige von unzähligen Alarmen, wie es oft bei der Überwachung von Windturbinen vorkommen kann, verhindern. Einige dieser Alarme können auf sich verändernde Betriebsbedingungen zurückzuführen sein, daher benötigt das Condition-Monitoring-System eine effektive Monitoring-Strategie nach Leistungsklassen, um diese Art von Fehlalarmen zu verringern. Oftmals werden aufgrund der Kompaktbauweise des Antriebsstrangs der Windturbine viele Alarme für denselben Einzelfehler generiert, es wird daher auch ein intelligentes Alarmmanagement-System benötigt, um diese Art von redundanten Warnungen zu verringern.

Frühzeitige Fehlererkennung mit einem geeigneten Alarmmanagement sorgt für eine erhebliche Verbesserung der Genauigkeit und Verlässlichkeit der Condition-Monitoring-Strategie, was jedoch für viele Anwendungen noch nicht vollständig ausreicht. Fachliches Wissen im Bereich Fehlerdiagnose ist nicht nur zur Identifizierung des Fehlertyps und -orts notwendig, sondern auch zur Bestimmung der Schwere des Fehlers und der Feststellung einer Vorlaufzeit bei Ausfällen. Dieses Fachwissen ist nur schwer zu bekommen; viele Maschinenbediener verfügen darüber nicht.

Diese sind nur einige der Überlegungen, die den Condition-Monitoring-Systemlösungen für Windturbinen von Brüel & Kjær Vibro zugrundeliegen.

Schwingungsüberwachung ist seit über 60 Jahren unser Kerngeschäft. Wir verfügen daher über ausgewiesenes Know-how in der Früherkennung und Diagnose von Schäden an allen Arten von Maschinen und Anwendungen, einschließlich Windenergieanlagen (WEA).

Unsere Überwachungsstrategie zielt in erster Linie auf den Antriebsstrang der WEA, wobei insbesondere Wälzlager, Getriebe und Generator schadensanfällig sind.

Auch wenn die Technologie zur Schadenserkennung an diesen Komponenten nicht neu sein mag, liegt die Herausforderung in den baulichen und betriebsbedingten Besonderheiten einer WEA begründet. Die Vielzahl von möglichen Betriebsbedingungen, nicht-feste Fundamente, kompakte Bauweise, komplexes Getriebe und niedrige Drehzahl machen einen gänzlich anderen Überwachungsansatz für WEA erforderlich.

Zu den wichtigsten Funktionalitäten eines spezifischen Überwachungssystems zur Erkennung von sich entwickelnden Maschinenschäden an WEA gehören:

  • Prozessklassen (siehe Überwachungsstrategie)
  • Alarmmanagement (siehe Überwachungsstrategie)

Überwachungsstrategie

Schwingungsmessungen, Prozessparameter und Geschwindigkeit/Phase von verschiedenen Maschinenkomponenten.

  • Getriebe Versagensarten erster, zweiter und dritter Stufe:
    Getriebefehler: Spiel, Getriebeverschleiß, Getriebezahnradfehler
    Lagerfehler: Schmierung, Ausrichtungsfehler, Spiel, Ring- und Käfigfehler
    Wellenprobleme: Unwucht, Ausrichtungsfehler
  • Niedertourige Wellen & Hauptlager Versagensarten:
    Rotor, Unwucht, Verkrümmung, Schmierungsfehler, Lagerspiel, Lagerfehler
  • Generator DE (Antriebsende) & NDE (Nicht-Antriebsende) Versagensarten:
    Schmierungsfehler,  Lagerausrichtungsfehler, Lagerspiel, Lagerfehler, Wellenunwucht und -ausrichtungsfehler, Verkrümmung, Spiel, Ankopplungsfehler, Veränderung der Stützeigenschaften, elektrische Fehler
  • Strukturversagen:
    Veränderung der Stützeigenschaften, Getriebeaufhängungfehler, Resonanzen

System zur Unterscheidung von Änderungen im Schwingungsverhalten, hervorgerufen durch Prozessänderungen, z.B. Wirkleistung.

Ein gutes Überwachungssystem zeichnet sich dadurch aus, dass es gelingt, sich entwickelnde Schäden frühzeitig zu erkennen. Dabei dürfen keine Fehlalarme ausgelöst werden, auch nicht bei häufigen Lastwechseln oder sich schnell ändernder Geschwindigkeit.

Unser Überwachungssystem für WEA erlaubt es dem Nutzer, anhand der Schwingungssignaturen relevante Prozessklassen zu unterscheiden. Jeder dieser Prozessklassen kann ein individueller Alarmwert zugeordnet werden, wie in der Grafik unten gezeigt. Dadurch werden Fehler vermieden wie:

  • Fehlalarme – Ausgelöst durch Änderungen im Schwingungsverhalten aufgrund von Änderungen im Betrieb, nicht durch geschädigte Maschinenkomponenten
  • Fehlender Alarm – Es wird kein Alarm ausgelöst, obwohl sich ein Schaden entwickelt, weil die Grenzwerte zu hoch gesetzt sind.
Konzept der Prozessklassen
Picture Of Process Bin Concept

System zur sinnvollen Reduktion der Alarmflut, die bei der Überwachung von Windkraftanlagen anfällt.

Da es pro Turbine mehr als 1.000 Alarmlimits geben kann, sind die größten Herausforderungen bei der Überwachung der Umgang mit der möglicherweise sehr großen Anzahl an Alarmen und die Entscheidung, welche Alarme wirklich relevant sind. Auch gibt es während des Betriebes einer WEA viele Störgrößen, z.B. Böen und Windnachführung (Gieren).

Diese Störgrößen können kurzzeitig zum Überschreiten der Alarmlimits führen, obwohl kein Komponentenschaden vorliegt.

Ein weiteres Problem stellt das Auffinden eines Fehlers im Anfangsstadium dar. So kann z.B. ein Fehler, der von einem Sensor an einem bestimmten Lager entdeckt wird, auch von anderen Sensoren, die in der Nähe angebracht sind, aufgenommen werden. In diesem Falle kommt es zu mehreren Alarmen, obwohl es sich um nur einen Maschinenfehler handelt.

Brüel & Kjær Vibro hat ein intelligentes Alarmmanagementsystem entwickelt, das diese Flut von Alarmen scannt und diejenigen herausfiltert, die nicht relevant sind. Es filtert auch Alarme aufgrund von Störgrößen heraus. Letztlich wird nur ein Alarm pro Fehler erzeugt.

Die Alarme werden in fünf Schweregrade eingeteilt, anhand derer das Service-Team des Kunden die verbleibende Zeit zur Reparatur planen kann, wie anhand der Grafik zu sehen ist.

Ein neuer Alarm wird nur ausgelöst, wenn ein anderer Schweregrad erreicht wird. Daher können während der "Laufzeit" eines Fehlers auch nur maximal vier Alarmmeldungen erfolgen. Die Schwere wird zunächst automatisch durch den Alarm Manager ermittelt, eine abschließende Beurteilung erfolgt durch einen erfahrenen Diagnostiker.

Beschreibung der Alarmklassen
Picture Of Alarm Class Description

Überwachungssystem und Service

DarstellungSystemübersicht schlüsselfertige CM Lösung
1. Schlüsselfertige Komplett-Lösung mit B&K Vibro als Dienstleister
Darstellung CM Monitoring Lösung für kundeneigene Systemeowned solution
2. Kundeneigene Lösung
Darstellung CM Lösung mit kundeneigenen Systemen und B&K Vibro Service
3. Kundeneigene Lösung mit B&K Vibro Service

1. Komplettlösungen, die von Brüel & Kjær Vibro als Dienstleister betrieben werden
Falls die Schutz- und Zustandsüberwachung von Maschinen nicht zu den Kernkompetenzen Ihres Unternehmens zählt, können Sie im Rahmen einer externen schlüsselfertigen Lösung dennoch von einer kompletten Condition-Monitoring-Strategie profitieren. Unser umfassendes Serviceangebot deckt alle Überwachungs- und Diagnosefunktionen ab, ebenso wie Betrieb und Wartung der Überwachungs-Hardware, -Software und des Servers. Wir geben Ihrem Serviceteam Handlungsempfehlungen mit
hinreichender Vorlaufzeit an die Hand.

2. Kundeneigene Lösungen
Mit einer gut eingespielten Condition-Monitoring- und IT-Abteilung können Sie Ihr gesamtes Condition-Monitoring-System und die Datenbankserver in Eigenregie betreiben und pflegen, unabhängig von Brüel & Kjær Vibro. Unser VibroSuite-Softwarepaket ermöglicht Ihren Schwingungsexperten die Nutzung aller Überwachungs- und Diagnosefunktionen ohne externe Unterstützung. In diesem Fall benötigen Sie keine Dienstleistungen von Brüel & Kjær Vibro.

3. Kundeneigene Lösungen in Verbindung mit Dienstleistungen von Brüel & Kjær Vibro
Vielleicht verfügen Sie über die erforderlichen Mittel für den Betrieb und die Instandhaltung des Überwachungssystems und der Datenbankserver, benötigen aber für die Einschätzung des Instandhaltungsbedarfs Diagnosefachwissen. In diesem Fall stehen wir Ihnen selbstverständlich gerne mit Dienstleistungen zur Seite!

Als authorisierter Benutzer erhalten Sie via Internetbrowser eine Übersicht über den Zustand aller Turbinen Ihres Windparks. Alle Alarm-, Schwingungs- und Prozessdaten können über diese Webseite eingesehen werden, so dass Sie sowohl einen Überblick über den Gesamtzustand der Turbinen erhalten als auch detaillierte Alarminformation zu speziellen Messpunkten einer bestimmten Turbine. Somit macht diese Website-Funktion nicht nur den Turbinenzustand, sondern auch das eingesetzte Diagnostik-Know-how nachvollziehbar und transparent.

CMS Anwender Website Screenshot 1
CMS Anwender Website Screenshot 2
WTG Analyzer Screenshot 2
Screenshot Of WTG Analyzer

Diese Diagnostik-Software ermöglicht Ihnen, die Schwingungs- und Prozessdaten in der Serverdatenbank des Brüel & Kjær Vibro Diagnosezentrums einzusehen, und zwar an jedem Messpunkt und für jede Turbine Ihres Windparks. Sie können damit auch hoch aufgelöste Zeitsignale im .wav-Format herunterladen, um damit im Nachgang Ihre eigenen Diagnosen und Analysen durchzuführen.

WTG Analyzer Screenshot 1
Screenshot Of WTG Analyzer

Wir bieten jetzt auch eine Condition Monitoring-Lösung (CMS) als Service an - eine Zustandsüberwachung von Windkraftanlagen, die ohne größere Investitionen nachgerüstet werden kann. Mehr dazu in unserer Pressemitteilung oder kontaktieren Sie uns.

Im Diagnosezentrum von Brüel & Kjær Vibro arbeitet ein Team von Experten, das auf die Überwachung von Windturbinen spezialisiert und nach ISO 18436 zertifiziert ist. Sie beschäftigen sich nicht nur mit der Diagnose von erkannten Fehlern, sondern implementieren auch Prozesse, um den Informationsaustausch und den Workflow zwischen Diagnosezentrum und Serviceteam des Betreibers zu ermöglichen.

Die Daten jeder WEA werden mittels einer Datenerfassungseinheit in der Gondel an den Datenerfassungsserver übertragen. Ein ausgeklügeltes Alarmmanagementsystem im Server vergleicht die Daten mit voreingestellten Grenzwerten und sortiert aus der Alarmflut diejenigen heraus, die üblicherweise aufgrund von Windböen, Signalüberlagerung usw. entstehen. Ein priorisierter und qualifizierter Alarmbericht wird ausgegeben. Gibt es Alarmdaten, werden die Zeitsignale der jeweiligen Turbine für die nachträgliche Bearbeitung und Diagnose gespeichert.

Das Diagnosezentrum von Brüel & Kjær Vibro erstellt dann einen Bericht für das Serviceteam des Kunden. Nach dem Serviceeinsatz bekommt das Diagnosezentrum eine Rückmeldung, so dass die Diagnosetechniken, die Bewertung der Fehlerschwere und die Bestimmung des Instandhaltungsintervalles weiter optimiert werden können.

Das Diagnosezentrum kümmert sich auch um die Überwachungshardware in den WEA. 

Die Berichte von Brüel & Kjær Vibro werden branchenweit geschätzt aufgrund Ihrer Genauigkeit, Kürze und der Art, wie die komplexen Informationen, die das Überwachungssystem liefert, in einfache und klare Handlungsanweisungen "übersetzt" werden.

Die Diagnose der erkannten möglichen Fehler werden in einem Alarmbericht mit folgenden Inhalten zusammengefasst:

  • Beschreibung der Beobachtungen
  • Interpretation der Beobachtungen und
  • Einschätzung der damit verbundenen notwendigen Instandhaltungsmaßnahmen.

Referenzen Condition Monitoring für Windkraftanlagen

  • Broken Bow II in Nebraska/USA mit der Größe von 75MW
  • San Marcos in San Marcos de Colón/Honduras mit der Größe von 50 MW
  • Chinchayote in Tegucigalpa/Honduras mit der Größe von 45 MW
  • Cerro de Hula in Departamento Francisco Morazán/ Honduras mit der Größe von 100 bis 126 MW
  • Frosolone in Frosolone/Italien mit der Größe von 6,8 MW
  • Caltavuturo in Sizilien/Italien mit der Größe von 47,6 MW
  • Sedini in Sardegna/Italien mit der Größe von 31,5 MW
  • Trapani in Sizilien/Italien mit der Größe von 8,5 MW
  • Horns Rev 1 in der Nordsee/Dänemark mit der Größe von 160 MW
  • Erie Shores in Ontario/Kanada mit der Größe von 99 MW
  • Gamesa G52 0,85 MW
  • Gamesa G87/2000 2 MW
  • GE 1,5 MW
  • GE 1,7 MW
  • GE SL and SLE 1,5 MW
  • Repower MM92 2,05 MW
  • Vestas V80/2000 2 MW

  • Vestas 90 3MW

  • V80-110 1.8 – 2 MW

  • V112 3.3MW

  • S88 2.1MW

Produkte für unsere Zustandsüberwachungslösungen

  • Flexibel, schnell, zuverlässig: Modulare Plattform für Maschinenschutz und mehr

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    Präzise Beschleunigungs-, Schwinggeschwindigkeits- und berührungslose Wegsensoren

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