Driftssikkerhet for vindturbiner

Transkript

1 Produksjonsteknisk konferanse (PTK) Clarion Hotel Oslo Airport, Gardermoen,

2 Prosjekteier Utfører EBL Kompetanse AS ved Lene Mostue SINTEF Energiforskning AS ved Arnt Ove Eggen Varighet Budsjett/finansiører Kraftselskaper Norges forskningsråd Elforsk 2400 kkr 1000 kkr 600 kkr 2

3 Bakgrunn Vindturbinene blir driftet og vedlikeholdt av leverandøren i garantiperioden Mange kraftselskap ønsker at egen organisasjon skal overta drift og vedlikehold etter garantiperioden Rask utvikling i teknologi, ytelse og kompleksitet Forventet levetid er betydelig kortere enn for vannkraft Norske klima- og vindforhold er tøffere enn i de land erfaringsgrunnlag kan hentes fra 3

4 Målsetning Målsetningen med prosjektet er å utnytte erfaringer, kunnskap, metoder og verktøy fra vannkraft til å utvikle tilsvarende verktøy også for vedlikehold av vindkraftverk Utarbeide kodeplan for komponenter i et vindkraftverk Utvikle systematikk for innsamling av driftserfaringer og driftshistorikk, inkl. system for koding av feilbeskrivelser og feilårsaker Utarbeide håndbøker for tilstandskontroll av vindkraftverk Etablere levetidskurver for utvalgte komponenter Utarbeide anbefalinger knyttet til bestilling og kontraktinngåelse 4

5 Kodifisering av vindturbiner i EBLs Kodeplan (EBL-K ) Det er utarbeidet et forslag til felles kodeplan for vindturbiner med utgangspunkt i EBL's kodeplan En kodeplan gir en unik identifikasjon av alle systemer, komponenter og deler i en vindturbin Forenkler søk/gjenfinning i et anleggsregister Tilordning av dokumentasjon, tegninger, bilder Registrering av tilstandsinformasjon Registrering av feil og mangler Tilordning av vedlikeholdstiltak Generell ressursoppfølging 417 VINDTURBINER Generelt Se grønne sider Vindturbin nr Se grønne sider Blader, generelt Blad nr Bladlager Bladlager, innvendig Bladlager, utvendig Balansevekter Regnskjørt Stall-lister Vortex generator Dinotails Blad nr Blad nr Nav (Hub), felles Fremste foring Navtransformator Signaloverføringsenhet ( En felles kodeplan for bransjen forenkler utveksling/innsamling av informasjon i forbindelse med benchmarking, utarbeidelse av nasjonale statistikker, estimering av ulike parametre, osv. 5

6 Systematisk registrering og rapportering av driftshistorikk for vindturbiner (EBL-K ) Målsetningen er en oppbygging av lokal historikk for dokumentasjon og oppfølging av egne anlegg Spesielt gunstig for vindparker med mange like enheter Ambisjonsnivå og forventninger man har for analyser og bruk av erfaringsdata setter krav til omfang og kvalitet på data som må registreres Datastruktur (basert på ISO 14224:2006) Utstyrsdata Sviktdata Vedlikeholdsdata Tilstandsdata Inventory.. Inventory 2 Inventory 1 Failure.. Failure 2 Failure 1 Maintenance 3 Maintenance 2 Maintenance 1 Maintenance... State information 6

7 Tilstandskontroll av vindkraftverk Håndbok Vindturbiner (EBL-K ) Hver hovedkomponent beskrives i 4 delkapitler 1. Utarbeide komponentbeskrivelser med utgangspunkt i en generisk vindturbin 2. Kartlegge og beskrive skadetyper og feilårsaker 3. Kartlegge og beskrive aktuelle tilstandskontrollmetoder inkl. kriterier for tilstandsvurdering og tilhørende skadeatlas, samt utarbeide tilstandskontrollskjema 4. Etablere anbefalte tilstandskontrollprogram inkl. flytdiagram som beslutningsstøtte ved endringer av tilstandskontrollprogrammet 7

8 Komponentbeskrivelse Anleggsinndeling iht. EBLs Kodeplan Kort beskrivelse av komponentens oppbygging, virkemåte og primære funksjoner Fokus på aspekter med betydning for vedlikeholdet, f.eks. materialvalg og tekniske løsninger Beskrivelsen er basert på typiske norske vindturbiner 8

9 Skadetyper Gir, tannhjul Kort beskrivelse av de vanligste skadetypene, eller sviktmekanismene, for komponenten Micropitting Pitting Avskalling Scuffing Inntrykningsmerker Stillstandsmerker Klakking Micropitting er en overflateskade som kan oppstå der metalloverflater glir mot hverandre, og kan bl.a. forårsakes av lokalt høyt flatetrykk og utilstrekkelig smøreoljefilm, noe som kan skyldes utilstrekkelig oljetilførsel, for høy oljetemperatur (som gir tynnere olje), eller at det er vann i oljen. Micropitting kan oppdages som et grått område på en ellers blank overflate. Sett i et mikroskop kan micropitting minne om rimfrost. Micropitting kalles derfor også for frosting, greystaining eller peeling. Micropitting er pitting i liten skala. Kvaliteten på overflatefinishen er viktig med tanke på å forebygge micropitting. Det finnes også smøreoljer som bidrar til å forebygge micropitting. 9

10 Skadetyper Gir, tannhjul Tabell 12.2 Årsaker Mulige konsekvenser Tilstandskontrollmetoder [Utsagnskraft] Påvisning Gir Micropitting, pitting - Mekanisk slitasje - Urenheter i oljen - Materialtretthet - Materialfeil - Produksjonsfeil - Sprekkdannelser i tenner - Avskalling på tenner - Visuell inspeksjon, ev. med endoskop [A] - Oljeanalyse [B], [C] - Undersøkelse av utskiftede oljefilter [A] - Magnetisk partikkelfanger i girolje [A] - Maskinovervåkning [C] - Synlige tegn til micropitting eller pitting - Partikkelinnhold i olje - Slitasjepartikler på magnet - Vibrasjoner - Unormale lyder - Temperaturøkning 10

11 Tilstandskontrollmetoder Beskrivelse av ulike tilstandskontrollmetoder (både inspeksjoner og målinger) som kan benyttes for overvåking og diagnostisering av komponentens tilstand Kvalitative eller kvantitative kriterier for karaktersetting av skader som kan observeres med de enkelte tilstandskontrollmetodene Skadeatlas (bilder som illustrerer typiske skadeomfang) Tilstandskontrollskjema 11

12 Tilstandskontrollmetoder Gir Visuell inspeksjon Visuell inspeksjon Visuell inspeksjon av gir skal primært avdekke slitasje og skader som kan observeres uten demontering av giret. Avhengig av type og konstruksjon skal følgende punkter kontrolleres: unormale lyder eller unormale vibrasjoner 1 oljenivå og oljetemperatur oljefilter oljelekkasje tetninger og slangetilkoblinger slitasje eller sprekker i slanger for girolje slitasje eller ujevnheter i overflaten på synlige tenner (NB! Sjekk riktig flanke) slitasje i synlige lagerelementer i giret metallfragmenter på magnetisk partikkelfanger utvendig tilsmussing av kjøleribber på luft-/oljekjøler slitasje eller sprekker på oljekjøler forurensninger i oljekjøler giroppheng og vibrasjonsdemping skadet/defekt eller løs/manglende bolteforbindelse innretting av gir og generator 12

13 Kriterier for karaktersetting Beskrivelse Ingen eller ubetydelige tegn til degradering. Normal/forventet degradering. Tilstanden er noe dårligere enn i ny/nyrevidert tilstand. Utbredt degradering. Tilstanden er betydelig dårligere enn i ny/nyrevidert tilstand. Tilstanden er kritisk med tanke på å opprettholde en krevd funksjon. Enheten opprettholder ikke lengre en krevd funksjon, og har en feil. Tiltak (avh. av risiko) Ingen tiltak. Ingen tiltak, ev. redusert måleintervall. Aktuelle tiltak kan være reduksjon av måleintervall utbedring ved neste service utbedring ved første anledning Driftsstans. Tiltak bør iverksettes før videre drift. Driftsstans. Tiltak må iverksettes før videre drift. 13

14 Kriterier for karaktersetting Tabell Gir, Tannhjul Visuell inspeksjon (slitasje, micropitting og pitting) Karakter Kriterier for karaktersetting Ingen synlige tegn til slitasje, ev. innkjøringsslitasje med blankpolering av tannflater. Micropitting på inntil 10 % av tannflaten, typisk i et hjørne eller 1 langs bunnen av tannflaten [Normalt et innkjøringsproblem som ikke utvikler seg videre] Micropitting på inntil 50 % av tannflaten. [Normalt et innkjøringsproblem som 2 ikke utvikler seg videre, men som bør holdes under observasjon] Begynnende pitting (små huller i tannflatene), typisk i forbindelse med micropitting. [Normalt et innkjøringsproblem som ikke utvikler seg videre, men 3 som bør holdes under observasjon] Kraftig forurenset magnetisk partikkelfanger. Utbredt pitting med avskalling av større partier. 4 Meget kraftig forurenset magnetisk partikkelfanger. 14

15 Gir, tannhjul Micropitting 1 Ingen synlige tegn til slitasje, ev. innkjøringsslitasje med blankpolering av tannflater. Micropitting på inntil 10 % av tannflaten, typisk i et hjørne eller langs bunnen av tannflaten [Normalt et innkjøringsproblem som ikke utvikler seg videre] 15

16 Gir, tannhjul Micropitting 2 Micropitting på inntil 50 % av tannflaten. [Normalt et innkjøringsproblem som ikke utvikler seg videre, men som bør holdes under observasjon] 16

17 Gir, tannhjul Micropitting 3 Begynnende pitting (små huller i tannflatene), typisk i forbindelse med micropitting. [Normalt et innkjøringsproblem som ikke utvikler seg videre, men som bør holdes under observasjon] Kraftig forurenset magnetisk partikkelfanger. 17

18 Gir, tannhjul Pitting og avskalling 4 Utbredt pitting med avskalling av større partier. Meget kraftig forurenset magnetisk partikkelfanger. 18

19 Gir, tannhjul Brukket tann 4/5 Sprekkdannelser i tenner. Avskalling på tenner. 19

20 Lager, ruller Stillstandsmerker og pitting 3 Pitting (som starter fra stillstandsmerker). Inntrykkingsmerker. Misfarging av smørefettet. 20

21 Lager, ruller Pitting 4 Kraftig pitting. Avskalling. Store inntrykkingsmerker. Slitasjemateriale i smørefettet. Aksiell forskyvning på grunn av slitasje. 21

22 Blad Sprekker ved bladrot 3 Avskallet topcoat. Mindre sprekker. 22

23 Blad Lynskade ved lynreseptor 3 Avskallet topcoat. Mindre sprekker. 23

24 Tilstandskontrollprogram Gjennomføring av målingene er ofte både krevende og kostbar. Det er derfor viktig med en strategi for hvilke målinger som skal gjennomføres, og hvor ofte de bør utføres (måleintervall). Et standard tilstandskontrollprogram utføres med konstante tidsintervaller, og representerer en minimumsløsning for vedlikeholdet Flytdiagram. Dersom det inntreffer avvikende måleresultater kan det være aktuelt å iverksette tilleggsmålinger for å bestemme tilstanden nærmere, ev. gjennomføre andre forebyggende tiltak. Tabell Gir Tilstandskontrollprogram Tidsintervall Måling 6 mnd Ved mistanke Oljeanalyse 1 år Visuell inspeksjon 1 år Kontroll av tiltrekkingsmoment 1 år Funksjonskontroll 5 år Oljeskift (iht. oljeprøve) 1) Etter behov Visuell inspeksjon med endoskop Ved mistanke Vibrasjonsmåling Ved mistanke om unormal slitasje Undersøkelse av utskiftede oljefilter Ved mistanke om sprekker NDT-kontroll 24

25 Normal drift Utfør måling Flytdiagram Hvilken tilstand har enheten? 1 Ingen tiltak Ingen endring av måleprogram Fortsatt drift 2 Ingen tiltak Ingen endring av måleprogram Følges opp spesielt ved neste service Fortsatt drift 3 Er tilleggsmåling nødvendig? Ja Utfør tilleggsmåling Nei Er utbedring nødvendig? Ja Er neste service tidsnok? Nei Ja Reduser inspeksjonsintervallet Utbedring ved neste service Fortsatt drift Nei Utbedring ved første anledning 4 Tiltak bør iverksettes før videre drift Driftsstans 5 Tiltak må iverksettes før videre drift (Skjult funksjon) Driftsstans 25

26 f(t) f(t) f(t) f(t) Levetidsmodellering Teknisk tilstand Karakter x x x x x x x x x Svikt Håndbøker 5 Feil Tid [år] T 1 T 2 T 3 T Idriftsettelse, 0.25 rehabiliteringer f(t) f(t) f(t) tid tid Ekspertvurderinger Tilstandskontroll Feilstatistikk tid Kilde: Thomas Welte, NTNU/SINTEF tid 26

27 Kontrakter om levering av vindturbiner sett i et drifts- og vedlikeholdsperspektiv (EBL-K ) Vindturbinene blir ofte driftet av leverandøren i garantiperioden Leverandørene har svært ulike strategier når det gjelder bl.a. garantiperioder, drifts- og vedlikeholdskontrakter, og tilgjengelighetsgarantier Kraftselskapene har flere aktuelle strategier for drift og vedlikehold D&V utføres videre av leverandør D&V outsources til en leverandør av drift og vedlikeholdstjenester D&V utføres av eiers egen organisasjon Aktuelle kontraktstyper leveransekontrakt drift og vedlikeholdskontrakt supportkontrakt kontraktsoverbygning 27

28 Kontrakter om levering av vindturbiner sett i et drifts- og vedlikeholdsperspektiv (EBL-K ) Rapporten understreker viktigheten av at eier setter av ressurser til å kunne involvere seg tungt både før, under og etter byggingen av vindkraftverket, dvs. også i garantiperioden. På den måten vil eier sikre kontinuitet i kunnskapen, samt legge til rette for en optimal drift av vindkraftverket i hele dets levetid. Tester man bør ha fokus på er Pre-commissioning tests Ferdigstillelsestester (commissioning tests) Prøvedrift (trial operation) Performance Acceptance Test (PAT) End-of-warranty inspection 28

29 Kontrakter om levering av vindturbiner sett i et drifts- og vedlikeholdsperspektiv (EBL-K ) Rapporten understreker også viktigheten av at eier sikrer seg rettigheter til alt som produseres i vindkraftverket ikke bare energien, men også alle data som genereres, dvs. tilgang til, eller innsyn i, bl.a.: produksjonsdata som produsert energi, produksjonstid og tilgjengelighet elektriske data som strøm, spenning, aktiv effekt, reaktiv effekt, effektfaktor og frekvens temperaturdata som maskinhustemperatur, oljetemperatur, lagertemperatur, viklingstemperatur meteorologiske data som vindhastighet, vindretning, vindkast, vindskjær, lufttemperatur, lufttrykk og nedbør lynnedslag, dvs. antall og ev. også styrke eller energiinnhold Annen informasjon av interesse er bl.a.: forebyggende og korrigerende vedlikehold feilrapporter informasjon om hendelser/feil/mangler/tiltak (eventlog) innsyn i vurderinger og beslutninger som tas i løpet av garantiperioden rettigheter til å observere/lære av det leverandør gjør (kompetanseoverføring) i løpet av garantiperioden 29

30 Oppsummering resultater Kodifisering av vindturbiner i EBLs Kodeplan (EBL-K ) Systematisk registrering og rapportering av driftshistorikk for vindturbiner (EBL-K ) Kontrakter om levering av vindturbiner sett i et drifts- og vedlikeholdsperspektiv (EBL-K ) Tilstandskontroll av vindkraftverk Håndbok Vindturbiner (EBL-K ) 30

31 Ta resultatene i bruk Høst erfaringer Oppdater tilstandskontrollhåndboken kontinuerlig Takk for oppmerksomheten! 31