Videreutvikling av vibrasjonsanalyse på generatorlageret til vindturbiner ved bruk av et Add-on system

Abstract

Prosjektet skal bidra til å videreutvikle bruk av vibrasjonsanalyse på generatorlageret til vindturbiner ved bruk av et Add-on system fra SKF. Det tas utgangspunkt i en Enercon E-70 turbin på Bessakerfjellet vindpark, WTG21, der utstyret allerede er satt opp av tidligere studenter. Målet med å videreutvikle Add-on systemet er å gi bedriften beslutningsgrunnlag for fremtidig drift og vedlikehold av turbinene.

Motivasjonen for prosjektet ligger i behovet for å redusere nedetid og forlenge levetiden til turbinene ved å forhindre uforutsette feil gjennom vibrasjonsovervåkning av kritiske komponenter som hovedlageret. Dette vil resultere i økt tilgjengelighet av fornybar energi og større fortjeneste for selskapet.

Oppgaven fortsetter arbeidet andre studenter har påbegynt tidligere år, der de allerede har satt opp Add-on systemet. For å få oversikt over nåtilstanden til turbinen og utstyret, blir en ståstedsanalyse gjennomført. Den starter med innsamling av data og informasjon og kartlegging av nåtilstanden til generatorlageret turbin 21 Tolkning av vibrasjonsdata fra WTG21 viser tegn til metallkontakt i Envelope 3 filtrering.

Videre kvalitetssikres Add-on systemet satt opp av tidligere studenter med veiledning av ekspert fra SKF. Tuning av softwareinnstillinger og Envelope 4 filtrering blir opprettet for å registrere høyfrekvente feil som lagerskader i tidlig fase.

For å nyttegjøre vibrasjonsdataene etableres alarmgrenseverdier på overall vibrasjonsnivå og kuleholderfrekvensen(FTF). Kuldeholderen i lageret er spesielt vektlagt på bakgrunn av havari på turbin 4, der det mistenkes at kuleholderen var rotårsaken. Grenseverdiene blir satt med to forskjellige metoder, manuelt på trending og med hjelp av diagnoseverktøyet Protean.

Deretter sammenlignes vibrasjonsdata fra turbin 21 med tilsvarende data fra turbin 4. Dette gjøres for å forsøke å si noe om tilstanden til generatorlageret på turbin 4 i forhold til 21. Sammenligningen viser at turbin 21 generelt har høyere vibrasjonsnivåer enn 4 hadde før havari. Det er imidlertid vanskelig å dra konklusjoner til årsak og betydning av dette på grunn av turbinenes alder.

Avslutningsvis utforskes mulighetene for å overføre vibrasjonsdata fra SKF-@ptitude til Aneos eget SCADA system. Opprettelsen kan gjøres ved en kommunikasjonsprotokoll som heter OPC UA.

The project aims to further develop the use of vibration analysis on the generator bearings of wind turbines using an Add-on system from SKF. It is based on an Enercon E-70 turbine at Bessakerfjellet wind farm, WTG21, where the equipment has already been installed by previous students. The goal of enhancing the Add-on system is to provide the company with decision support for future operation and maintenance of the turbines.

The motivation behind the project lies in the need to reduce downtime and extend the lifespan of the turbines by preventing unforeseen faults through vibration monitoring of critical components such as the main bearings. This will result in increased availability of renewable energy and greater profitability for the company.

The task builds upon the work initiated by other students in previous years, where the Add-on system has already been set up. To assess the current condition of the turbine and equipment, a baseline analysis is conducted. It begins with data and information collection and assessing of the current state of the generator bearing in turbine 21. Interpretation of vibration data from WTG21 indicates signs of metal-to-metal contact in Envelope 3 filtering.

Furthermore, the Add-on system set up by previous students is quality assured with guidance from an SKF expert. Tuning of software settings and Envelope 4 filtering are established to detect high-frequency faults such as early-stage bearing damage.

To leverage the vibration data, alarm threshold values are established for overall vibration level and ball pass frequency (FTF). The ball pass frequency is particularly emphasized due to a breakdown in turbine 4, where the ball pass frequency is suspected to be the root cause. The threshold values are set using two different methods: manually on trending and with the help of the diagnostic tool Protean.

Subsequently, vibration data from turbine 21 is compared with corresponding data from turbine 4 to attempt to assess the condition of the generator bearing in turbine 4 relative to turbine 21. The comparison shows that turbine 21 generally has higher vibration levels than turbine 4 had before the breakdown. However, drawing conclusions about the reasons and significance of this difference is challenging due to the age of the turbines.

Finally, options for transferring the data and threshold values from SKF @ptitude to Aneos' own SCADA system for easier monitoring alongside the rest of the operational data are explored. This is possible through the establishment of a communication protocol called OPC UA.