Windenergieanlage vor Gewitterwolken

Lastmessung in Rotorblättern Robustes Sensor-Design

Rotorblätter sind extremen Umweltbedingungen und Beanspruchungen ausgesetzt. Durch die immer länger werdenden Rotorblätter steigen die Anforderungen an die Überwachung. Die Lösung von Phoenix Contact überwacht kontinuierlich die Schwingungen und Lasten in den Rotorblättern. Beim Überschreiten der eingestellten Grenzwerte werden Alarme abgesetzt: Betreiber sind über den Zustand der Rotorblätter stets informiert.

Anwendung

Die Rotorblätter sind eine der neuralgischen Komponenten einer Windenergieanlage (WEA). Insbesondere durch den Trend immer längerer Blätter gewinnt eine Überwachung zunehmend an Bedeutung. Auf die Rotorblätter wirken sehr große dynamische Kräfte, die über den Verlauf der Lebensdauer zu strukturellen Schäden im Blattaufbau führen können. Durch eine kontinuierliche Überwachung von Lasten und Schwingungen werden Schäden frühzeitig erkannt. Mit diesen Daten regeln Sie die WEA lastoptimiert, wodurch die Belastung der Blätter auf ein Minimum reduziert wird. Ein Schaden wird frühzeitig erkannt und mit geringem Aufwand beseitigt. Durch das Aufzeichnen von Lastkollektiven decken Sie Veränderungen in der Struktur des Rotorblatts während der gesamten Lebensdauer auf.

Rotorblatt einer Windkraftanlage über grüner Landschaft

Rotor­-Monitoring-System (RM-­S) Die Lösung zur Lastüberwachung

Das Rotor-Monitoring-System (RM-S) misst Lastverhalten und Biegemomente in Rotorblättern von Windenergieanlagen. Dazu werden Dehnungsmessstreifen nahe der Blattwurzel auf der Innenseite von Rotorblättern einer Windenergieanlage geklebt. Kernelement der Lösung ist eine PLCnext Control von Phoenix Contact. Die Steuerung wird über direkt angereihte Axioline-Module mit den Sensoren in den Rotorblättern verbunden. Zum Schutz der Anlage vor Überspannungen und Blitzeinschläge werden entsprechende Ableiter für die Sensorleitungen, für den Antenneneingang des Routers und für die Leistungseinspeisung installiert. Optional rüsten Sie das System durch ein Modem zur direkten Kommunikation nach. Zusätzlich zu den Schnittstellen der Steuerung ist die Integration einer PROFIBUS- oder CAN-Schnittstelle zur internen Busanbindung möglich.

RM-S Sensor

RM-S: Robustes Sensordesign

Sensoren:
Phoenix Contact hat spezielle Sensoren entwickelt, die für die besonderen Voraussetzungen im Innern eines Rotorblatts einer Windenergieanlage geeignet sind. Diese Sensoren sind so robust gebaut, dass sie auch unter widrigen Bedingungen gut eingebaut werden können und gleichzeitig gut geschützt sind gegen äußere Einflüsse.
Die Signale der angeschlossenen Sensoren werden von der Steuerung erfasst. Bei der schnellen Signalverarbeitung werden die Messgrößen gefiltert und auf Plausibilität geprüft. Zusätzlich wird aus den Messwerten das minimale, mittlere und maximale Biegemoment sowie die Drehzahl des Rotors bestimmt. Beim Überschreiten der eingestellten Grenzwerte kann über frei programmierbare Digitalausgänge ein Alarm gesetzt werden. Die aufbereiteten Daten werden der übergeordneten Steuerung synchron zur Signalabtastung bereitgestellt. Alle Rohdaten können über das Netzwerk in einer Microsoft SQL-Datenbank oder im CSV-Format auf SD-Karte oder einem FTP-Server gespeichert und von einem unabhängigen System ausgewertet werden. Zusätzlich erfasst das RM-S die auftretenden Lastkollektive. Die Bildung des Lastkollektivs dient der Aufnahme von Schwingungsamplituden über die gesamte Betriebszeit, die einen strukturellen Schaden der Rotorblätter verursachen. Diese Werte ermöglichen eine Abschätzung der verbleibenden Lebensdauer.

Techniker auf einer Windenergieanlage

Geeignet zur einfachen Nachrüstung

Als Nachrüstung oder für den Neubau:
Das RM-S kann direkt in das elektrische Design der Anlage eingeplant oder in bestehende Anlagen nachgerüstet werden. Die Retrofit-Variante besteht aus einem fertig konfigurierten Schaltschrank, der in die Nabe eingebaut und über die vorhandenen Schnittstellen in die Steuerung integriert wird.

Optional können die Daten über das Modem direkt an den Betreiber übertragen werden. Bei Neubauten wird die benötigte Hardware wie Steuerung und I/O-Module direkt in die Pitch-Schaltschränke der Windenergieanlage eingebunden. In diesem Fall wird die Software über eine SD-Karte auf die Steuerung übertragen.

Ihre Vorteile

  • Zustandsbasierte Wartung von Rotorblättern durch frühzeitige Schadenserkennung
  • Reduzierte Beanspruchung der Blätter durch lastoptimierte Regelung der Windenergieanlage
  • Zuverlässiger Betrieb durch robuste Komponenten, geeignet für die Bedingungen in Windenergieanlagen
  • Offenes System zur optimalen Integration in vorhandene Systeme
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Wind-Team in Winterlandschaft vor Windenergieanlagen