PT1531376E - Equipamento de monitorização e de processamento de dados para turbinas de vento e sistema de prognóstico da manutenção para estações eólicas - Google Patents

Equipamento de monitorização e de processamento de dados para turbinas de vento e sistema de prognóstico da manutenção para estações eólicas Download PDF

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PT1531376E
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Description

Descrição
Equipamento de monitorização e de processamento de dados para turbinas de vento e sistema de prognóstico da manutenção para estações eólicas
Campo da invenção [0001] A presente invenção diz respeito aos sistema de manutenção preventiva aplicável às turbinas de vento que fazem parte do parque eólico.
Fundo da invenção [0002] Basicamente, uma turbina de vento produz electricidade da seguinte maneira: o vento faz o rotor da turbina de vento rodar, o que causa a rotação do gerador (um dínamo) produzindo electricidade.
[0003] Os componentes principais da nacelle (gôndola ou barquinha) da turbina de vento são: - Rotor: é constituído por várias pás que recolhem o vento; está aparafusado ao eixo principal. - Eixo principal: entre o rotor e a engrenagem elevatória. - Caixa de engrenagem: ligada entre o rotor (na outra ponta do eixo principal) e o gerador eléctrico. - Gerador eléctrico. - Sistema de anel: permite a rotação da nacelle de forma a enfrentar o vento de acordo com o sinal da palheta de vento ligada ao sistema de controlo. - Sistema de controlo: controla a maioria da spartes da turbina de vento; assim por exemplo controla o sistema do anel.
[0004] Um parque eólico é feito por uma ou mais turbinas (até centenas) e outros elementos como um centro de transformação ou subestação eléctrica e uma ou mais torres meteorológicas. Todos estes elementos são normalmente supervisionados por um supervisor do parque e um sistema de controlo (ou controlo remoto) instalado num computador 1 central localizado no próprio parque eólico e ligado às turbinas de vento através de uma rede de comunicações locais. A aplicação instalada neste computador central recolhe variáveis operacionais dos elementos do parque bem como os alarmes que nele acontecem.
[0005] A dificuldade de aplicar técnicas de manutenção previsível em turbinas de vento é principalmente baseada nos seguintes aspectos: a) a necessidade para instalar uma grande quantidade de equipamento previsível - um por máquina - e portanto a geração de uma grande quantidade de informação que será necessária de processar para detectar possíveis problemas; b) a dificuldade em aceder à informação devido à localização do equipamento previsível - localizado na nacelle de cada turbina de vento, e as turbinas de vento por sua vez em locais longe dos centros urbanos; c) a necessidade de simplificar a manutenção e minimizar o custo de cada sistema; e, d) a necessidade de condicionar a captura de sinal numa condição operacional especificada rurbina de vento e que esta operacionalidade é mantida durante a captura do sinal com o objectivo de eliminar ruídos introduzidos por comportamentos ttransientes da turbina de vento, e para obter informação útil sobre a condição dos componentes cruciais da turbina de vento.
[0006] WO 99 / 5 /435 A divulga uma turbina de vento com um sensor em pelo menos uma das pás. 0 sensor é formado por um acelerómetro trí-axial para indicação dos stresses aos quais a pá se sujeitou. Como resultado uma imagem detalhada é dada em cada vibração na borda ou centro da pá de forma que o estado da pá é determinado com maior precisão. 2
Através de uma unidade de processamento pode-se estimar a frequência natural da pá tanto na borda como no centro da pá. Se uma destas frequências muda consideravelmente ou abruptamente, isto é uma indicação de que a pá está danificada.
Descrição da invenção [0007] A invenção refere-se a um equipamento de monitorização e processamento para turbinas de vento de acordo com a reivindicação 1, e a um sistema de manutenção previsível para parques eólicos de acordo com a reivindicação 11. Incorporações preferidas do equipamento e sistema são definidas nas reivindicações dependentes.
[0008] 0 sist ema de manutenção previsível da invenção resolve os inconvenientes mencionados anteriormente e fá-lo através de um sistema que usa as actuais infraestruturas em parques eólicos e que reduz drasticamente a necessidade de dedicar recursos para analisar a informação como resultado da sua monitorização estável e condicionada e à sua capacidade processual.
[0009] O sistema de manutenção previsível da invenção é baseado em análise das vibrações, optimizada para turbinas de vento.
[0010] 0 principal objectivo do sistema de manutenção previsível em turbinas de vento é a detecção prematura de deteriorações, defeitos e falhas nos seguintes componentes cruciais da turbina de vento: eixo principal, caixa de engrenagem e gerador.
[0011] É um dos objectivos da presente invenção fornecer um equipamento de manutenção mínima e baixo custo, facilmente integrado na nacelle da turbina de vento com capacidade de processamento de informação e detecção autónoma de alarmes relacionados com as condições dos componentes mecânicos cruciais da turbina de vento, e capazes de os relatarem através do sistema dc comunicações do parque ao sistema de 3 supervisão e controlo usual, sem necessidade de ter software auxiliar específico no próprio parque.
[0012] O sistema de manutenção previsível da invenção é aplicável a parque eólicos, o parque eólico contendo pelo menos uma turbina de vento que por sua vez como indicado anteriormente inclui um sísrema de controlo comc um dos seus componentes principais fornecendo variáveis operacionais da turbina de vento.
[0013] A presente invenção refere-se a um equipamento de monitorização e processamento para uma turbina de vento, a turbina de vento inclui um sistema de controlo, e o equipamento de monitorização e processamento é configurado com o tipo de turbina de vento no qual está instalado.
[0014] 0 equipamento da invenção compreende: - meios de ligação com o dito sistema de controlo da turbina de vento, e - meios de ligação com um grupo de acelerómetros localizados nos componentes pré-estabeiecidos da turbina de vento, o dito equipamento de monitorização e processamento sendo configurado para começar a capturar sinais do grupo de acelerómetros desde que as variáveis de operação pré-determinadas da turbina de vento, recebidas do sistema de controlo estão dentro de uma escala de operação pré-determinada, e o dito equipamento de monitorização e processamento sendo configurado para completar a dita captura de sinais desde que os valores das ditas variáveis de operação que produziu o tirar de medidas não varie, durante a inteira captura de sinal, para além dos limites inferior e superior configurados para o equipamento, e o dito equipamento de monitorização e processamento compreende: 4 meios de processamento para processar sinais capturados do acelerómetro para obter um conjunto de variáveis globais associadas aos sinais capturados, e - meios para gerar alarmes relacionados com falhas ou mau funcionamento dos componentes mecânicos da turbina de vento.
[0015] Os componentes pré-estabelecidos da turbina de vento são preferencialmente o eixo principal, a caixa de engrenagem e o gerador.
[0016] As variáveis de operação da turbina de vento pré-determinadas que determinam a amostragem de sinais dos acelerómetros são preferencialmente a energia instantânea produzida pela turbina de vento, as revoluções por minuto do gerador, e a rotação do anel.
[0017] As escalas de operação pré-determinadas das ditas variáveis consideradas válidas para captura de sinais são preferencialmente definidas de acordo com as características taxadas (por exemplo energia taxada) da turbina de vento; pode ser geralmente considerado que estão aproximadamente na escala correspondente à operação da turbina de vento um pouco a mais de metade da sua energia taxada: - As escalas de operação menores que as definidas não são apropriadas para detectar problemas nos componentes mecânicos, pois os últimos não são sujeitos à carga necessária para obter informação útil para análise das medições. - As escalas de operação maiores que as definidas não são apropriadas para detectar problemas nos componentes mecânicos, pois devido às operações do sistema, de cont.ro.lo da. turbina de vento as medições são muito dispersas. 5 - Nem são tiradas medidas dos acelerómetros quando o anel da nacelle está em rotação pois os dentes da caixa de engrenagem podem provocar cortes devido a permissões que distorcem a medição do sinal.
[0018] Durante o processo de captura de sinal dos acelerómetros, os valores das variáveis que determinam o início da amostragem não devem variar para além dos limites superior e inferior que, para cada variável operacional, que são determinados pela percentagem dc valor inicial da variável, que devem ser chamados de condições de operação estáveis. No caso desta condição não ser satisfeita a amostra é descartada.
[0019] Assim o sistema da invenção continua a monitorizar os componentes críticos preferencialmente o eixo principal, a caixa de engrenagem e o gerador, e esta monitorização é: - condicionada: à condição operacional da máquina, facilitada pelo sistema de controlo da turbina de vento; e estável: as condições operacionais devem ser mantidas durante toda a amostragem.
[0020] Como indicado anteriormente para processar a captura de sinal dos acelerómetros o equipamento de monitorização é fornecido com meios de processamento para processar os sinais capturados dos acelerómetros preferencialmente compreendendo: - meios para condicionar o sinal, preferencialmente: filtro antí-aliasing , sinal de digitalízaçâo, aplicação de FFT (Fast Fourier Transforms) para obter o espectro do sinal; - meios para calcular uma série de valores globais, que são preferencialmente: factor de crísta, RMS global (raiz quadrada) do sinal, RMS de bandas de frequência; 6 - meios para realizar um algoritmo de detecção de alarme de nível; e - meios para realizar um algoritmo de detecção de alarme de tendência.
[0021] Os meios para gerar alarmes do equipamento de monitorização e processamento da invenção inclui meios para gerar alarmes como resultado da aplicação dos dois anteriores algoritmos de detecção de alarme.
[0022] Preferencialmente, a captura de sinal do acelerómetro consiste em capturar três amostras de sinais consecutivas: uma para processamento de alta frequência, outra para processamento de baixa frequência e outra para processamento para filtração digital.
[0023] Os parâmetros para os algoritmos de detecção de alarme bem como a definição de frequência máxima, de bandas de frequência e outros valores pode ser configurada no equipamento de monitorização e processamento.
[0024] O equipamento de monitorização e processamento da invenção preferencialmente incluí meios de para armazenar a informação introduzida ou gerada pelo próprio equipamento de monitorização e processamento. Esta informação inclui os dados obtidos pelo processamento como espectro, valores globais, condições de alarme e amostragem, variáveis de operação da turbina de vento, configuração completa do equipamento e gravações das variáveis globais e dos alarmes.
[0025] Noutras palavras, este armazenamento preferencialmente consiste em: - armazenar o espectro em conjunto com os valores globais associados a cada espectro e com as variáveis de operação da turbina de vento disparando os dados colhidos; - armazenar os alarmes gerados após a aplicação de dois algoritmos de detecção de alarme mencionados. 7 [0026] As políticas para armazenar esta informação pode ser configurada pelo próprio equipamento de monitorização e processamento de acordo com as necessidades de análise e processamento; podem ser as seguintes: - número de espectros para armazenar: todos eles, os últimos n dias, os últimos n dias cada x horas - número de variáveis globais para armazenar: todos eles, os últimos n dias, os últimos n dias cada x horas número de alarmes para armazenar: número de espectros associados ao alarme.
[0027] A invenção também se refere a um sistema de manutenção previsível para parques eólicos o parque eólico compreende um grupo de turbinas de vento, uma rede de comunicações e um sistema de controlo e supervisão.
[0028] Este sistema de manutenção previsível compreende: - um equipamento de monitorização e processamento como descrito na presente especificação que está ligado ao sistema de controlo da turbina de vento de tal forma que o equipamento de monitorização e processamento esteja configurado para enviar alarmes através do sistema de controlo da turbina de vento para o sistema de controlo e supervisão [0029] O sistema de manutenção previsível da invenção é integrado no sistema de informação usando as infraest.ruturas disponíveis para enviar a informação gerada pelo próprio equipamento de monitorização e processamento; este equipamento é instalado na nacelle da turbina de vento e é ligado ao sistema de controlo da turbina de vento que por sua vez é normalmente ligado ao sistema de supervisão do parque e portanto não necessita de nenhum computador ou qualquer aplicação adicional à normal supervisão e sistema de controlo do parque. 0 equipamento de monitorização e processamento é capaz de enviar alarmes através do sistema 8 de controlo da turbina de vento para a normal supervisão e sistema de controlo do parque, estes alarmes sendo capazes de ser representados no dito sistema da mesma forma que o resto daqueles que são gerados por outros elementos tais como, por exemplo, o próprio sistema de controlo das turbinas de vento.
[0030] Por outras palavras, para informar os operadores do resultado processado dos sinais capturados e da possível detecção de alarmes, o equipamento de monitorização e processamento envia os valores globais calculados e os alarmes geram pelo equipamento para o sistema de supervisão normal do parque, através do sistema de controlo da turbina de vento, usando as infraestruturas existentes e portanto atingindo integração com o sistema de informação do parque eólico; e no caso de haver uma rede de comunicações Ethernet no parque, ele envia o pacote completo da informação (espectro, valores globais, e alarmes) para os emiso de análise vibracional configurados para permitir que pessoas especializadas em análise vibracional investiguem em detalhe a informação fornecida pelo equipamento de monitorização.
[0031] No que diz respeito à análise da informação extraída do equipamento previsível, o sistema de manutenção previsível tem software especial instalado nos computadores de engenheiros especializados em análise vibracional e espectral o que permite realizar qualquer tipo de análise na informação recolhida pelo equipamento previsível instalado em cada turbina de vento.
[0032] A informação é enviada para fora da turbina de vento através de um ou mais canais, dependendo na configuração do parque: - Se o parque tiver uma rede de séries ao qual o sistema de supervisão está ligado os alarmes e os valores globais e as condições de amostragem (mas 9 não os espectros devido ao seu grande tamanho) são transmitidos ao sistema de supervisão do parque eólico através do PLC da tu rbina de vento. Os alarmes serão integrados tal como o resto dos alarmes do parque na aplicação de supervisão. - No caso de parques com redes baseadas em protocolos de séries, se for determinado pela análise dos valores globais recolhidos no computador de supervisão do parque que é necessário realizar uma análise mais profunda será necessário ir à turbina de vento que gera o alarme para descarregar o espectro associado ao dito alarme (que está armazenado nos meios de armazenagem do equipamento de monitorização) - Se houver uma rede Ethernet no parque, para além do enviar de alarmes e valores globais ao sistema de supervisão do parque através do PLC, toda a informação associada à medição (espectro, valores globais, alarmes e condições de amostragem)serão enviadas para uma área de armazenamento de informação, instalado num computador específico do parque. Assim, os meios de análise, que estão preferencialmente instalados fora do parque (nos escritórios de manutenção) permite a pessoas especializadas em vibrações realizar análises aos espectros, às variáveis globais e aos alarmes gerados pelo equipamento de monitorização instalado em cada turbina de vento do parque.
[0033] O sistema de manutenção previsível é fornecido com uma aplicação especifica que permite realizar as seguintes tarefas no equipamento previsível instalado na turbina de vento: configuração completa do equipamento de monitorização e processamento que inclui parâmetros 10 como: escalas válidas de captura de sinal e definição de condições operacionais estáveis; endereços IP do equipamento; frequências máximas, número de linhas e bandas definidas para o processamento de alta e baixa frequência e filtração digital; política para armazenar informação no equipamento; parâmetros dos algoritmos de detecção de alarme de nível e tendência; características dos acelerómetros; características da caixa de engrenagem; caracteristicas do gerador, e outras. recolha continua de informação do equipamento previsível, principalmente, condição do equipamento, estado das comunicações, estado dos sensores, variáveis globais, espectro, geração de alarmes, e variáveis globais e gravação de alarmes. [0034] A aplicação específica para o equipamento do sistema do sistema de manutenção previsível mencionado nos pontos anteriores permite realizar uma série de tarefas na informação recolhida dos sistemas de manutenção previsível instalados nas turbinas de vento, alguns dos quais são: - criação da hierarquia de elementos relacionados com o sistema previsível - turbinas de vento, monitorização e controlo de equipamento, acelerómetros, - definição de perfis de acesso e exploração de informação, - geração de perfis de configuração do equipamento previsível de acordo com o tipo de máquina, caracteristicas dos componentes cruciais, - análise das tendências das variáveis globais do equipamento previsível, análise espectral dos espectros recolhidos do equipamento previsível, 11 - comparações de informação.
[0035] O sistema da invenção pode então ser integrado no sistema de controlo ou PLC já existentes em turbinas de vento actuais, bem como com as redes de comunicação existentes em parque eólicos e com o sistema de supervisão do parque eólico. Assim sem a necessidade de um processamento manual nem aplicações especiais específicas é possível detectar problemas em componentes cruciais e apresentar esses problemas em conjunto com parte da informação que os detecta em sistemas usuais instalados em parques e que são os que facilitam o funcionamento normal e exploração dos parques eólicos.
[0036] As vantagens seguintes podem ser apontadas entre as vantagens mais importantes associadas à instalação do sistema de manutenção previsível em turbinas de vento: - redução da manutenção correctiva, - protecção para o resto dos componentes da turbina de vento, aumento da vida útil da turbina de vento e melhoramento desta operação.
[0037] As vantagens seguintes podem ser apontadas entre as vantagens mais importantes associadas à instalação do sistema da invenção: - manutenção mínima e equipamento de baixo custo completamente integrado com o resto dos componentes da turbina de vento; - capacidade de monitorização contínua, filtração da captura de sinal de acordo com o funcionamento da turbina de vento, que reduz drasticamente a quantidade de informação irrelevante para o processo; - capacidade do equipamento instalado na turbina de vento realizar um processamento detalhado dos sinais recolhidos e para detectar alarmes 12 associados a problemas em componentes cruciais da turbina de vente, reduzindo drasticamente a quantidade de recursos dedicados à análise da informação obtida; - capacidade para integrar o equipamento no sistema usual de supervisão do parque eólico, o que permite usar a exploração e operacionalidade normal do parque eólico sem necessidade de usar recursos ou sistemas específicos para gerir o sistema previsível.
Breve descrição dos desenhos [0038] Uma série de desenhos são brevemente descritos abaixo o que ajuda na melhor compreensão da invenção, e que estão expressamente relacionados com uma incorporação da dita invenção que é apresentada por isso, como um exemplo não limitativo. A figura 1 mostra um esquema de um parque eólico. A figura 2 e 3 mostram fluxogramas da operação do sistema de manutenção previsível de acordo, portanto, com a incorporação preferida. A figura 4 mostra um esquema do tipo de processamento e detecção de alarmes do sistema da invenção. A figura 5 mostra a incorporação da porção frontal do equipamento de monitorização e processamento.
Descrição da íncorporação preferida da invenção
[0039] A figura 1 mostra um esquema simples de um parque de vente; para prevenir a complexidade do desenho mostra-se neste parque, duas turbinas de vento AI e A2 e um centro de transformação ou subestação eléctrica SB. Os diferentes elementos do parque são supervisionados por um supervisor do parque e um sistema de controlo (cu controlo remoto) ST instalado num computador central localizado no parque eólico e ligado às turbinas de vento através de uma rede de comunicações locais RS, por exemplo uma rede RS-232. A 13 aplicação instalada neste computador central recolhe variáveis operacionais dos elementos do parque bem como os alarmes que nele acontecem. O parque pode ter adicionalmente uma rede de comunicações via Ethernet RE. E na subestação do parque SB, para além do sistema de supervisão ST, pode ser um computador SP no qual o software específico é incluído de forma a que engenheiros especializados em análise espectral e vibracional possam realizar qualquer tipo de análise na informação recolhida do equipamento de monitorização e processamento SMPi instalado em cada turbina de vento Ai.
[0040] Para cada turbina de vento Ai, nesta figura, apenas os componentes críticos nos quais os acelerómetros Si estão instalados são mostrados:, eixo principal Ei, caixa de engrenagem Mi e gerador Gi.
[0041] 0 equipamento de monitorização e processamento é instalado na nacelle da turbina de vento, e é ligada ao sistema de controlo PLCi da turbina de vento; o último, por sua vez, está ligado ao sistema de controlo e supervisão do parque ST; logo não é necessário nenhum computador ou aplicação especial adicional ao sistema de controlo e supervisão normal do parque, o equipamento de monitorização e processamento SMPi sendo capaz de enviar alarmes através do sistema de controlo PLCi da turbina de vento ao sistema de controlo e supervisão normal do parque, os ditos alarmes sendo capazes de ser representados no dito sistema da mesma forma que o resto dos alarmes gerados no parque por outros elementos.
[0042] Assim, o sistema de manurenção previsível da invenção é integrado no sistema de informação usando as ínfraestruturas já disponíveis para mandar a informação gerada por cada equipamento de monitorização e processamento SMPi. 14 [0043] Uma incorporação deste equipamento de monitorização e processamento SMPí. É mostrado na figura 5.
[0044] É um equipamento pequeno, de um tamanho aproximado de uma folha de papel M de cerca de lOcm de espessura, e de pouco peso (aproximadamente 2 Kg). Pode ser integrado no cubículo do quadro eléctrico instalado na nacelle da turbina de vento e usa arrefecimento aquecimento e alimenta o dito cubículo do quadro eléctrico.
[0045] Tem um interruptor on e off 1, bem como um LED 2 indicando a condição do equipamento (on e off). Tem um grupo de 8 LEDs 3 que reporta ao estado dos acelerómetros. 0 equipamento SMPí é fornecido com oito canais 8 aos quais os acelerómetros estão ligados; assim o equipamento tem a capacidade de receber informação de oito sensores.
[0046] Na presente incorporação, foi indicado (figura 1) que há seis acelerómetros Si (um no eixo principal, três na caixa de engrenagem e dois no gerador) , logo dois canais permanecem livres.
[0047] O equipamento também tem 8 conectores 4 para ligar aparelhos estranhos ao sistema da invenção (aparelhos comerciais), com o objectivo do distinguir e verificar a informação recolhida pelos acelerómetros; é uma forma de se obter uma segunda informação redundante acerca do sinal dos acelerómetros e para ser capaz de analisá-lo (por exemplo, recolha de informação de vibração) com aparelhos comerciais.
[0048] O equipamento também é fornecido com uma porta de ligação Ethernet 5, bem como uma porta de ligação RS-232 6 (9 pinos) para ligação com o PLC da turbina de vento.
[0049] Tem um alimentador 7 (24 V), e um grupo de LEDs 9 e 10 indicando o estado de Ethernet e comunicações RS-232, respectivamente. Tem capacidade de configuração para ambas as portas, de ligação 5 e porta de série 6. 15 [0050] É fornecido internamente com um processador que processa o sinal DSP e um micrcchip com uma pilha de comunicações TCT/IP, bem como um processador especifico para comunicações.
[0051] Um exemplo de operação do equipamento e sistema da invenção (os passos principais mostrados esquematicamente na figura 2) é explicado abaixo.
[0052] Suponha-se um equipamento SMP instalado na nacelle de uma turbina de vento de 850W e está ligado ao sistema de controlo PLC.
[0053] Suponha-se que o dito equipamento está configurado com as seguintes escalas operacionais para as variáveis da turbina de vento: - energia instantânea escala válida = [550, 600]; condições operacionais estáveis 5% - revoluções por minuto da turbina de vento escala válida = [1600, 1640]; condições operacionais estáveis 1% [0054] Os parâmetros do algoritmo da detecção do alarme de nível, do algoritmo da detecção do alarme de tendência e a política do armazenamento de informação no equipamento é também configurado.
[0055] Quando o equipamento está configurado, começa a monitorização dos componentes críticos. 0 PLC está em comunicação continua com o equipamento de monitorização do sistema da invenção; o PLC manda continuamente, por exemplo a cada 200 ms, informação acerca das variáveis de operação (passo 101) do dito equipamento, para além de alguma informação adicional tal como data e tempo do PLC e da energia produzida acumulada.
[0056] A um dado tempo, o PLC manda os seguintes valores ao equipamento previsível:
- energia instantânea = 5 7 5 kW 16 - rpm do gerador = 1615; e - rotação dc anel = parada.
[0057] Neste caso, as condições de captura de sinal dos acelerómetros (passo 102) está relacionada com, e o equipamento começa o dite processo isto demora aproximadamente 8 segundos e consiste em três amostras de sinal (passo 103), cada um deles recolhe simultaneamente informação dos acelerómetros ligados ao equipamento: um para análise de alta frequência, outra para baixa frequência e a última para filtração digital.
[0058] Suponha-se que no instante seguinte (200 ms depois), enquanto o equipamento está no processo de amostragem, o PLC manda os seguintes valores: - energia instantânea = 580; - rpm do gerador = 1635; e - rotação do anel = parada.
[0059] A rotação do anel é ainda parada; a variação do valor de energia instantânea é menor que os 5% configurados para esta máquina, mas a variação do valor de rpm é maior que o 1% estabelecido para a configuração. Neste caso, o equipamento descartará a captura de sinal já que não foi feito em condições operacionais estáveis durante todo o processo de amostragem.
[0060] Supõe-se outra vez que o PLC manda valores dentro da escala operacional e que esses valores mantêm-se estáveis durante todo o processo de amostragem tal que a captura de sinal é completada com sucesso.
[0061] Neste caso, o equipamento começaria o processo de processamento do sinal da amostra. 0 sinal medido é primeiro filt rado com um filtro antí- -aliasing, o sinal é digitalizado, uma série de filtros são aplic ados, e o espectro é finalmente obtido por aplicação do FFT ao sinal da amestra (passos 104 e 105;. Depois os cálculos das variáveis globais (passo 106) do espectro obtido começará: 17 factor de cristã, RMS global e RMS de diferentes bandas de frequência. Quando estes valores se obterem, aproximadamente vinte e um, a detecção do algoritmo do alarme de nível (passe 107a) será activado com base numa série de parâmetros configurados, tal como, por exemplo, o número de amostras que deve exceder o valor atribuído de forma a disparar o alarme. Então, a tendência, algoritmo de detecção de alarme (passo 107b) será realizada. Supondo que o equipamento detecta um alarme (passo 108) [0062] Assim que o processo é concluído, toda a informação associada a esta amostragem é armazenada numa memória não volátil (passos 109a e 109b) do próprio equipamento, de acordo com a política de armazenamento configurada no equipamento. A informação consistirá no espectro, valores globais associados, alarmes associados e valores operacionais da turbina de vento que determinam a amostragem o que inclui a data e o tempo.
[0063] A informação é enviada para fora da turbina de vento através de um ou mais canais (como mostrado esquematicamente na figura 3).
[0064] Assim quando o processo de captura de sinal está em funcionamento (passo 110), se houver informação para mandar (passo 111), esta informação é mandada, dependendo da configuração do parque: - se o parque apenas tiver a série de rede RS ao qual o sistema de supervisão está ligado, os alarmes e os valores globais e as condições das amostras (mas não o espectro, devido ao seu grande tamanho) são transmitidos para o sistema de supervisão do parque eólico através do PLC da turbina de vento (passos 112 e 113). Os alarmes serão integrados tal como o resto dos alarmes do parque na aplicação de supervisão. No caso de parques com uma rede baseada num protocolo de série, se for determinado pelas análises dos valeres 18 globais recolhidos no computador de supervisão do parque que é necessário proceder a uma análise mais profunda, será necessário ir à turbina de vento que produziu o alarme para descarregar o espectro associado ao dito alarme (que está armazenado nos meios de armazenagem do equipamento de monitorização). - se o parque for também uma rede Ethernet RE (passo 114) no parque, para além de mandar os alarmes e valores globais ac sistema de supervisão do parque através do PLC, toda a informação associada à medição (espectro, variáveis globais, alarmes e condições de amostras) serão mandadas (passo 115) para uma área de armazenamento de informação instalada num computador especifico do parque. Assim o computador SP contendo o software de análise permite aos especialistas em vibrações poder efectuar a análise do espectro, das variáveis globais e dos alarmes gerados pelo equipamento de monitorização instalado em cada turbina de vento do parque.
[0065] A figura 4 mostra de uma forma esquemática e simplificada o processo do cálculo das variáveis globais e detecção de alarmes do sistema da invenção; para prevenir complicações no desenho apenas a sequência de baixa frequência é mostrada; o desenvolvimento da carta é análogo ao resto dos ramos (alta frequência e demodulação).
[0066] Quando o sistema de controlo PLC indica que as condições operacionais da turbina de vento são apropriadas, os acelerómetros começam a captura de sinal: um para análises de alta frequência HF, um. para processamento de baixa frequência (BF), e o último para a filtração digital (FD) ou demodulação. Como indicado anteriormente, para cada uma destas três amostras, é calculado o seguinte: espectro, RMS global, factor de cristã e RMS de diferentes bandas de frequência, e para cada caso, algoritmos de nível e de 19 detecção de alarme que podem ser feitos no equipamento de monitorização e processamento SMP. A análise espectral correspondente pode do mesmo modo ser feita por um computador SP no qual o software específico (instalado na subestação SB) é incluído.
Lisboa, 15 de Março de 2007 20

Claims (12)

  1. Reivindicações 1, Um equipamento de monitorização e processamento (SMP) para uma turbina de vento (Ai), turbina de vento essa que inclui um sistema de controlo (PLC), e o dito equipamento que compreende: - os meios de conexão ao dito sistema de comando ou controlo (PLC) da turbina de vento, e - os meies de conexão ao grupo de acelerómetros (Si) situados sobre os compostos pré-definidos (Ei, Mi, Gi) da turbina de vento, - meios de tratamento necessários para processar os sinais capturados dos acelerómetros, de forma a obter uma série de variáveis globais associadas aos sinais capturados, e - meios para desencadear os alarmes associados às falhas ou mau funcionamento dos compostos mecânicos da turbina de vento, que se caracteriza pelo dito equipamento de monitorização e processamento ser configurado para começar a captura de sinais do grupo de acelerómetros sempre que as variáveis de operação pré-definidas da turbina de vento, recebidos pelo sistema de controlo, estejam dentro de uma escala inicialmente pré-definida, essa captura de sinal tendo uma duração que seja maior que o intervalo de tempo entre duas comunicações consecutivas do sistema de controlo, e o dito equipamento de monitorização e processamento é configurado para completar a dita captura de sinal quando o valor das ditas variáveis de operação que produziu o tirar de medidas não varia durante toda a captura de sinal para além dos limites superior e inferior configurados no equipamento, esses limites superior e inferior definem uma segunda escala para cada variável de operação que está compreendida na primeira escala de operação pré-definida, e onde os 21 sinais capturados são suprimidos se qualquer uma dessas variáveis de operação varia durante toda a captura do sinal para além dos seus limites superiores e inferiores configurados para cada escala de variável de operação.
  2. 2. Um equipamento de monitorização e processamento conforme a reivindicação 1 caracteriza-se pelas ditas variáveis de operação pré-definidas da turbina de vento (Ai) representarem a energia instantânea produzida pela turbina de vento, as revoluções por minuto do gerador (Gi) e a rotação do anel.
  3. 3. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se pelas ditas escalas pré-definidas das variáveis de operação da turbina de vento serem definidas de acordo com as caracteristicas nominais da turbina de vento (Ai).
  4. 4. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se pelos ditos limites superior e inferior, para cada variável de operação, serem determinados pela percentagem do valor inicial de cada variável.
  5. 5. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se pela captura do sinal dos acelerómetrcs consiste em tirar três amostras consecutivas: uma para processamento de alta frequência (HF), um para processamento de baixa frequência (BF), e um para a filtração digital (FD).
  6. 6. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se pelos ditos meios de processamento compreenderem: - meios para condicionar o sinal, 22 - meios para calcular uma série de valores globais, - meios para executar um algoritmo do nível de detecção do alarme, e - meies para executar um algoritmo de detecção do alarme de tendência,
  7. 7. Um equipamento de monitorização e processamento conforme a reivindicação 6 quando depende da reivindicação 5, caracteriza-se pelos parâmetros dos algoritmos de detecção dos alarmes e das frequências máximas e as bandas de frequência podem ser configuradas no próprio equipamento de monitorização e processamento.
  8. 8. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se por compreender meios de armazenamento para armazenar a informação introduzida ou gerada pelo próprio equipamento de monitorização e processamento.
  9. 9. Um equipamento de monitorização e processamento conforme a reivindicação 8 caracteriza-se pelas referidas informações armazenadas nos meios de armazenamento incluírem os espectros, os valores globais, os alarmes, as variáveis de funcionamento da turbina de vento, a configuração completa dos registos relativos ao equipamento às variáveis globais e aos alarmes.
  10. 10. Um equipamento de monitorização e processamento conforme qualquer uma das reivindicações anteriores caracteriza-se pelos referidos componentes pré-defínídos da turbina de vento serem o eixo principal (Ei), a caixa de engrenagem (Mi) e o gerador (Gi).
  11. 11. Um sistema de manutenção previsível para parques eólicos, em que o parque eólico compreende um grupo de turbinas de vento (Ai), uma rede de comunicações (RS) e 23 um sistema de controlo e supervisão (ST), caracteriza-se pelo sistema de manutenção previsível compreender: - um equipamento de monitorização e processamento (SMP) conforme qualquer uma das reivindicações anteriores o dito equipamento de monitorização e processamento sendo conectado ao sistema de controlo (PLC) da turbina de vento (Ai) de tal forma que o equipamento de monitorização e processamento esteja configurado para enviar alarmes através do sistema de controlo da turbina de vento para 0 sistema de controlo e supervisão.
  12. 12. Um sistema de manutenção previsível conforme a reivindicação 11 caracteriza-se por compreender os meios para análise espectral e as vibrações (SP) das informações extraídas dos equipamentos de monitorização e processamento (SMP). Lisboa, 15 de Março de 2007 24
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