LMS Yıldırım Akımı Ölçüm Sistemi
Dipl.-Ing. Arno Kiefer, Endüstriyel Destek Müdürü,
Dipl.-Wirt.-Ing. Achim Zirkel, Pazarlama Dept,
Trabtech Sinyal Kalitesi,
Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg, Germany
Rüzgar türbinli elektrik santrallerinin karlılığını artırmak için inşaat maliyetlerini aşağıya çekmek önemli bir konu olduğu kadar, işletme ve bakım maliyetlerinin de düşürülmesi gerekir. Phoenix Contact da LMS yıldırım akım ölçüm sistemini özellikle bu amaca uygun olarak (Şekil 1) yıldırımların ayrıntılı olarak değerlendirilmesi için geliştirmiştir. Rüzgar türbini tedarikçisi Suzlon Eifel bölgesinde yeni izleme sistemini test etmektedir.
2011 yılı sonu itibariyle, rüzgar türbinleri tarafından üretilen toplam güç dünyada 230 GW oldu (her yıl eklenen 40GW) [1]. Rüzgar santrallerinin daha ekonomik hale getirmek için, işletme durumları ve stres parametrelerinin izlenmesi gerekmektedir. Bir alanda yıldırım etkisi olduğunda yüksek gerilimler oluşabilir. Yıldırım doğrudan hasara yol açabileceği gibi, devam eden operasyon sonucunda türbinde hasar oluşabilir. Kapsamlı bir aşırı gerilim koruma sistemi elektrikli ve elektronik bileşenleri korumak için gereklidir.
Yıldırım Darbesinin Detaylı Kaydı
Rotor bıçaklarının mekanik yapısında ve tahrik kısmı ile alakalı sorunları algılamak için, türbin komponentleri düzenli olarak planlanan bakım kontrolleri ile takip edilmelidir. Ancak, yıldırım nedeniyle rüzgar türbininde oluşabilecek stres hesaplanmaz.
Phoenix LMS yıldırım akım ölçme sistemi ile yıldırım akımları kaydedilir ve uzaktan değerlendirilebilir. Bu şekilde akım karakteristik değerleri belirlenir ve yıldırım olayı tarih ve saat ile kaydedilir. Yıldırım akımının karakteristik değerleri akım genliği ve maksimum akım içerir. Sistemdeki üç adet sensör ile yıldırımdan etkilenen özel rotor bıçağı tespit edilebilir. Değerlendirme birimi hub yüklü ve fiber-optik kablo (Şekil 2) üzerinden sensörlere bağlanır.
Ölçme Sonuçlarının Değerlendirilmesi
Detaylı yıldırım verilerini değerlendirmek için kayıt edilen bilgilere uzaktan erişim çok önemlidir. Bu şekilde yıldırımlar nedeniyle türbinde oluşan stresi değerlendirmek ve gerekli bakım çalışmalarını planlamak mümkündür.
Bilgilere bir Ethernet arabirimi üzerinden erişilebilir. Oluşan her yıldırım için bir darbe sinyali gönderilir. Bu sinyal, bir sayaç ile kaydedilebilir ya da bir kontrolöre bağlanabilir. Böylece yıldırım akımı tipik karakteristik değerlerine Ethernet üzerinden ulaşılabilir. Bu değerlere bağlı olarak, genel bir bakım, acil onarım ya da tam bir türbin kapatma planlanabilir.
Diğer bir yandan gereksiz bakım işleri, pahalı takip denetimleri önlenmiş olur; özellikle offshore rüzgar parkları için bu işlemler için pahalıya mal olur.
GSM üzerinden iletişim
Yapılandırılabilir IP adresin sayesinde, ölçüm sistemi sorunsuz herhangi bir ağ yapısına entegre edilebilir. Ancak, ağ bağlantısı veya hub ile nacelle arasında kablosuz bağlantı her zaman mümkün değildir. Özellikle eski rüzgar türbinleri genellikle farklı bir yaklaşım gerektirir. Bir mobil ağ aralığı içinde ise, iletişim mevcut ağ yapısı, bağımsız olarak ele alınabilir. GSM modem ile kısa mesaj göndermek mümkün olduğu gibi, röle sinyali kullanılabilir ve Web arayüzü erişilebilir. Bu şekilde, ayarlar ayarlanabilir ve ölçüm verileri uzaktan değerlendirilebilir. Güvenilir bir güç kaynağı gereklidir. (Şekil 3)
Suzlon
Suzlon, rüzgar santrallerinin dünyada en büyük beşinci üreticisidir. Hindistan merkezli Suzlon, yıldırım ve aşırı gerilim koruma sistemleri gibi rüzgar türbinleri için geliştirme çalışmalarını yürütmektedir. LM-S yıldırım akım ölçme sistemi şu anda Eifel bölgesinde Bitburg Suzlon fabrikasında sıkı testlere tabiidir. Öncelikle rotor bıçakları etkileyen yıldırımlar kayıt ve ayrıntılı olarak ölçülmektir. Sensörler, her rotor kanadının dibinde bulunan yıldırım akım tutucuya monte edilir; Değerlendirme birimi göbek üzerine monte edilir. 80 m kule yüksekliği ve 85 metre rotor çapına sahip bu 2 MW türbin, bir hub erişme, sepetli vinçler tavan kapaktan mümkündür.
Türbin kurulum yeri – özellikle göbek üzerindeki – bir dizi zorluklar gerektirir. -20 ° C den + 60 ° C aralığında Mevsimsel sıcaklık dalgalanmaları, özellikle tepe sıcaklıklarında aşırı strese neden olur. Buna ek olarak, hızlı çevirerek rotor bıçakları neden sürekli titreşimler sistemi için streslidir. Hub’ın tüm sistem bileşenleri fiber-optik kablolar gibi çok esnek olması gerekir. Sensörlerin deşarj telleri merkezli olması – bu iyi ölçüm doğruluğu (Şekil 4) sağlar. Herhangi bir rotor bıçakları sallantısında sensörlerin konumu değişmemelidir.
Neden Yıldırım analizi?
Suzlon öncelikle yıldırım parametrelerinin neden oldukları hasarı tam olarak öğrenmek için yıldırım etkisini ölçer. Bir yıldırımın bir rotor bıçak üzerinde farklı etkileri olabilir. Şanzıman, elektrik sistemi ve rotor kanadı üsleri ve göbek arasındaki yatakları, bıçak yapısı, zarar görebilir. Tüm yıldırım ve hasar değerlerinin geniş bir veri toplaması ile bakım işleri çok daha verimli yönlendirilebilir. Bu bile zaman çizelgelerine dayalı ve gereksiz kesintileri önlemek için yardımcı olur ‘kestirimci bakım,’ içerir. Bu avantajları nedeniyle, kapsamlı sistem izleme Suzlon için giderek önem kazanmaktadır
Komple İletişim Çözümleri
Kendi değerlendirme sonuçları ve iletişim kurmak için, Suzlon en Bitburg testi türbini Phoenix Contact ürünleri ile tam bir çözüm kullanır; Kontrol kabininde ön-kablolu (Şekil 5) güç kaynağı, değerlendirme birimi, aşırı gerilim koruyucusu, GSM modem ve bağlantı klemensleri. Bu sistemden veri dahil GSM modem üzerinden bağımsız rüzgar türbininin kendi iletişim sistemi ile iletilir.
