Auch die Anlagenbilanz eines Windparks muss überprüft werden

Von Paul Dvorak | 28. Juli 2016

Judah MosesonPE CEM, VP – Operations, Cooke Power Services

Die Anlagenbilanz (BOP) ist das wichtigste Glied für die Lieferung des von einem Windpark erzeugten Stroms an den Markt. Das BOP besteht aus dem am Fuß der Windkraftanlage montierten Transformator bis hin zum Sammelsystem und der Umspannstation. Das BOP umfasst auch Übertragungsleitungen, Messmasten sowie Straßen und Entwässerung.

Während sich die meisten O&M-Diskussionen auf Komponenten in den Gondeln konzentrieren, muss auch die BOP-Ausrüstung beachtet werden. Es ist ratsam, erstklassige BOP-Inspektions- und Wartungsverfahren zu planen, um einen hochfunktionsfähigen Windpark aufrechtzuerhalten. Die hier beschriebenen Inspektionen stellen wesentliche Tätigkeiten dar, die dazu beitragen, einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb eines Windparks zu gewährleisten.

Die Herausforderung für Eigentümer und Betreiber von Windparks besteht darin, die Notwendigkeit einer Budgetierung dieser Verfahren zu erkennen. Ihre Kosten machen weniger als 10 % des gesamten Betriebs- und Wartungsbudgets eines typischen Windparks aus. Um diese Verbindung in der Stromerzeugung aufrechtzuerhalten, konzentriert sich dieser Artikel auf die Inspektion der Mittelspannungsausrüstung (MV), von den Transformatoren auf der Unterlage, dem Sammelsystem, dem Umspannwerk und der Hochspannungsausrüstung (HV) im Umspannwerk.

Das IR-Bild zeigt drei lose oder beschädigte Verbindungen (SP 2, 3 und 6) an einem Transformator mit Pad-Montage. Bei den sechs Anschlüssen handelt es sich um die dreiphasige 34,5-kV-Verkabelung, die diese Turbine mit ihren Nachbarn auf beiden Seiten verbindet und den Strom zum Umspannwerk leitet. Für den Wärmeanstieg sind lose oder beschädigte Verbindungen verantwortlich. Die guten Verbindungen bleiben kühler.

Auf dem Pad montierte Transformatoren

Diese Transformatoren sind erforderlich, um den 600- bis 900-V-Generatorausgang auf die Mittelspannung des Sammelsystems (typischerweise 34,5 kV) zu erhöhen und so eine effiziente Übertragung zum Umspannwerk zu ermöglichen. In den letzten 20 Jahren gab es bei den Transformatoren eine Reihe von Problemen, die einen Aktionsplan für Inspektion und Wartung erforderten.

IR-Inspektion ist eine nicht ausweichende Untersuchung der Transformatoren online und unter Last. Das nebenstehende Bild zeigt lose oder beschädigte Verbindungen.

Die Ergebnisse der Inspektion sind sofort bekannt und in der Regel genügt ein kurzer Ausfall, um das Problem zu beheben. Ohne eine Inspektion können lockere oder beschädigte Verbindungen irgendwann ausfallen, was zu Schäden am Transformator führen und ein Sicherheitsrisiko für das Personal darstellen kann.

Ölprobenahme der Transformatoren ist eine typische Praxis. Leider hat die Windindustrie nur langsam auf die Ergebnisse dieser Tests reagiert. Ein bevorzugter Aktionsplan sollte darin bestehen, die Grundursache für die schlechten Testergebnisse zu ermitteln und Korrekturmaßnahmen wie interne Reparaturen mit anschließendem Ölwechsel zu ergreifen. Die häufigsten Testergebnisse zeigen einen Anstieg der gelösten Gase (DG). Dazu gehören typischerweise Wasserstoff, Methan, Acetylen, Ethylen und Ethan. Hohe DG-Konzentrationen können explodieren, wenn eine Einheit ein- und ausgeschaltet wird.

Die meisten Websites hängen einfach ein rotes Schloss an diese Geräte und kennzeichnen sie als „nicht in Betrieb“. Eine einzelne Windkraftanlage kann am gestörten Transformator nicht mehr isoliert werden, so dass ein Ausfall des Turbinenstrangs die einzige Möglichkeit für ein Team ist, Wartungsarbeiten an der zugehörigen Turbine durchzuführen.

Kürzlich ist eine Ölfiltermethode auf den Markt gekommen, die die Lebensdauer von Transformatoren mit hohem DG verlängern kann. Dieser Filtervorgang erzeugt ein Vakuum im Ölreservoir und drückt das Öl durch spezielle Geräte, die die Gase und das Wasser aus dem Öl entfernen. Die Ergebnisse können durch eine Analyse der Ölprobe nach der Filterung dokumentiert werden. Durch diesen Vorgang wird der Transformator jedoch nicht repariert.

Durch die Zersetzung elektrischer Isoliermaterialien und zugehöriger Komponenten im Inneren des Transformators entstehen die Gase. Typischerweise liegen die Wiederbeschaffungskosten eines Transformators für die Pad-Montage je nach Eingangs- und Ausgangsspannung zwischen 25.000 und 60.000 US-Dollar.

Der Transformator erzeugt weiterhin DG, kann jedoch für einen längeren Zeitraum sicheren Betriebs sorgen, bis der Gaspegel wieder zu hoch wird. Durch regelmäßige Ölprobenentnahmen weiß der Eigentümer oder Betreiber, ob dieser Prozess zu einem monatelangen oder sogar jahrelangen Normalbetrieb führt.

Dieser Kabelspleiß wurde oberirdisch hergestellt und befindet sich jetzt in einer schützenden Spleißbox.

Transformator-Tresore Auf welchen Sockeln die Transformatoren für die Pad-Montage ruhen? Eine anfängliche Praxis im Windparkbau bestand darin, Transformatoren auf Gewölben aus Glasfaser aufzustellen. In einigen Fällen haben sich Glasfasergewölbe als unzureichend erwiesen. Inspektionen ergaben, dass die Transformatoren sich neigten, sanken oder sich über die Grenzen der unter ihnen vergrabenen Kabel hinaus bewegten. Eine typische Reaktion besteht darin, die Glasfasergewölbe durch vorgefertigte Betongewölbe zu ersetzen. Diese Reparatur reicht aus, um das Problem für die gesamte Lebensdauer der Anlage zu beheben.

Das Sammelsystem verfügt über mehrere unterstützende Komponenten, aber die wichtigste sind die verbindenden MV-Kabel. Die Mittelspannungsverkabelung verläuft zwischen dem auf der Unterlage montierten Transformator am Fuß der Windkraftanlage und dem Umspannwerk und befindet sich entweder über oder unter der Erde.

Oberirdische MS-Stromkreise erfordern mehr Inspektion und Wartung als unterirdische Optionen. Die gleiche IR-Inspektion, die an den Transformatoren für die Pad-Montage durchgeführt wird, kann lose oder beschädigte Verbindungen identifizieren. Darüber hinaus ist eine Sichtprüfung der Masten und Montagegeräte erforderlich, um sicherzustellen, dass das Sammelsystem in gutem Zustand ist. Vögel und Reptilien neigen dazu, auf diesen Strukturen zu nisten und darauf zu klettern. Glücklicherweise ist eine Reihe von Hardware-Aufsätzen erhältlich, um Wildtiere davon abzuhalten, sich auf diesem Gerät niederzulassen.

Das IR-Bild zeigt eine lose oder beschädigte Verbindung in einer Umspannstation.

Unterirdische MS-Stromkreise sind teurer in der Installation, erfordern aber weniger Wartung. Die Ausnahme ist ein gelegentlicher Erdschluss oder Spleißfehler. Ein Erdschluss kann auftreten, wenn ein Kabel durch einen spitzen oder schweren Stein beschädigt wird. Ein „Thumper“ wird verwendet, um den Ort von Erdschlüssen zu lokalisieren, mit Informationen von den Fehleraufzeichnungsrelais im Umspannwerk. Schäden werden durch einen neuen Kabelspleiß behoben. Viele Kabelspleiße aus der ursprünglichen Konstruktion verbleiben unter der Erde und stellen eine häufige Fehlerstelle im Kabel dar. Dadurch können die Originalverbindungen versagen. Die Reparaturmethode ist die gleiche wie bei Erdschlüssen. Es ist üblich, Kabelspleißreparaturen oberirdisch durchzuführen und diese mit einer schützenden Spleißbox abzudecken.

Umspannwerke enthalten die typischste Ausrüstung, die in einem Windpark zu finden ist. Transformatoren, Leistungsschalter, Schalter, Relais und mehr unterliegen behördlichen Protokollen. Diese Protokolle legen den Zeitplan und den Umfang der Inspektionen fest und sollen die Sicherheit von Personal und Ausrüstung gewährleisten. Die meisten Eigentümer oder Betreiber von Windparks führen diese Aufgaben während der Schwachwindsaison durch, um den Verlust von Stromerzeugung und Einnahmen zu reduzieren.

Das nützlichste Werkzeug ist wiederum die IR-Inspektionskamera, da sie lose oder beschädigte Verbindungen innerhalb der Umspannstation schnell identifizieren kann. Es ist auch wichtig sicherzustellen, dass potenzielle Sicherheitsrisiken, wie z. B. ausreichend Steine ​​im Umspannwerk und Unkrautbekämpfung, ein wesentlicher Bestandteil des Wartungsprogramms sind. Der Gartenstein dient mehreren Zwecken, aber am wichtigsten ist, dass er eine hochwiderstandsfähige Schicht – Isolierung – zwischen unserem Fuß und dem Boden bildet. Wenn das Unkraut nicht unter Kontrolle gehalten wird, kann es schnell in die Höhe wachsen und einen Weg für einen gefährlichen Erdschluss innerhalb der Umspannstation bilden.

In einem Windpark kann viel schief gehen und nicht alle Risiken finden sich im Turm oder in der Gondel. BOP-Geräte, einschließlich Transformatoren für die Pad-Montage, Spleiße und andere, sind für die Einspeisung von Windstrom ins Netz ebenso wichtig wie der Generator. Schäden an einer einzelnen Spleißstelle oder einem einzelnen Kabel sowie eine Reihe von Turbinen können zum Ausfall führen. Auch BOP-Geräte sollten routinemäßigen Inspektionen unterzogen werden, um den Betrieb von Windparks zu optimieren.

Die gute Nachricht ist, dass hochqualifizierte Drittanbieter zur Verfügung stehen, die alle erforderlichen Inspektionen und Wartungsarbeiten im gesamten BOP eines Windparks durchführen.