Imagerie thermique pour la maintenance préventive des éoliennes

À mesure que les parcs éoliens vieillissent et que leur garantie expire, l’importance de la maintenance préventive effectuée par les propriétaires et les opérateurs augmente. En détectant les défaillances imminentes des composants, les opérateurs peuvent éviter les pannes et les temps d’arrêt coûteux. L’imagerie thermique peut aider à détecter ces défaillances en un coup d’œil, même pendant le fonctionnement.

L’éolien fait partie intégrante de la production d’électricité en Australie depuis de nombreuses années. Il s’agit de l’une des principales sources d’énergie renouvelable en Australie, qui génère suffisamment d’électricité pour répondre à 7,1 % de la demande totale en électricité du pays. À la fin de l’année 2018, l’Australie exploitait 94 parcs éoliens, qui fournissaient près de 6 GW de capacité de production éolienne.

La forte croissance de la capacité éolienne au cours des dernières années a entraîné une forte augmentation du nombre de turbines atteignant la fin de la période de garantie des fabricants. Inévitablement, c’est alors le propriétaire qui fait face à un risque financier pour fournir une exploitation et une maintenance rentables.

Une maintenance préventive efficace

La maintenance post-garantie est essentielle pour améliorer la fiabilité et la rentabilité des installations d’éoliennes. Afin de réduire les coûts de maintenance et d’améliorer la rentabilité, les opérateurs passent de plus en plus d’activités de maintenance réactives à des activités préventives.

Les composants des éoliennes sont sensibles à l’usure et peuvent se rompre. C’est pourquoi la maintenance préventive et les inspections périodiques sont si importantes. Malheureusement, les coûts de maintenance peuvent être élevés, c’est pourquoi les inspections préventives doivent être organisées le plus efficacement possible. Les coûts d’exploitation et de maintenance peuvent facilement représenter 20 à 25 % du coût total par kWh produit pendant la durée de vie de l’éolienne.

Caméras d’imagerie thermique

L’imagerie thermique est la seule technologie qui permet aux opérateurs d’inspecter tous les composants électriques et mécaniques de l’éolienne ainsi que le système électrique environnant. Pour les composants électriques et mécaniques, la règle générale est qu’un composant devient chaud avant de tomber en panne. Les caméras d’imagerie thermique détectent cette augmentation de la température avant qu’une défaillance se produise. Ces points chauds seront clairement visibles dans l’image thermique.

Une caméra thermique peut montrer les problèmes affectant le régulateur et le moteur, et notamment les défauts d’alignement de l’arbre d’entraînement, ainsi que les problèmes électriques comme les connexions desserrées et les déséquilibres de charge. La polyvalence des caméras thermiques permet aux opérateurs de maintenance de tirer pleinement profit de leur programme de maintenance préventive.

Cas : Prévention des défaillances potentielles des connecteurs coudés de rupture

Les raccordements à connecteurs coudés de rupture sont couramment utilisés dans les applications de parcs éoliens et de services publics, dans les transformateurs, les boîtes de jonction et les interrupteurs d’isolement. Les défaillances de ce type de raccordement peuvent être très dangereuses et coûteuses en ce qui concerne les dommages aux équipements adjacents et les interruptions de service.

Vous trouverez ci-dessous un exemple d’échec d’une connexion avec connecteur coudé de rupture. Dans ce cas, le composant endommagé pourrait potentiellement provoquer la perte de 25 MW de production d’électricité pendant environ 15 heures.

Connecteur coudé de rupture défaillant sur un transformateur 1850 KVA

Les défaillances de terminaison peuvent être causées par un mauvais assemblage, l’inexpérience de l’installateur ou un manque de respect absolu des instructions. Les conditions environnementales peuvent également entraîner l’expansion, la contraction ou le déplacement des matériaux, ce qui peut à son tour entraîner une défaillance de la terminaison. Les câbles peuvent être alourdis par la glace qui s’accumule dans l’espace mort sous les armoires de raccordement, faisant subir des contraintes au câble. Le soulèvement de l’équipement dû au gel pendant les mois d’hiver peut également jouer un rôle dans le mouvement des câbles, entraînant une défaillance potentielle.

Supports utilisés pour stabiliser les conducteurs sur un transformateur pour éolienne de 1850 KVA.

Lorsqu’elles sont visualisées avec une caméra thermique, les anomalies dans les connecteurs coudés de rupture se traduisent clairement par des pertes de chaleur.

Anomalie découverte pendant un examen IR de routine sur un transformateur d’éolienne de 1850 KVA

Dans les exemples ci-dessous, vous pouvez voir la différence de température entre une terminaison exposée et une terminaison couverte présentant une défaillance. Dans la première série de tests, une terminaison a été intentionnellement endommagée et soumise à 100 ampères de courant pendant une période de 75 minutes. La deuxième série d’images illustre la même terminaison avec le capuchon de blindage installé pour démontrer le profil de chauffage et le delta entre les deux zones.

Après 15 minutes dans le test 100 A. Connecteur nu 44,2 °C vs capuchon blindé 26,9 °C -ΔT 17,3 °C

Après 45 minutes dans le test 100 A. Connecteur nu 69,6 °C vs capuchon blindé 35,7 °C -ΔT 33,9 °C

Après 75 minutes dans le test 100 A. Connecteur nu 72,3 °C vs capuchon blindé 40,9 °C -ΔT 38,4 °C

Cas : Inspections des pales de turbine

Les pales des générateurs d’énergie éolienne sont fabriquées en matériaux composites et sont légères et solides. Cependant, elles sont soumises à des contraintes importantes continues pendant le processus de fabrication et de test, ce qui peut entraîner des fissures. Dans le pire des cas, les lames peuvent même se rompre en fonctionnement et se détacher du rotor, ce qui peut entraîner des accidents mortels.

Les caméras d’imagerie thermique permettent d’inspecter les lames en mouvement. Les défauts, tels que les fissures, modifient la signature thermique du matériau. Ainsi, de petits changements dans les composites des lames de turbine qui passeraient inaperçus lors d’une inspection visuelle uniquement peuvent être détectés par infrarouge.

L’imagerie thermique peut détecter une variété d’anomalies, y compris des fissures, des défauts dus à la foudre, des embouts endommagés ainsi que des problèmes de fibre optique. Les caméras thermiques détecteront également les problèmes d’entretien, les joints adhésifs manquants, les erreurs de pas de lame et bien plus encore. Détecter ces anomalies à un stade précoce, lorsqu’elles sont minimes, réduit les coûts et évite des dommages graves.

Avantages du thermique

L’imagerie thermique fournit un aperçu immédiat de la signature thermique de l’éolienne, permettant aux opérateurs de voir les défauts en un coup d’œil. Avec une caméra thermique, les inspections peuvent même être effectuées à partir du sol, sans qu’il soit nécessaire d’escalader la tour.

La précision de l’imagerie thermique est probablement la raison principale pour laquelle les opérateurs de maintenance se tournent vers elle. Avec une caméra thermique, il est possible de voir non seulement les défauts sur la surface extérieure de la lame, mais également d’observer plus profondément à l’intérieur de la lame. Au bout du compte, ce sont ces défauts internes qui contribuent à la défaillance si les problèmes persistent.

L’imagerie thermique permet aux inspecteurs de couvrir de grandes zones à distance. À tout le moins, cela réduit le nombre de vérifications physiques/visuelles, accélère les travaux de maintenance et les rend plus rentables.

Caméras FLIR pour la maintenance préventive

L’intégration de la technologie d’imagerie thermique à la routine d’inspection de maintenance préventive permet aux entreprises de parcs éoliens de surveiller l’équipement dans des conditions de fonctionnement quand elles le souhaitent. L’ajout d’une caméra thermique à leur routine de maintenance préventive les aidera à gagner en efficacité et rentabilité en détectant les problèmes électriques et mécaniques avant qu’ils ne provoquent des pannes intempestives et coûteuses.

Les anomalies thermiques peuvent être localisées de manière efficace, à l’aide d’une caméra thermique portable, comme la caméra thermique FLIR T1040 HD. Cette caméra offre les images les plus nettes, les températures les plus précises et la souplesse la meilleure. Le FLIR T1040 HD est équipé d’une combinaison unique de MSX® (imagerie dynamique multispectrale), de la technologie d’amélioration d’image UltraMax® et d’algorithmes de filtrage adaptatifs, permettant aux utilisateurs d’enregistrer des images extrêmement fluides et détaillées.