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ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
INGENIERA INDUSTRIAL MECNICA
DETERMINACIN DE FACTORES QUE
INFLUYEN EN EL MODELO DE TASA DE FALLOS DE UN AEROGENERADOR DE UN PARQUE ELICO SEGN SU HISTORIA DE
INCIDENCIAS Y MANTENIMIENTO
Autor: Manuel Blanco Madrazo Director: Miguel ngel Sanz Bobi
Madrid Madrid, Junio de 2014
RESEARCH ON THE FACTORS WHICH HAVE AN IMPACT ON AN
AEROGENERATOR HAZARD RATE THROUGH HISTORICAL MAINTENANCE
AND EVENTS DATA ANALYSIS
Author: Blanco Madrazo, Manuel
Director: Sanz Bobi, Miguel ngel
PROJECT SUMMARY
This project aims to find, with a Cox analysis, which factors could influence on an
aerogenerators hazard rate to get a better understanding about aerogenerators failure
behavior and, therefore, improve the maintenance planning.
To carry out this project, we counted on the historical maintenance and events data of a
75 aerogenerators wind farm. We had also a data base with the most relevant factor`s
measures. Besides, we were assisted by Matlab software.
The project was developed in four stages. In the first, data base about failures has been
filtered and analyzed to find out which elements and failure types had a bigger impact on
the loss of production. The failure types were also filtered to keep those which could lead
to further studies. After this stage, the huge initial database was reduced to a smaller one,
with big impact on the energetic production though.
The second stage studies the reliability of the events chosen form the last stage. It uses a
Weibull model, which only takes time into account. The Weibull model was estimated with
the maximum likelihood estimator and the minimum squared method. This stage helps to
give a time-based model.
In the third stage, the Cox proportional hazards model was analyzed and implemented on
the database. This model evaluates the impact of each factor on the hazard rate and thus
helps to consider whether a factor is relevant or not. In this stage, a comparison between
time-based models and the Cox model is also carried out.
The last stage was about figuring out and analyzing all the results and conclusions from the
previous studies. It also studies how a factor contributes on the hazard rate model.
Although a maintenance plan as such is not given, the scope of this project is to find a
maintenance plan which takes into account all the relevant factors found, not only the
time. Therefore, the productivity and profitability of the wind farms may increase and the
wind energy would be a more profitable and attractive industry.
DETERMINACIN DE FACTORES QUE INFLUYEN EN EL MODELO DE TASA DE FALLOS DE UN
AEROGENERADOR DE UN PARQUE ELICO SEGN SU HISTORIA DE INCIDENCIAS Y
MANTENIMIENTO
Autor: Blanco Madrazo, Manuel
Director: Sanz Bobi, Miguel ngel
RESUMEN DEL PROYECTO
El objetivo de este proyecto es encontrar, mediante un analisis de Cox, qu factores
podran influir en la tasa de fallos de un aerogenerador, para tener una mejor compresin
sobre el comportamiento de los aerogeneradores ante el fallo y, por lo tanto, mejorar la
planificacin del mantenimiento.
Para llevar el proyecto a cabo, se cuenta con el historial de mantenimiento y eventos de un
parque elico de 75 aerogeneradores. Tambin se tiene una base de datos con las
medidas de los factores ms relevantes. Adems, el programa Matlab tambin fue de
ayuda.
El proyecto se desarroll en cuatro fases. En la primera, se filtraron y analizaron los datos
para encontrar que elementos y modos de fallo tenan mayor impacto en las prdidas de
produccin. Los modos de fallo tambin se filtraron para mantener aquellos que pudieran
ser utilizados en estudios posteriores. Despus de realizar esta etapa, la enorme base de
datos inicial se reduce a una ms pequea, aunque con gran impacto en la produccin
energtica.
En la segunda fase se estudia la fiabilidad de los eventos escogidos anteriormente. Se usa
un modelo de Weibull, que solo tiene en cuenta el tiempo. El modelo de Weibull fue
estimado con el estimador de mxima verosimilitud y el mtodo de mnimos cuadrados.
Esta fase ayuda a encontrar un modelo basado en el tiempo.
En la tercera fase, el modelo de Cox o azar proporcional es analizado y aplicado en la base
de datos del parque. Este modelo valora el impacto de cada factor en la tasa de fallos y
consecuentemente ayuda a considerar si un factor es relevante o no. En esta fase, se
realiza tambin una comparacin entre los modelos basados en el tiempo y el modelo de
Cox.
La ltima etapa trata sobre deducir y analizar todos los resultados y conclusiones de los
estudios previos. Tambin se estudia la forma en que un factor contribuye en el modelo de
la tasa de fallos.
Aunque no se da un plan de mantenimiento en s mismo, el alcance de este proyecto es
encontrar un plan de mantenimiento que tenga en cuenta todos los factores relevantes
encontrados, no solo el tiempo. De este modo, la productividad y rentabilidad de los
parque elicos podra crecer y la energa elica sera un sector ms rentable y atractivo.
ESCUELA TCNICA SUPERIOR DE INGENIERA (ICAI)
INGENIERA INDUSTRIAL MECNICA
DETERMINACIN DE FACTORES QUE
INFLUYEN EN EL MODELO DE TASA DE FALLOS DE UN AEROGENERADOR DE UN PARQUE ELICO SEGN SU HISTORIA DE
INCIDENCIAS Y MANTENIMIENTO
Autor: Manuel Blanco Madrazo Director: Miguel ngel Sanz Bobi
Madrid Madrid, Junio de 2014
ndice de la memoria
Parte I Memoria...................1
Captulo I Introduccin....................3
1.1. Motivacin del proyecto...................3
1.2. Objetivos.....................4
1.3. Metodologa propuesta.......................6
1.4. Herramientas.......................8
Captulo II Descripcin de un aerogenerador y el mantenimiento....................9
2.1. Principios de funcionamiento de un aerogenerador.....................9
2.2. La energa elica actualemente....................11
2.3. El mantenimiento......................12
2.3.1. Definicin......12
2.3.2. Objetivos del mantenimiento industrial.......13
2.3.3. Tipos de mantenimiento industrial......14
2.3.4. Historia del mantenimiento industrial......18
Captulo III Datos del parque...................23
3.1. Introduccin......................23
3.2. Filtrado de datos.....................24
3.3. Seleccin de eventos relevantes...................25
3.3.1. Componentes cuyo fallo implica una mayor prdida de
produccin..........................25
3.3.2. Repeticin de modos de fallo......30
3.3.2.1. Frecuencia modos de fallo del generador....31
3.3.2.2. Frecuencia modos de fallo de la multiplicadora...32
3.3.3. Modos de fallo relevantes...32
Captulo IV Anlisis de fiabilidad35
4.1. Introduccin.35
4.1.1. Definicin de conceptos bsicos de fiabilidad...35
4.2. Modelos de fiabilidad38
4.2.1. Ley exponencial.....38
4.2.2. Ley log-normal....40
4.2.3. Ley Weibull....42
4.2.3.1. Estadstico de mxima verosimilitud...44
4.2.3.2. Ajuste por mnimos cuadrados....46
4.3. Ajuste de los modelos de fiabilidad para los aerogeneradores del
estudio47
Captulo V Modelo de azar proporcional o modelo de Cox..55
5.1. Introduccin.55
5.2. El modelo de Cox..55
5.3. Aplicacin del modelo de Cox...............................................................57
5.3.1. Diagnstico........................................................................................58
5.4. Comparacin del modelo de Cox con modelos que solo tienen en cuenta
el tiempo....................................................................................................68
Captulo VI Resultados............................................................................71
Captulo VII Conclusiones........................................................................77
7.1. Propuestas para futuros trabajos................................................78
Parte II Anexos...................81
Anexo I Lista de eventos..............................................................................83
Anexo II Lista de factores............................................................................87
Anexo III Cdigos Matlab............................................................................89
Anexo IV Estadsticos de Wald....................................................................97
Anexo V Comparacin de la fiabilidad con la obtenida del riesgo base......99
Anexo VI Tasa de fallos en funcin del valor de los factores explicativos...101
Anexo VII Comparacin del modelo de Cox con modelos de fiabilidad
basados en el tiempo................................................................................107
ndice de figuras
Figura 1- Contribucin de cada energa renovable a la produccin elctrica en Espaa..............4
Figura 2- Esquema de la metodologa...........................................................................................6
Figura 3- Componentes principales de un aerogenerador..........................................................10
Figura 4- Esquema. Tipos de mantenimiento.............................................................................