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      九洲風機淺談對風力發電運行維護的認識
      風力發電包含了由風能到機械能和由機械能到電能兩個能量轉換過程。風輪在風力的作用下轉動,將吸收的動能轉化為機械能,再由發電機將機械能轉化為電能。在能量轉化的過程中,需要大量設備元器件的配合。在風電場項目建設驗收后,風電機組就進入到日常運行、維護階段。根據目前的經濟技術水平,這個階段將持續20年甚至更久的時間。對已建成的風電場進行日常運維及檢修管理,并充分利用已有資金及設備向社會提供清潔可再生的風能電力,以獲得經濟效益和社會效益成為重要的階段任務。
      1 生產運維技術
      計算機及大數據等技術在風電運行方面的廣泛運用,讓更多人關注起風電的智慧運維。大數據在風電智慧運維中的應用,除運行及故障數據收集和儲存外,還能通過預估預判功能對大部件進行檢測及故障診斷及預判,極大提高風電運行效率。
      1.1 故障診斷系統
      風電企業可將多個風電場利用云計算處理功能進行網絡連接,將風機的故障信息和告警信息及時進行大數據分析,描述風機健康態勢[1]。與以往只有風機出現故障時才進行風機檢修、維護的模式不同,云服務下的風機運行模式,注重收集分析風機告警信息及可進行遠程復位的故障信息,針對每臺風機繪制風機運行健康狀態圖表。風電場可根據該圖表制定合理的檢修間隔時間及相應的風機維護內容,大大提高了風機維護的針對性,使的維護內容更加靈活,有效配置資源,將風機故障隱患消滅在萌芽狀態,極大地減少了因風機故障造成的非計劃停機時間,并能通過故障預警技術節省突發性維修費用,將故障時間降到最低,提高發電量的同時為企業增加效率。
      1.2 優化后的風功率預測系統
      風功率預測系統是指基于風電場的地形地貌,結合歷史功率及風速、風電機的以往運行數值及狀態,建立一個風電場輸出功率的預測模型,通過輸入風速、功率及天氣數據從而得出風電場未來的輸出功率。該預測系統的時間周期分為超短期和短期預測兩種。隨著風電發電規模占電網的比重不斷增大,電網公司對風電場功率預測要求的準確度不斷提高。在今后的實踐中,會出現風電功率預測率高的風電場安排優先發電、預測率低的風電場限功率運行的新情況,這就需在風電場風功率預測準確度上持續下功夫。
      現階段風電場的風功率預測數據源主要來自風電場的測風塔,測風塔采集的風速反映的越真實,風功率預測系統預測的發電量與實際發電量的吻合度就越高。而現實了解到的情況是,一個風電場縱橫幾公里甚至幾十公里,再加上地形等其他因素的影響,安裝在風場內的測風塔很難精確的反映整個風電場的風速情況,從而造成功率預測的不準確。為此可基于云計算的數據處理系統,通過每臺風機自帶的測風系統采集風速、風向等相關信息,運用大數據分析平臺繪制每臺機組的風速-功率輸出模型,進而繪制整個風電場的功率模型。
      1.3 風電機組發電量提升
      1.3.1 目的
      激光偏航誤差校正是利用激光測風設備對風力發電機風輪未受干擾前的風速風向的測量,校正風力發電機的偏航誤差,使風機能更好地對準風向,從而提升風力發電機的發電量。偏航誤差在風力發電機上很普遍,很多的風力發電制造商及風電用戶很久以前就發現,風機在運行時機艙的朝向是不一致的。丹麥RISOE國家實驗室的研究顯示:大部分風電場的風機平均偏航誤差都在10~12度左右,但通常只有一些偏航相當大的可用目視區分,大部分無法由目視確定。由于一直以來沒有合適的測量手段來測量偏航誤差,且偏航誤差所引起的發電量損失沒有量化,所以偏航誤差至今未被重視。在對一項風機測試的統計中也顯示了75%以上的風機需進行偏航的校正,50%以上的風機偏航誤差已嚴重地影響了風機的發電量。一直以來風力發電機的測風裝置都是安裝在風機尾部,受風輪擾動及機艙外形的影響不能準確測量風速與風向,偏航誤差是原有傳統技術不能解決的系統性問題。
      1.3.2 偏航誤差校正提升發電量的原理
      激光偏航誤差校正用激光測風設備射出的激光束可以檢測到風機前未受干擾的風的風速與風向,可以獲得風機的平均偏航誤差,再使用專用的方法對風機進行偏航修正。激光測風設備安裝于風機頂部,向風機前方以60度夾角打出兩束激光束,利用激光多普勒效應,測量80米處的風速與風向(圖1)。由于此處的風速與風向未受到風機風輪的擾動,激光測風設備可以準確測量到吹到風輪面處的風況。對風機偏航誤差的校正有靜態和動態兩種校正方式。
      圖1 激光測風設備安裝與測量示意圖
      圖1 激光測風設備安裝與測量示意圖 下載原圖
      靜態偏航誤差校正是將激光測風設備安裝于風機頂部,測量風機主軸中心線與實際來風的夾角,經過二周左右時間的統計分析,可以獲得風機的平均偏航誤差。經過專用工具的調整,可將風機的平均偏航誤差可以校正到1°以下(典型值為0.2°)。在調整完成后將激光測風設備拆除,移至下一臺風機上進行測量與校正(圖3)。
      動態偏航誤差控制是將激光測風設備長期安裝在風機頂部,將風機原測風設備的接線與激光測風設備的信號線同時接入一個轉換箱,轉換箱可自動控制信號采自原測風儀還是激光測風設備,并把該信號接入風機PLC控制器中。正常情況下,PLC控制器優先采集激光測風裝置發出的風速、風向信號,只有在極端天氣條件下(如大霧、大雨)、激光測風設備不能正常測量到風速風向數據時,轉換箱將自動切換到采集傳統測風設備信號,以保證風機的連續運行。動態偏航控制不但可以修正偏航誤差,還可降低絕對偏航誤差,降低葉片的載荷。
      圖2 偏航誤差校正前誤差約為10度
      圖2 偏航誤差校正前誤差約為10度 下載原圖
      圖3 靜態校正后平均偏航誤差約為0 度
      圖3 靜態校正后平均偏航誤差約為0 度 下載原圖
      圖4 動態偏航誤差控制結果
      圖4 動態偏航誤差控制結果 下載原圖
      偏航誤差的校正給風機帶來了發電功率的增加、功率曲線的優化,以及葉片載荷的降低。由于改善體現在額定風速以下的功率提升,改善的效果在年均風速越低的區域優化效果越明顯。
      2 生產運維管理
      運檢合一、運檢分離、運檢外委以及區域遠程監控等,是當前我國風電場幾種主要的管理模式。一般容量≤10萬kW的多采用運檢合一式,>10萬kW的多采用運檢分離式,而對于一些在一個區域建立多個風場的則采用集中監控管理模式。
      2.1運檢合一模式
      指的是風電場的運行及檢修等系列工作都由廠長領導下運檢人員一起共同負責,他們間沒有明確分工。這就要求現成的運檢人員都要具備較高的綜合能力,包括倒閘操作、設備運行參數及告警信息監視、風電機組運行數據統計與分析、設備巡檢、風機定檢與維護、設備異常狀況分析及處理、變電設備簡單維修等。這種運維模式不僅管理結構較為簡單,還能讓員工在高標準下更快地提高技能。
      2.2 運檢分離模式


      當風電場的規模越來越大后,運檢合一模式下員工的工作量過大,分工不明確就會降低效率,由此部分企業開始采取運檢分離的模式,將風電場升壓站及風電機組的運行檢查、現場復位等重要的基礎性工作交給運行人員負責,將風電機組的檢修工作交給檢修人員專項負責。具體到實踐中有三種形式:風電場級的運檢分離。這種在國內應用最多,運行檢修各盡所責,使得運行管理水平得以有效提升,但由于風電場人員有限,對于有多個風電場的企業來說建設團隊需要較長周期;對于風電場數量多且機型少的企業,建立公司級的檢修隊伍對各風場及風電機組進行運檢分離,風電場的運行工作由風電場自行負責開展。這種模式比第一種在專業分工及人才資源利用方面更有優勢,但其檢修管理也相對復雜;檢修外委的運檢分離。風電企業通過外包的方式將風機的日常維護及修理工作委托給維修公司,讓維修公司按合同及要求為其服務,從而減輕自己的工作負擔。這就要求維修公司要有足夠的資質及技術水平。


      總體來說,運檢分離一方面可為企業節省人力、物力,建立高水平團隊,解決技術壁壘問題,提高生產效率及技術水平;另一方面將運行和檢修進行分離,能夠增強彼此間的監督及質量驗收,從而讓管理更加規范化。


      2.3 運檢外委模式


      隨著風電企業規模的逐漸拓展,部分企業由于自身檢修能力不足,因此將維護檢修業務部分或全權委托給有能力的專業投資公司來負責。這種模式一般比自行維修要省錢,還能使運行人員的工作量保持均衡,其在兼職檢修時負責正常的運行和一般缺陷消除。而定檢、技改等工作委托專業且經驗豐富的檢修公司進行,不僅能精簡人員、提高效率,運行人員參與檢修也能提高其發現問題和解決問題的能力,最大限度減少損失,確保設備安全運行。但這種模式也存在一些不足:例如由于關系復雜,委托合同常流于形式,執行難度大,導致運檢效率并不高;企業對委托公司的依賴度較高,不利于自身運行經驗的積累及專業化發展。


      2.4 區域遠程監控模式


      當企業的發展規模更大時,根據情況通過劃定區域,對各風電場的全部機組進行集中化、區域化的遠程啟停管理,則是未來的發展趨勢?;赟CADA系統建立遠控系統,并結合信息化平臺的生產管理系統,可實現對多個風電場運行工況及生產信息的集中控制,從而以最少的人力值守,實現經濟效率的最大化。同時成立專業的區域巡檢維護隊伍,對區域實行一體化和專業化的分級檢修與維護。這不僅能為企業減員增效還能有效避免任務的分配不均,從而提高質檢的質量與安全可靠性。這種模式相對來說前期的監控投入較大,需有高水平的人員在集控中心進行設備的實驗及演習操作,當集控人員的水平達到標準后再逐步減少值守人員[2]。


      3 思考與總結

      為提高檢修工作的標準化建設能力,不斷提高檢修工藝水平,各風電公司可根據不同機型制定相應的風電檢修工作手冊和檢修工作指導視頻。在每次檢修工作結束后檢修人員及時完成檢修工作報告,報告內容包括故障代碼、報警內容、處理方法、所用檢修工具,故障中涉及到的風機圖紙頁碼、線號,以及在檢修過程中的經驗心得等。對一些較為定型的檢修工作,可針對不同風機設備錄制相應的檢修工作指導視頻。對一些在操作過程中需要特別注意的工作內容,如泄壓等操作,應在指導視頻中明確指出,確保風機檢修工作安全。

      檢修工作手冊和作業指導視頻可作為新員工的入職培訓資料,增強了培訓資料的可讀性與實用性,有利于新員工快速準確的掌握工作內容,同時還便于風場檢修人員學習規范的檢修操作流程,對提高檢修工藝有著非常大的指導作用。檢修工作手冊和指導視頻可采取動態反饋的方式,不斷借鑒、吸收現場檢修實踐的經驗成果,不斷更新優化手冊、視頻內容,為提高檢修工藝水平、優化檢修工作內容,促進檢修工作的標準化建設做出新的嘗試。
      4 結語


      風電產業在經歷了大規模的風電場建設階段后,隨之轉入漫長的運行、維護階段。這個階段中有許多從未知曉的事物,只能“摸著石頭過河”。因此要以更大的勇氣、更長遠的眼光加強頂層設計,促進風電產業的持續健康發展。在新的科技革命浪潮中,風電產業要想擺脫傳統產業發展模式,讓這一朝陽產業走在時代的前列,必須加大科技方面的投入,吸收一切先進的科學技術、整合社會資源,讓風電這一清潔能源為人類社會的進步作出更多的貢獻!

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