浅谈对风力发电运行维护的认识

浅谈对风力发电运行维护的认识

,,　　风力发电包含了由风能到机械能和由机械能到电能两个能量转换过程。风轮在风力的作用下转动，将吸收的动能转化为机械能，再由发电机将机械能转化为电能。在能量转化的过程中，需要大量设备元器件的配合。在风电场项目建设验收后，风电机组就进入到日常运行、维护阶段。根据目前的经济技术水平，这个阶段将持续20年甚至更久的时间。对已建成的风电场进行日常运维及检修管理，并充分利用已有资金及设备向社会提供清洁可再生的风能电力，以获得经济效益和社会效益成为重要的阶段任务。

　　,,计算机及大数据等技术在风电运行方面的广泛运用，让更多人关注起风电的智慧运维。大数据在风电智慧运维中的应用，除运行及故障数据收集和储存外，还能通过预估预判功能对大部件进行检测及故障诊断及预判，极大提高风电运行效率。

　　风电企业可将多个风电场利用云计算处理功能进行网络连接，将风机的故障信息和告警信息及时进行大数据分析，描述风机健康态势[1]。与以往只有风机出现故障时才进行风机检修、维护的模式不同，云服务下的风机运行模式，注重收集分析风机告警信息及可进行远程复位的故障信息，针对每台风机绘制风机运行健康状态图表。风电场可根据该图表制定合理的检修间隔时间及相应的风机维护内容，大大提高了风机维护的针对性，使的维护内容更加灵活，有效配置资源，将风机故障隐患消灭在萌芽状态，极大地减少了因风机故障造成的非计划停机时间，并能通过故障预警技术节省突发性维修费用，将故障时间降到最低，提高发电量的同时为企业增加效率。

　　风功率预测系统是指基于风电场的地形地貌，结合历史功率及风速、风电机的以往运行数值及状态，建立一个风电场输出功率的预测模型，通过输入风速、功率及天气数据从而得出风电场未来的输出功率。该预测系统的时间周期分为超短期和短期预测两种。随着风电发电规模占电网的比重不断增大，电网公司对风电场功率预测要求的准确度不断提高。在今后的实践中，会出现风电功率预测率高的风电场安排优先发电、预测率低的风电场限功率运行的新情况，这就需在风电场风功率预测准确度上持续下功夫。

　　现阶段风电场的风功率预测数据源主要来自风电场的测风塔，测风塔采集的风速反映的越真实，风功率预测系统预测的发电量与实际发电量的吻合度就越高。而现实了解到的情况是，一个风电场纵横几公里甚至几十公里，再加上地形等其他因素的影响，安装在风场内的测风塔很难精确的反映整个风电场的风速情况，从而造成功率预测的不准确。为此可基于云计算的数据处理系统，通过每台风机自带的测风系统采集风速、风向等相关信息，运用大数据分析平台绘制每台机组的风速-功率输出模型，进而绘制整个风电场的功率模型。

　　激光偏航误差校正是利用激光测风设备对风力发电机风轮未受干扰前的风速风向的测量，校正风力发电机的偏航误差，使风机能更好地对准风向，从而提升风力发电机的发电量。偏航误差在风力发电机上很普遍，很多的风力发电制造商及风电用户很久以前就发现，风机在运行时机舱的朝向是不一致的。丹麦RISOE国家实验室的研究显示：大部分风电场的风机平均偏航误差都在10～12度左右，但通常只有一些偏航相当大的可用目视区分，大部分无法由目视确定。由于一直以来没有合适的测量手段来测量偏航误差，且偏航误差所引起的发电量损失没有量化，所以偏航误差至今未被重视。在对一项风机测试的统计中也显示了75%以上的风机需进行偏航的校正，50%以上的风机偏航误差已严重地影响了风机的发电量。一直以来风力发电机的测风装置都是安装在风机尾部，受风轮扰动及机舱外形的影响不能准确测量风速与风向，偏航误差是原有传统技术不能解决的系统性问题。

　　激光偏航误差校正用激光测风设备射出的激光束可以检测到风机前未受干扰的风的风速与风向，可以获得风机的平均偏航误差，再使用专用的方法对风机进行偏航修正。激光测风设备安装于风机顶部，向风机前方以60度夹角打出两束激光束，利用激光多普勒效应，测量80米处的风速与风向(图1)。由于此处的风速与风向未受到风机风轮的扰动，激光测风设备可以准确测量到吹到风轮面处的风况。对风机偏航误差的校正有静态和动态两种校正方式。

　　静态偏航误差校正是将激光测风设备安装于风机顶部，测量风机主轴中心线与实际来风的夹角，经过二周左右时间的统计分析，可以获得风机的平均偏航误差。经过专用工具的调整，可将风机的平均偏航误差可以校正到1°以下(典型值为0.2°)。在调整完成后将激光测风设备拆除，移至下一台风机上进行测量与校正(图3)。

　　动态偏航误差控制是将激光测风设备长期安装在风机顶部，将风机原测风设备的接线与激光测风设备的信号线同时接入一个转换箱，转换箱可自动控制信号采自原测风仪还是激光测风设备，并把该信号接入风机PLC控制器中。正常情况下，PLC控制器优先采集激光测风装置发出的风速、风向信号，只有在极端天气条件下(如大雾、大雨)、激光测风设备不能正常测量到风速风向数据时，转换箱将自动切换到采集传统测风设备信号，以保证风机的连续运行。动态偏航控制不但可以修正偏航误差，还可降低绝对偏航误差，降低叶片的载荷。

　　偏航误差的校正给风机带来了发电功率的增加、功率曲线的优化，以及叶片载荷的降低。由于改善体现在额定风速以下的功率提升，改善的效果在年均风速越低的区域优化效果越明显。

　　运检合一、运检分离、运检外委以及区域远程监控等，是当前我国风电场几种主要的管理模式。一般容量≤10万kW的多采用运检合一式，10万kW的多采用运检分离式，而对于一些在一个区域建立多个风场的则采用集中监控管理模式。

　　指的是风电场的运行及检修等系列工作都由厂长领导下运检人员一起共同负责，他们间没有明确分工。这就要求现成的运检人员都要具备较高的综合能力，包括倒闸操作、设备运行参数及告警信息监视、风电机组运行数据统计与分析、设备巡检、风机定检与维护、设备异常状况分析及处理、变电设备简单维修等。这种运维模式不仅管理结构较为简单，还能让员工在高标准下更快地提高技能。

　　当风电场的规模越来越大后，运检合一模式下员工的工作量过大，分工不明确就会降低效率，由此部分企业开始采取运检分离的模式，将风电场升压站及风电机组的运行检查、现场复位等重要的基础性工作交给运行人员负责，将风电机组的检修工作交给检修人员专项负责。具体到实践中有三种形式：风电场级的运检分离。这种在国内应用最多，运行检修各尽所责，使得运行管理水平得以有效提升，但由于风电场人员有限，对于有多个风电场的企业来说建设团队需要较长周期；对于风电场数量多且机型少的企业，建立公司级的检修队伍对各风场及风电机组进行运检分离，风电场的运行工作由风电场自行负责开展。这种模式比第一种在专业分工及人才资源利用方面更有优势，但其检修管理也相对复杂；检修外委的运检分离。风电企业通过外包的方式将风机的日常维护及修理工作委托给维修公司，让维修公司按合同及要求为其服务，从而减轻自己的工作负担。这就要求维修公司要有足够的资质及技术水平。

　　总体来说，运检分离一方面可为企业节省人力、物力，建立高水平团队，解决技术壁垒问题，提高生产效率及技术水平；另一方面将运行和检修进行分离，能够增强彼此间的监督及质量验收，从而让管理更加规范化。

　　随着风电企业规模的逐渐拓展，部分企业由于自身检修能力不足，因此将维护检修业务部分或全权委托给有能力的专业投资公司来负责。这种模式一般比自行维修要省钱，还能使运行人员的工作量保持均衡，其在兼职检修时负责正常的运行和一般缺陷消除。而定检、技改等工作委托专业且经验丰富的检修公司进行，不仅能精简人员、提高效率，运行人员参与检修也能提高其发现问题和解决问题的能力，最大限度减少损失，确保设备安全运行。但这种模式也存在一些不足：例如由于关系复杂，委托合同常流于形式，执行难度大，导致运检效率并不高；企业对委托公司的依赖度较高，不利于自身运行经验的积累及专业化发展。

　　当企业的发展规模更大时，根据情况通过划定区域，对各风电场的全部机组进行集中化、区域化的远程启停管理，则是未来的发展趋势。基于SCADA系统建立远控系统，并结合信息化平台的生产管理系统，可实现对多个风电场运行工况及生产信息的集中控制，从而以最少的人力值守，实现经济效率的最大化。同时成立专业的区域巡检维护队伍，对区域实行一体化和专业化的分级检修与维护。这不仅能为企业减员增效还能有效避免任务的分配不均，从而提高质检的质量与安全可靠性。这种模式相对来说前期的监控投入较大，需有高水平的人员在集控中心进行设备的实验及演习操作，当集控人员的水平达到标准后再逐步减少值守人员[2]。

　　为提高检修工作的标准化建设能力，不断提高检修工艺水平，各风电公司可根据不同机型制定相应的风电检修工作手册和检修工作指导视频。在每次检修工作结束后检修人员及时完成检修工作报告，报告内容包括故障代码、报警内容、处理方法、所用检修工具，故障中涉及到的风机图纸页码、线号，以及在检修过程中的经验心得等。对一些较为定型的检修工作，可针对不同风机设备录制相应的检修工作指导视频。对一些在操作过程中需要特别注意的工作内容，如泄压等操作，应在指导视频中明确指出，确保风机检修工作安全。

　　检修工作手册和作业指导视频可作为新员工的入职培训资料，增强了培训资料的可读性与实用性，有利于新员工快速准确的掌握工作内容，同时还便于风场检修人员学习规范的检修操作流程，对提高检修工艺有着非常大的指导作用。检修工作手册和指导视频可采取动态反馈的方式，不断借鉴、吸收现场检修实践的经验成果，不断更新优化手册、视频内容，为提高检修工艺水平、优化检修工作内容，促进检修工作的标准化建设做出新的尝试。

　　风电产业在经历了大规模的风电场建设阶段后，随之转入漫长的运行、维护阶段。这个阶段中有许多从未知晓的事物，只能“摸着石头过河”。因此要以更大的勇气、更长远的眼光加强顶层设计，促进风电产业的持续健康发展。在新的科技革命浪潮中，风电产业要想摆脱传统产业发展模式，让这一朝阳产业走在时代的前列，必须加大科技方面的投入，吸收一切先进的科学技术、整合社会资源，让风电这一清洁能源为人类社会的进步作出更多的贡献!