風電場設備從計劃檢修到狀態檢修轉變的思考

喬中亞

（國華（東臺）風電有限公司，江蘇東臺224200）

我國發展并網風電始于1990年，到2008年底全國風電累計裝機容量達1221萬kW，超過丹麥，成為世界第四風電大國。根據有關專家預測，我國風電2010年可達到2500 萬kW，國家制定的2020年風電裝機3000 萬kW的目標有可能在2011年實現。如此大規模的風電場建成投運后，必然帶來成千上萬臺的風機設備和變配電設備的檢修問題。由于風電場不同于常規電網和電廠，因此其設備檢修也具備一定的獨特性，探索思考適合風電場的設備檢修方式十分必要。

1 設備的計劃檢修與狀態檢修

長期以來我國電力企業實行的檢修體制是以預防性計劃檢修為主的檢修體制，它包括了設備的大修、小修及定期維護。這種計劃經濟下形成的檢修體制，曾對消除缺陷，滿足電力企業的安全運行起到過有效的促進作用。但其也有明顯弊端，主要表現在檢修頻繁、過維修、欠維修及盲目維修等，浪費了大量的人力、物力、財力。隨著企業提高經濟效益的需要和科學技術的進步，許多電力企業開始在檢修體制優化方面進行了變革，在部分系統開始實施狀態檢修。

狀態檢修是以設備狀態為基礎，根據對潛伏性故障的離線測量和在線監測結果。結合巡檢數據、歷史數據和人工智能技術等，對設備進行狀態評估，并以此來指導安排設備檢修周期和項目的維修問題。狀態檢修通過對設備結構特點、運行情況、試驗結果等情況綜合分析，確定設備是否需要檢修，檢修中需要進行哪些項目，具有很強的針對性，可以取得較好的檢修效果。對于狀態好的設備可以延長檢修周期，從而節省大量的人力、物力和財力。狀態檢修能有效地避免周期性定期檢修帶來的過維修和欠維修，克服了定期檢修的盲目性，充分保證設備的安全性和可利用率，符合電力生產安全為基礎、效益為中心的原則和國家的政策要求。

2 風電場設備檢修的基本思路

因目前作為電氣設備狀態評估所需的檢測技術，特別是在線監測的技術和裝置等方面，還遠未達到實用化水平。在這種情況下，完全實行狀態檢修在具體實施中還有相當大的風險和困難。因此，風電場的設備檢修考慮采用計劃檢修與狀態檢修相結合，逐步過渡到狀態檢修的方式。

風電場的設備主要由站內電氣設備和站外風機及架空線路（或電纜）組成。站內涉網設備影響到電網的安全，因此對設備健康狀況的要求更高。對電氣設備尤其是涉網的主設備（如主變、斷路器、電壓互感器、電流互感器）完全實行狀態檢修，在具體實施中還有相當大的風險和困難。因此，對風電場升壓站內的電氣設備進行定期檢修、做預防性試驗工作仍然要作為目前電氣設備主要的檢修方式。但是，在實際檢修工作中可以針對電網中電氣設備的故障情況，通過對故障原因的分析，制定相應技術措施，采取主動檢修的形式，對電氣一次設備進行檢修和做預防性試驗，以此來發現缺陷，消除隱患。從這方面看，這種定期檢修是在原來計劃檢修上的一種改進，是狀態檢修的一種初級形式。現階段風電場變電站內設備的檢修可實行定期檢修為主，定期檢修與狀態檢修相結合，逐步向狀態檢修過渡的檢修模式。

站外的風力發電機主要由電氣部分和機械部分組成，因其地處野外多風沙的地方，設備工作環境十分惡劣。風電的另一特點就是分布區域廣，1個10萬kW的風電場分布的范圍有20～30 km2之廣。設備管理人員很難做到像火電設備那樣頻繁的巡回檢查。因此，對風電設備采取定期維護與狀態檢修相結合的檢修方式是可行的。通過半年期或一年期維護保持風機潤滑系統正常、檢查螺栓是否松動等情況，從而使風機正常運轉。通過在線監測和離線監測相結合的手段，對設備狀態進行監測，結合日常數據采集與監控（SCADA）系統的數據和平時積累的數據就可以掌握每臺風機的運行狀況，從而有針對性對風機檢修時間和周期進行決策，在故障發生前提前進行檢修處理，進而降低維護成本和電量損失，避免重大設備損壞事故的發生。

3 從計劃檢修過渡到狀態檢修要做的幾項工作

3.1 數據收集和分析工作

風機的控制系統有較為齊備的運行信息，如功率、電流、風速、電機溫度、齒輪箱油溫、軸承溫度等實時量，利用現有的控制系統在不增加設備的情況下，就可以收集分析風電場的各類技術信息，例如：風電機組的當前狀況、實際可利用率、實際功率特性、故障紀錄、故障報警，進而對風機進行狀態監測，掌握風機的健康狀況，為確定何時進行檢修提供決策依據。

3.2 風機狀態檢測工作

3.2.1 在線檢測

狀態檢修要求在設備出現故障之前，及時提出檢修請求，避免故障停機和不必要的負荷擾動，最大程度地提高機組的運行可靠性、經濟性。顯然，狀態檢修需要對機組設備的性能參數，運行情況進行連續跟蹤和分析。其中一個重要的途徑就是利用實時監測系統的有關信息和工具。對變電站內的設備，如避雷器在線監測、變壓器油中H2在線監測、絕緣在線監測系統、氣體絕緣組合電器設備（GIS）在線監測等系統在電力系統中應用已較為廣泛。

經過幾年的發展，風機的在線監測系統國際國內市場上已有較為成熟的產品，德國各大風電場都將狀態監測系統看作風電廠維修的重要組成部分，而Vestas、REpower、Suzlon等全球領先的各大風電設備供應商也將狀態監測系統看作自身設備的保障，往往在出廠前就在其風電設備上安裝了相應的狀態監測系統。目前該系統主要有瑞典的SKF、德國西門子等。該系統可以檢測到齒輪箱齒輪嚙合問題、軸彎曲、機械松動、塔筒振動、葉片振動、電氣故障、共振問題、精確診斷頻發的軸承問題等。

考慮到安裝費，可以選擇在每種類型的風機上安裝2～3套，有條件可多裝一些，其他沒有安裝的風機可以在精密點檢時通過離線巡檢儀器檢測。實現振動監測、故障診斷，直接給出專家分析結果，給設備維護提供直接可靠的信息。

下面以SKF的在線監測系統WindCon3.0和離線監測系統Microlog為例，說明其功能與特點。

通過將SKF WindCon3.0在線監測系統和Microlog便攜式數據采集分析系統集成到風力發電機的運行和維修管理工作中，風力發電機的操作者可以實現對風力發電機的主動性維護。換言之，通過監控，可預測何時對風力發電機實施必要的維護，這使得可以更準確和更有效地安排維護工作；另外，當需要維修和維護時，風場需聘請維修人員，租借大型吊車，采購更換的備件，通過使用SKF WindCon3.0在線監測系統和Microlog便攜式數據采集分析系統對風機的狀態進行在線和離線監測，風場可以將多次的維修合并到一起，通過追蹤風力發電機的失效模式，可以延長風機的維修間隔。通過追蹤風機的狀態，風場可以預測風機繼續運行的時間，從而延長風機的服務和維修間隔。

在線監測系統WindCon3.0和離線監測系統Microlog可以監測以下任何故障：

（1）風機葉片不平衡；

（2）不對中；

（3）軸彎曲；

（4）機械松動；

（5）基礎簿弱；

（6）軸承狀態；

（7）齒輪缺陷和破損；

（8）發電機定子和轉子故障；

（9）共振問題；

（10）潤滑不良。

SKF在某一風電場安裝的在線檢測系統示意如圖1所示。

圖1 在線檢測系統

智能數據采集單元IMx-W安裝在每臺風力發電機的機房內，在風力發電機（主軸承、齒輪箱和發電機）預先選定的位置上安裝振動加速度傳感器、轉速計等傳感器，傳感器將其采集的信號通過鎧裝屏蔽電纜接入到IMx-W，IMx-W將處理完的數據通過有線（TCP/IP協議）或無線（CDMA）網絡將數據傳送到各風場的辦公室或控制室。

每個風場均設置有服務器，在服務器中安裝有SKF@ptitude Observer軟件，用于接收風力發電機上IMx-W傳送過來的數據，同時將數據存儲于SQL Server數據庫中。

3.2.2 離線檢測

現有的主要離線儀器主要有測振儀、離線巡檢儀、鉗型電流表、油樣分析、紅外熱成像儀和非接觸式紅外測溫槍等。離線檢測一是要充分利用在線系統中配備的離線檢測儀進行數據采集，將采集的數據輸入分析系統進行分析，及時發現劣化趨勢；二是利用紅外檢測技術，遠紅外熱成像儀是在設備帶電狀態下進行檢測的有效手段，可發現高壓設備接頭發熱、變壓器箱體渦流損耗、輸電線路、高壓電機引線發熱、端子排端子發熱、電路板發熱等。引入遠紅外熱成像技術應用到風力發電機組的故障預診斷系統中來，作為對在線監測的補充，對發生的故障過程進行記錄、分析不可預知的故障，有利于狀態監測的發展。

3.2.3 建立計算機設備管理信息平臺以逐步構建檢修決策系統

要科學地組織設備檢修，必須對設備的運行及狀態信息進行分析處理進而做出檢修決策。由于設備管理信息量十分龐大，單靠紙張作業既不經濟效率也低，應充分利用成熟的計算機技術進行管理，開發分析決策系統，建立計算機設備管理平臺。設備管理信息平臺建立后，生產系統可以利用這一平臺查閱有關生產信息，建立健全劣化傾向管理，在定期或不定期對設備進行精密點檢基礎上，對設備劣化的數據記錄統計分析，找出劣化規律，掌握其達到極限值的時間，從而在信息平臺上構建起檢修決策系統，實行狀態檢修。

3.3 加強檢修質量管理與推進作業標準化建設

設備的可靠運行離不開良好的檢修質量，要實行狀態檢修，在檢修管理上應加強檢修質量管理，推行1SO-9000質量標準和安全、健康、環保標準，建立一套適合風電場實際的全面質量管理辦法和管理體系，使檢修質量管理逐步走向標準化和規范化。同時，各風電場要編制出設備維修作業標準、設備維修技術標準、設備給油脂標準、設備精密點檢標準，確保工作質量。

4 結束語

風電場的設備檢修應采用計劃檢修與狀態檢修相結合，逐步過渡到狀態檢修的方式。狀態檢修在風電領域是一項帶有創新意義的開拓性工作，沒有現成的經驗。為保證風電場的安全生產和減少檢修成本，從而在新的形勢下最大程度地提高風電場的盈利能力，風電場應根據自身特點，打破計劃經濟時檢修體制帶來的束縛，綜合考慮設備狀態信息及設備對系統的安全性、可靠性、經濟性等方面的影響，積極開展適合風電特點的狀態檢修工作，為我國風電事業的發展做出貢獻。

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