淺析風力發電機組設備的監造

陳文林

(云南魯布革顧問有限公司，云南昆明 650051)

1 概述

設備監造是對風電設備質量控制較為有效的監理手段之一。設備監造單位作為獨立的第三方，受建設方的委托對風力發電機組的設計、制造、裝配等環節進行全方位監督，最終確保風電場設備制造質量和設備壽命周期的可利用率。

2 風力發電機組設備全壽命周期和可利用率

風電機組設備監造的最終目的是在設備壽命周期費用較低和風電機組可利用率較高兩個方面均衡考慮，尋求最佳值。

壽命周期全過程費用分布情況見圖1。

圖1 設備全壽命費用分布示意圖

圖1表明設備一俟出廠，就基本決定了該設備整個壽命周期的總費用;費用主要在運轉階段，其中使用維護費占用最大。因此，應在風電機組設備制造和組裝階段監督控制設備的力學性能(如加工精度﹑效率等)和工藝性能，以確保設備整機性能達到可靠性的設計制造要求。

可靠性作為風電機組的基本質量標志，是產品質量的重要組成部分。風電機組可靠性量化指標是以機組運行可利用率進行度量，并屬于廣義可靠性，包括風電機組可靠性和可維修性，因此，風電機組可利用率是固有可靠性和使用管理可靠性的綜合度量指標。

風電機組可利用率A 的計算方法如下:

式中 Tcum為累積停機時間(h);Tp為計劃維修時間(h);Tpm為機組由于在Vhub＜Vin及Vhub＞Vout風況下處于停機的時間(h);Ts為使用維護人員操作失誤造成的停機時間(h);Tt為365×24(h);ALDT為非維修時間(h)。

式中 T1為電網故障;T2為不可抗力造成停機，如戰爭﹑地震﹑洪水等;T3為氣候限制導致的停機，如浮冰氣溫超過規定的運行極限溫度等。

式中 Ac為整機可利用率;Ai為第i 個零部件或系統可利用率。

對于系統，包括電控系統、安全系統和液壓系統等元器件的選擇應考慮平均故障間隔時間(MTBF)和平均維修間隔時間(MTBM)，以滿足整機可靠性要求。

對于重要承力零部件，總體還應規定其使用壽命，使用壽命是可靠性要求不可缺少的指標。

據中國風能協會信息，我國風電機組設備的平均利用率在20%左右，而國際平均水平在25%～30%之間，因此，我國較國際水平偏低約7.5%。而當前國內絕大多數機組設備制造公司僅為“制造商”或“組裝廠”，沒有核心技術，買圖紙造風機已不是新聞。但制造風機不是簡單的拼裝游戲，由于多數國產機組運行時間不長，隨著設備磨損、腐蝕、蠕變等“故障冰山”逐漸放大的顯現，設備質量故障高發期應該在設備投運以后。因此，必須運用設備綜合工程學方法，將設備的先天設計創造、制造裝配質量放在首位，關注設備綜合效率，建設方應從設備源的監造開始實施科學控制，可有效避免機組設備運行到中后期所造成的各種故障損失。

3 風電機組監造的依據、目的和監造人員素質

(1)風電機組的監造須根據設備監造合同約定、建設方和設備廠商簽訂的采購(或供貨)合同的要求以及設備制造的一般規律，遵循國家有關法律、規章、行業技術標準等開展工作。風電機組涉及機械、電力、電氣、液壓、散熱器等多種專業，各相關技術標準都是監造依據。

應嚴格執行設計圖紙、技術協議、合同及有關標準和規范的要求，具體地說:原材料、外購件、外協件的監造依據為采購合同、供方合格評審記錄、相關標準及規范、技術協議、質量保證協議、入庫檢驗記錄等。

設備供應商自制件的監造依據為產品圖紙及技術資料、相關國家和行業標準、工藝規程、工藝卡、作業指導書、包裝運輸協議等。

(2)風電機組監造的目的是通過對該設備工程制造過程的監督和管理，力求各項結果達到委托方的質量、投資、進度等預定目標要求。保證風電機組的整體質量能在全壽命周期內以一個相對穩定可靠的利用率正常運行，確保投資方的利益。

(3)風電機組監造的單位和個人須具備相應的企業資質和個人資格條件。監造人員還應有良好的職業道德、豐富的設備專業知識和復合型知識結構、與該監造工作相適應的從業經驗等。

4 設備監造前的準備工作

(1)熟悉合同及其附件提出的技術、質量要求和相關標準、規范，了解設備制造廠商的具體情況，重點了解影響設備制造質量的人、機、料、法、環五個方面的因素，如技術力量、加工能力、質量體系運行情況、檢測設備、儀器、計量器具、工裝情況等。

(2)根據風電機組的特點和有關合同要求，對監造過程進行策劃，確定質量目標和要求、過程及方法手段、所需資源、所需記錄及服務結果(產品)的接受準則。

(3)編制委托人認可的設備監造質量計劃，表明監造的目標、提供的過程、內容、方法和人員設施等能夠滿足委托人的要求。

(4)在設備監造質量計劃的基礎上，根據組成風電機組各設備的特點，按專業特點編制相應的監造細則。主要說明所監造風電機組各設備的專業特點、依據、監督檢查點設置及檢查內容和檢查方法、監造記錄的表格方式等，可在制造過程中調整。

(5)就設備監造質量計劃和監造細則向制造廠商交底并充分溝通、交流，以利于監造工作的開展。

5 設備監造工作的主要內容

5.1 與設備質量有關的監造工作

5.1.1 設計過程

主要內容包括:審查風電機組設計分包人的資質，對設計過程進行監督;監督設計過程中的設計評審和驗證;審查設計所依據的各種資料、數據、規范等技術文件的有效性和完整性;監督對設計輸入和輸出的評審;檢查各設備專業的接口問題，檢查綜合技術方案的合理性;當設計過程中出現不合格或委托人要求更改設計方案時，應要求設計單位采取有效措施進行糾正或更改設計，并對其處置結果進行跟蹤和驗證;檢查設計圖紙、技術資料的完整性。對設計過程的監督，可以避免將一些問題帶到制造過程中進而影響產品質量。

5.1.2 制造過程

主要內容有:審查風電機組設備制造分包人的資質和能力、質量保證體系運行是否有效;審查主要標準和規范、重要工藝方案與重要工藝評定;審查生產計劃與采購計劃;審查人員資格，尤其是特種專業人員的資格;適時檢查加工能力和工裝能力及狀態、檢測設備和裝置的有效性和適用性;審查主要原材料、外購件和外協件的質量證明文件及入庫檢驗報告;對重要過程、主要工序、關鍵件的加工和設備裝配進行見證，并作好具有追溯性的詳細記錄;抽查檢驗人員的資格;檢查檢測儀器的校準狀態、檢驗工器具的有效性;見證設備的出廠檢驗和試驗。

5.1.3 設備儲運過程

主要內容有:審查設備的包裝與運輸方案，包括設備的防腐、防銹情況，吊裝、運輸方式等;審查運輸計劃;檢查隨機技術資料、附件是否齊全等。

5.1.4 設備安裝過程

風電機組安裝于戶外，很多在高寒山區，裝有主要設備的機艙位于幾十米高的空中，需要高空作業，因此要特別注意安全方面的因素。設備安裝過程的監造內容主要有:審查設備安裝單位的資質及安裝所依據的技術標準、工藝標準和驗收規范;審查人員資質，尤其是起吊工、焊工及電工等特殊工種的資質;審查安裝單位制定的設備安裝技術方案和安裝措施，特別是審查重點部位、關鍵工序安裝措施的技術可行性、安全可靠性;監督設備現場開箱和驗收工作;對安裝過程進行監督，并對重要部位、重要工序、重要時刻和隱蔽工程進行見證和確認;協調各方的工作，及時督促解決影響安裝質量的問題。

5.1.5 設備調試驗收過程

由于風電機組的動力來自于自然風力，故應選擇風力相對穩定并按設計規定的時間進行設備的調試驗收。主要工作內容有:審查調試單位提交的設備調試技術方案和措施的可行性、安全可靠性;審查調試工作的安全措施和安全防范應急措施;監督檢查各潤滑點加足潤滑脂或潤滑油;監督試驗液壓系統動作可靠、靈活;電氣系統工作正常;監督檢驗風力發電機組的工作精度，單位時間發電量符合設計要求，葉片、齒輪箱、發電機組運轉精度和動平衡符合要求，齒輪箱、發電機溫升在設計要求的范圍內;隨時檢查調試過程中的不安全因素，發現問題及時督促相關方解決;參與項目的驗收并檢查驗收資料。

5.2 進度控制

風電機組項目按計劃工期完成是投資人為盡早獲得投資效益的要求，因此，對項目進度的控制也是監造人員的一項重要工作。主要內容有:審核項目進度計劃，內容為工期的符合性，進度計劃的完整性、可行性和匹配性;監督項目進度計劃的執行，對經審核批準的進度計劃進行跟蹤和檢查，實施動態檢查并隨時檢查項目實際進展與計劃進度的偏差，如發現偏差過大，應及時督促調整進度計劃或報告委托人協調糾偏。

5.3 與安全有關的工作

主要是安裝調試現場的安全監督工作。內容包括:監督安裝單位建立健全安全保障體系，適時審查有關人員的資格;發現不安全因素和安全隱患時，應及時要求安裝單位采取有效措施予以整改，或者及時報告委托人協調處理;針對風電設備的特點確定重點安全監控點等。

5.4 溝通工作

溝通協調也是監造人員的一項重要工作，包括:信息交流和信息管理;與委托人和被監造單位之間、與其它監理機構的溝通協調;建立對外協調、項目參與方之間的協調、監造機構內部協調的工作程序。

5.5 重點監督檢查點

風電機組的質量主要由設計和制造確定。由于制造商的水平參差不齊，在制造過程中會有疏忽，或者僅從自身利益考慮而放過了一些問題、繼而留下隱患。第三方設備監造的任務就是要在制造過程中發現問題并督促解決，最大限度地將隱患消除。為此，需要抓住重點進行監督。

5.5.1 葉片

風電機組的工作是通過風力由葉片將動力輸入開始的，如果葉片斷裂，整個機組就會癱瘓;如果葉片上有裂紋，就會留下極大的隱患，而且葉片懸臂很長，工作于露天，在冰凍環境下尤其惡劣，故監造葉片制造時應注意:嚴格審查原材料的質量證明書和材質報告，必要時要求進行材質化驗;監督嚴格按葉片工藝流程制作，消除應力;監督檢驗葉片的平整度;監督葉片的防腐防銹層和油漆層達到設計要求;發現葉片有裂紋等重大缺陷時應立即下令重新制作或報告委托人協調處理。

5.5.2 齒輪箱

齒輪箱為增速傳動，大扭矩傳小扭矩，其監造要點有:審查設計計算書，重點審查低速傳動軸及齒輪的強度是否與葉片能產生的最大扭矩相匹配;監督檢查齒輪的齒面硬度及成對齒輪的嚙合面與設計相符;審查關鍵外購件軸承的相關資料;監督檢查齒輪箱體、齒輪與主軸毛坯無缺陷，材料符合要求。

5.5.3 發電機

發電機為主機，應由專業廠家制造，制造廠應具有CE 認證。監造要點:審查制造廠的資質;審查原材料特別是電氣方面的原材料的質量證明;審查關鍵外購件軸承等的相關資料;監督檢驗組裝后主軸的精度及動平衡滿足設計要求;監督試驗發電機發電量是否滿足要求。

5.5.4 裝配質量

葉片軸、齒輪箱和發電機組裝后應重點監督:檢查各軸體的同心度符合要求;不裝葉片外接動力進行空運轉試車，監督檢查在設計規定的時間內轉動靈活、無異常、發電機殼體和齒輪箱體溫升及各軸承溫升滿足設計要求;監督檢查各軸承是否加足潤滑脂。

5.5.5 塔筒及機艙

塔筒為圓臺形結構，是風電裝置的基礎，承擔著風電裝置的所有重量且處于露天狀態，有的高達幾十米，機艙安裝在塔筒頂部，有一部分懸空，其內裝有主要風電設備，外裝葉片，因此，這兩個部件都要求有足夠的強度和剛度。監督重點為:審查制造廠家的焊接資質和焊工的資格;審查原材料的質量證明文件;監督焊縫的熱處理消除應力過程;必要時提出對焊縫進行探傷檢驗以保證質量;監督檢查法蘭的平整度;監督檢查防腐、防銹及油漆層的厚度。

5.5.6 液壓系統

液壓系統主要用于制動。其關鍵液壓元件采用進口。重點審查液壓系統元件的質量證明;監督試驗液壓系統的靈活性、可靠性。

5.5.7 冷卻器

重點審查質量證明文件及試壓報告，保證無泄漏。

6 結語

由于風力發電沒有燃料、沒有輻射和空氣污染等各類環境與資源限制問題，故其在世界范圍已經很普及并形成一股熱潮。就目前來說，我國風力發電設備和電氣控制系統的可靠性和利用率與先進國家相比還存在一定的差距，關鍵件還依賴進口。為了提高產品質量，國外已經普遍采用獨立的第三方對設備進行監制，國內對設備的監督制造也在逐漸推行，正在普及和進一步規范。對風力發電設備進行監造，不僅僅是為了滿足委托人的需要，履行程序化的工作;更為重要的是讓風電設備生產商發現問題、解決問題并持續改進，最終得到好的產品質量，對提高風電設備的可靠性和利用率，縮短與國外先進水平的差距具有顯著的作用。

［1］中國設備監理協會，編寫.設備工程監理導論［M］.北京:中國人事出版社，2012.

［2］中國設備監理協會，編寫.設備工程監理技術與方法［M］.北京:中國人事出版社，2011.

［3］宮靖遠，主編.風電場工程技術手冊［M］.北京:機械工業出版社，2005.