創(chuàng)新引領(lǐng)風(fēng)電行業(yè)設(shè)備管理新理念

內(nèi)蒙古華電蒙東能源有限公司 李清東

一、前言

內(nèi)蒙古華電蒙東能源有限公司，屬于華電集團(tuán)在蒙東區(qū)域的一個能源開發(fā)公司，主要開發(fā)以風(fēng)電為主的電力開發(fā)公司，位于內(nèi)蒙古通遼市，管轄3個風(fēng)電場，總裝機(jī)45萬千瓦，2010年1月份投產(chǎn)發(fā)電。從2008年開發(fā)風(fēng)電建設(shè)以來，面對風(fēng)電行業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，風(fēng)電作為一種新興能源，呈現(xiàn)出風(fēng)場位置分散、設(shè)備數(shù)量多、距離城市遠(yuǎn)、自然條件惡劣等特點(diǎn)，風(fēng)電場的位置特性給風(fēng)電場的管理帶來很多挑戰(zhàn)。

華電蒙東公司通過管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，打開了風(fēng)電的管理思維，破解了風(fēng)電管理難的難題，《風(fēng)電場遠(yuǎn)程集中控制》、《風(fēng)電機(jī)組非能動自然冷卻降溫技術(shù)》、《風(fēng)電場無功補(bǔ)償SVG室變頻通風(fēng)系統(tǒng)》，這些成果都徹底的顛覆了風(fēng)電行業(yè)的設(shè)備管理思維，在2016年度獲得全國電力設(shè)備管理創(chuàng)新一等獎、華電集團(tuán)科技二等獎等榮譽(yù)、全國發(fā)明創(chuàng)業(yè)人物獎等。

二、實(shí)施背景

華電蒙東公司，負(fù)責(zé)華電在蒙東區(qū)域的能源開發(fā)，所轄三個風(fēng)電場，三個風(fēng)電場距離市中心均在120公里以上，并且三個風(fēng)場之間距離也在100公里以上，多個風(fēng)電場的分散性布局給風(fēng)電場的管理帶來很多困難。

其中一個風(fēng)電場北清河風(fēng)電場屬于第五批國家特許權(quán)項(xiàng)目，安裝196臺華銳SL1500/82雙饋機(jī)組，2臺國內(nèi)陸地首臺SL3000/82雙饋機(jī)組，面對風(fēng)電的迅猛發(fā)展，同時(shí)帶了一些共性設(shè)備故障。

在2011年6月份開始，北清河風(fēng)場以及行業(yè)內(nèi)所有雙饋機(jī)組暴露出在夏季高溫季節(jié)出現(xiàn)高溫限功率和停機(jī)問題，面對風(fēng)電行業(yè)的集中管理和風(fēng)電行業(yè)中的共性設(shè)備治理難題，華電蒙東公司利用自身的人才和技術(shù)優(yōu)勢，通過對風(fēng)電場的管理創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新，在蒙東地區(qū)首先提出風(fēng)電場的集中管控模式，對所轄三個風(fēng)電場提出遠(yuǎn)程集中管控，實(shí)現(xiàn)了集中運(yùn)行、集中調(diào)度、集中管理。實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場少人值守，多人檢修的管理模式，集控中心實(shí)現(xiàn)了精益管理、集中調(diào)度、大數(shù)據(jù)在線分析的管理布局。

針對設(shè)備普遍存在的在夏季高溫停機(jī)問題，成立雙饋機(jī)組高溫解決攻關(guān)小組，經(jīng)過近4年的研究和實(shí)踐，總結(jié)出了一套適合所有雙饋機(jī)組的非能動自然冷卻降溫技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)徹底顛覆了整個風(fēng)電行業(yè)的設(shè)備管理。

三、內(nèi)涵和主要做法

（一）風(fēng)電管理創(chuàng)新

華電蒙東公司經(jīng)過幾年來的風(fēng)電管理創(chuàng)新，總結(jié)提煉出一套適合風(fēng)電特色的管理模式，這套模式不但大大提高了風(fēng)電的管理效率，而且大大節(jié)約了生產(chǎn)人員的數(shù)量，同時(shí)也解決了風(fēng)電行業(yè)中存在的一些共性管理痛點(diǎn)。

自2012年開始，華電蒙東公司就開始推行運(yùn)檢分開的生產(chǎn)組織模式，即集控中心負(fù)責(zé)運(yùn)行調(diào)度、電場負(fù)責(zé)檢修維護(hù)。經(jīng)不斷探索完善現(xiàn)形成的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)為：生產(chǎn)技術(shù)部、安全監(jiān)察部為職能管理部門，分別負(fù)責(zé)生產(chǎn)技術(shù)、安全監(jiān)察管理；集控中心班組掛靠生產(chǎn)技術(shù)部，負(fù)責(zé)運(yùn)行監(jiān)控、集中調(diào)度、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等；試驗(yàn)班掛靠生產(chǎn)技術(shù)部，負(fù)責(zé)技術(shù)監(jiān)督試驗(yàn)項(xiàng)目的管理，與檢修班組共同做好試驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)施；各風(fēng)電場作為一個獨(dú)立的管理部門，根據(jù)裝機(jī)規(guī)模情況下設(shè)2～3個檢修班組，負(fù)責(zé)巡視、檢修、維護(hù)、技術(shù)監(jiān)督、技改項(xiàng)目的實(shí)施。

風(fēng)電的管理特點(diǎn)多為人員少、設(shè)備多、管理難度大，原來風(fēng)電管理模式由于受檢修人員較少、技術(shù)力量欠缺、設(shè)備儀器短缺等因素影響，風(fēng)場設(shè)備管理全部依托設(shè)備廠家的技術(shù)力量，通過風(fēng)場成立自主檢修管理后，業(yè)主作為設(shè)備的管理單位行使了自我管理、自我負(fù)責(zé)、自我檢修的職責(zé)，保證了設(shè)備的有客服到自主檢修的順利交接。

2012年5 月，在通遼市區(qū)建設(shè)了華電蒙東能源風(fēng)電遠(yuǎn)程集控中心，實(shí)現(xiàn)了集控運(yùn)行、集中調(diào)度、集中管理；2015年按照集團(tuán)公司“兩個平臺”建設(shè)要求，進(jìn)行了風(fēng)云集控平臺改造。集控中心的設(shè)立和使用，將設(shè)備的管理創(chuàng)新顯現(xiàn)的更加突出，集控中心的三大職能，首先是實(shí)現(xiàn)三個風(fēng)電場的運(yùn)行和調(diào)度的集中控制，集控中心取代了三個風(fēng)電場的運(yùn)行值班室，將變電站設(shè)備和風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行全部接管，其次實(shí)現(xiàn)了三個風(fēng)電場297臺風(fēng)電機(jī)組的大數(shù)據(jù)管理，通過大數(shù)據(jù)云平臺，不但看到297臺設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，而且能夠通過大數(shù)據(jù)分析出風(fēng)電場的共性問題和即將發(fā)生的個別和共性的設(shè)備問題，不但便于管理人員實(shí)時(shí)對風(fēng)電機(jī)組的管理，而且為風(fēng)電場的計(jì)劃管理提供了重要的參考，讓管理者將技改費(fèi)用和檢修費(fèi)用直接用于設(shè)備治理的短板上，保證了風(fēng)電場的設(shè)備可利用率一直處于較高水平，生產(chǎn)費(fèi)用降到最低。

（二）風(fēng)電技術(shù)創(chuàng)新

1.顛覆風(fēng)電行業(yè)降溫的非能動自然冷卻技術(shù)

目前風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，風(fēng)電機(jī)組在夏季高溫天氣下普遍存在因溫度高引起的高溫限功率問題，給風(fēng)電運(yùn)營商造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因機(jī)艙溫度高引發(fā)的設(shè)備故障率高、火災(zāi)等事故也常有發(fā)生。

華電蒙東能源公司緊緊的抓住設(shè)備技術(shù)創(chuàng)新這只手，充分利用開旗風(fēng)勞模工作的人才技術(shù)優(yōu)勢，通過技術(shù)攻關(guān)，利用一種非能動降溫技術(shù)，徹底的顛覆了整個風(fēng)電行業(yè)的降溫方式，不用消耗電能，節(jié)能環(huán)保、免維護(hù)無噪音的解決了風(fēng)電機(jī)組的機(jī)艙降溫問題，本項(xiàng)技術(shù)取得國家多項(xiàng)專利，在機(jī)艙上不需要外加任何動力裝置，科學(xué)利用風(fēng)電機(jī)組的迎風(fēng)特性和發(fā)熱特性，巧妙利用加裝聚風(fēng)罩設(shè)備，讓風(fēng)在機(jī)艙內(nèi)外形成強(qiáng)大空氣對流，從而達(dá)到降低機(jī)艙溫度和齒輪箱油溫的效果。本技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能環(huán)保、成本低廉、冷卻效果顯著等特點(diǎn)，專利產(chǎn)品極易實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

風(fēng)電機(jī)組在風(fēng)場中長期運(yùn)行，通過機(jī)組部件的冷卻設(shè)備無法長期有效的解決機(jī)組機(jī)艙內(nèi)溫度升高的情況。本技術(shù)的目的是設(shè)計(jì)一種新型的風(fēng)電機(jī)組降溫方式，克服了現(xiàn)有的技術(shù)局限性，易于在風(fēng)電場中實(shí)現(xiàn)推廣，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低廉。

《風(fēng)電機(jī)組非能動降溫技術(shù)》在不改變機(jī)艙原有結(jié)構(gòu)的前提下，在機(jī)艙逃生口處加裝聚風(fēng)罩，與風(fēng)電機(jī)組機(jī)艙殼上端面開口形成對流風(fēng)道。聚風(fēng)罩的開口方向朝向輪轂迎風(fēng)面。冷卻裝置還包括具有濾網(wǎng)的安全蓋板，安全蓋板安裝在所述逃生口處。安全蓋板具有柵格。聚風(fēng)罩通過螺栓與機(jī)艙殼固定連接。機(jī)艙殼上端面開口處安裝導(dǎo)流罩，其開口背對輪轂迎風(fēng)面。聚風(fēng)罩底部設(shè)有拉繩，拉繩一端通過螺栓固定在聚風(fēng)罩下端面，另一端與機(jī)艙內(nèi)部主機(jī)架相連。設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 機(jī)艙散熱設(shè)計(jì)原理圖

傳統(tǒng)機(jī)艙散熱方法是在機(jī)艙后端加裝軸流風(fēng)機(jī)，利用軸流風(fēng)機(jī)對機(jī)艙內(nèi)外氣進(jìn)行交換。但機(jī)艙內(nèi)部環(huán)境的封閉性使機(jī)艙內(nèi)外空氣流通不暢，冷卻效果不明顯且消耗能量，增加軸流風(fēng)機(jī)之后對風(fēng)機(jī)后期維護(hù)造成不便。

區(qū)別于傳統(tǒng)的機(jī)艙散熱技術(shù)，本技術(shù)在逃生口部位加裝聚風(fēng)罩，利用空氣對流原理，風(fēng)經(jīng)聚風(fēng)罩進(jìn)入機(jī)艙尾部，降溫路徑如圖1所示。外界冷空氣流經(jīng)發(fā)電機(jī)、變頻柜和齒輪箱后，帶走設(shè)備上的熱量，空氣溫度逐漸升高。由于熱空氣密度較小，聚集在機(jī)艙頂部并從機(jī)艙殼上端面開口排出，此過程使機(jī)艙內(nèi)外空氣形成對流。

聚風(fēng)罩開口面向輪轂迎風(fēng)面，模型如圖2所示。本設(shè)計(jì)利用風(fēng)機(jī)的迎風(fēng)特性和風(fēng)能的運(yùn)動性，實(shí)現(xiàn)降低機(jī)艙溫度的目標(biāo)，無需消耗能源，不用外加電源。并在逃生口處增設(shè)帶有格柵和濾網(wǎng)功能的安全蓋板防止外界空氣攜帶的灰塵顆粒進(jìn)入機(jī)艙，避免設(shè)備造成損壞。

圖2 聚風(fēng)罩模型

機(jī)艙殼上端面開口處的導(dǎo)流罩，開口背對輪轂迎風(fēng)面，既防雨雪，又能更好地形成風(fēng)道，保護(hù)風(fēng)電機(jī)組不受損壞。聚風(fēng)罩底部與機(jī)艙內(nèi)主機(jī)架通過拉繩相連，在遭受較大順時(shí)風(fēng)速時(shí)，仍能保證聚風(fēng)罩結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理圖如圖3所示。聚風(fēng)罩1安裝在機(jī)艙逃生口5外，與機(jī)艙上端面開口導(dǎo)流罩2形成對流風(fēng)道。聚風(fēng)罩1的開口面向風(fēng)機(jī)輪轂6迎風(fēng)面，導(dǎo)流罩2開口背向風(fēng)機(jī)輪轂6迎風(fēng)面。聚風(fēng)罩1通過螺栓固定在機(jī)艙殼10上。聚風(fēng)罩1下端面方人拉繩8，一端固定在聚風(fēng)罩1下端面，另一端固定在機(jī)艙內(nèi)的主機(jī)架9上。為保證逃生繩安全聚風(fēng)罩1開口的邊緣為光滑圓角[5]。

圖3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

其中：1—聚風(fēng)罩；2—導(dǎo)流罩；3—主齒輪箱；4—發(fā)電機(jī)；5—逃生口；6—輪轂；7—開口；8—拉繩；9—主機(jī)架；10—機(jī)艙殼。

本設(shè)計(jì)以華銳SL1500機(jī)組為研究對象，機(jī)艙容積52立方米，設(shè)計(jì)的聚風(fēng)罩迎風(fēng)口截面積1.52平方米，2.2千瓦軸流風(fēng)機(jī)參數(shù)為10000立方米/小時(shí)，在不同風(fēng)速下與目前廠家技改方案對比，其機(jī)艙通風(fēng)量、節(jié)約電能對比表4所示。

表4 SL1500機(jī)組實(shí)驗(yàn)參數(shù)對比

由上表可知，本技術(shù)能實(shí)現(xiàn)大幅度增加機(jī)艙的換氣次數(shù)，從而降低機(jī)艙溫度。通過表4可知，風(fēng)機(jī)發(fā)生高溫限功率風(fēng)速一般在9～12 米/秒時(shí)，所以此方案設(shè)計(jì)合理利用風(fēng)能特性，有效解決大風(fēng)高溫時(shí)機(jī)艙通風(fēng)降溫問題。本技術(shù)與目前廠家方案相比，在機(jī)艙通風(fēng)效果、節(jié)約能源、實(shí)施成本等方面，都占有獨(dú)到的創(chuàng)新優(yōu)勢。

風(fēng)電機(jī)組非能動降溫技術(shù)在華電通遼北清河風(fēng)電場198臺華銳SL1500機(jī)組上上大面積推廣應(yīng)用，在華電代力吉風(fēng)電場33臺華創(chuàng)CCWE1500機(jī)組上大面積應(yīng)用，同時(shí)還在華能朱日河風(fēng)場、烏力吉風(fēng)電場南車1500機(jī)組、東汽東汽FD1500機(jī)組、國電聯(lián)合動力機(jī)組上大面積推廣使用。

專利技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)的大面積推廣應(yīng)用，不但為企業(yè)創(chuàng)造了巨大的電量收入，而且明顯的降低了設(shè)備的故障率，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，截止 2016 年底我國風(fēng)電裝機(jī)已達(dá)1.69億千瓦，如果此項(xiàng)技術(shù)在風(fēng)電行業(yè)中推廣率達(dá)到60%，每年可以為風(fēng)力發(fā)電行業(yè)創(chuàng)效至少 20 億元左右，此技術(shù)將對中國新能源風(fēng)電的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用。

2.風(fēng)電行業(yè)首創(chuàng)風(fēng)電無功補(bǔ)償SVG室變頻通風(fēng)系統(tǒng)

目前，風(fēng)電企業(yè)都根據(jù)電網(wǎng)要求進(jìn)行了無功補(bǔ)償改造，靜態(tài)無功補(bǔ)償(SVG)系統(tǒng)采用的是全風(fēng)冷冷卻方式。傳統(tǒng)SVG室通風(fēng)方式無法滿足風(fēng)電的降溫特性，導(dǎo)致SVG室的降溫效率低下，經(jīng)常發(fā)生SVG 模塊故障和SVG跳閘事件，同時(shí)傳統(tǒng)SVG的通風(fēng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致場用電量升高。

本設(shè)計(jì)采用立式百葉和波形濾網(wǎng)混合除塵設(shè)計(jì)，具有高除塵率和重復(fù)使用特性，同時(shí)SVG通風(fēng)方式設(shè)計(jì)成自動調(diào)頻通風(fēng)控制方式，符合風(fēng)電SVG室發(fā)熱特性，這樣不但解決了SVG室的除塵通風(fēng)問題，而且大大降低了場用電量。

本技術(shù)解決了風(fēng)電行業(yè)SVG室的降溫問題，具有節(jié)能降耗、除塵效率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛被行業(yè)接受。以5萬千瓦風(fēng)電場為例，經(jīng)過測算，系統(tǒng)改造后可節(jié)約能耗60%左右，年可節(jié)約電量損耗41萬千瓦時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)收益為22萬元。

四、實(shí)施效果

華電蒙東能源通過設(shè)備管理的技術(shù)創(chuàng)新，不但大大提高了風(fēng)電的設(shè)備管理水平，而且大大的提高了風(fēng)電的盈利能力，風(fēng)電機(jī)組非能動降溫技術(shù)實(shí)施以來，獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)自從2016年實(shí)施轉(zhuǎn)化推廣以來，2017年華電蒙東公司發(fā)電量屢次創(chuàng)下歷史單日發(fā)電量新高、單月發(fā)電量新高，2017年上半年45萬千瓦的裝機(jī)，創(chuàng)造了1.06億元利潤，位居蒙東區(qū)域和系統(tǒng)內(nèi)風(fēng)電經(jīng)營創(chuàng)效新高。

目前華電蒙東公司擁有國家專利5項(xiàng)以上，技術(shù)成果12項(xiàng)，《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新和應(yīng)用》成果在2016年獲得全國電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新一等獎，《風(fēng)電機(jī)組非能動自然冷卻技術(shù)》發(fā)明人在2016年度，獲得全國發(fā)明創(chuàng)業(yè)人物一等獎，《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)艙非能動自然冷卻技術(shù)》獲得華電集團(tuán)科技進(jìn)步獎二等獎，《降低SVG系統(tǒng)損耗及通風(fēng)除塵裝置》獲得2017年度華電集團(tuán)創(chuàng)新創(chuàng)效金獎。通過設(shè)備的技術(shù)創(chuàng)新不但解決了華電蒙東公司面臨的技術(shù)難題，而且在風(fēng)電行業(yè)中獨(dú)創(chuàng)了多項(xiàng)首創(chuàng)專利技術(shù)，大大推動了中國風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，引領(lǐng)了中國風(fēng)電設(shè)備管理的新思想、新理念。