風力發電機組可靠性的分配研究

張媛媛

（上海電氣風電集團股份有限公司，上海 200235）

0 引言

在風電行業中，設備所具有的質量及可靠性是推動其發展的根基，同時設備也與風電企業的生存有著密切關系，更與工作人員的人身安全有著較大的影響。目前，風力發電機組所具備的可靠性已經成為該行業所普遍關注的問題。

風力發電機組進行可靠性分配主要是在集成商經過討論驗證之后明確的可靠性指標，由上而下的分配到各個分系統中。通過對這些相關的指標進行有效地分配，使設計者可以與供應商對自身研制產品的可靠性要求可以充分掌握，從而制定出有效的技術方案；可以顯露出機組中可靠性較為不足的部分，以提高設計的有效性；為各個組成部分中部件的材料選擇和可靠性設計提供有效的選擇依據；同時也為由外采購的產品所具有的可靠性定量要求提供可靠的依據[1]。

因此，在對風電行業開展可靠性設計的過程中，必須要對風力發電機組實施可靠性分配，這是可靠性工程的技術決策點。

1 風力發電機組可靠性分配的原則

風力發電機組應當根據相應的原則來開展可靠性分配工作，迅速且保有余量地開展分配工作，以保證產品可以及時、高質量的完成設計工作。為了使可靠性分配工作得到順利實施，還需要遵照下列幾點原則。

（1）較為核心的部分，應當對其分配可靠性較高的指標，以確保機組具備較強的可靠性，因此一旦該部分出現故障，將會對人員、機組及環境造成極大的威脅，甚至會對社會產生嚴重的不良影響及危害，例如機組中一旦出現故障將會導致整個機組崩潰的部件[2]。

（2）較為復雜的部分，應當對其分配可靠性較低的指標，以確保機組實現可靠性的整體設計，這是由于越復雜的產品，將會具有越多的組成部件，若要實現較高的可靠性指標，就必須耗費更多的時間與成本。

（3）技術不足的部分，應當對其分配可靠性較低的指標，以確保機組實現可靠性的整體設計，因為如果要提出較高的可靠性指標，將會使研制時間極大提升，使研制費用極大增加，例如運用新技術元件[3]。

（4）可維修性較差的部分，應當利用一些較高的分配指標，以減少維修的頻率，因為這個環節需要耗費較長的維修時間。

（5）處于環境較為惡劣的部分，應當利用一些較低的分配指標，以提升整個機組的可靠性水平，因為處于條件較差的環境下，產品產生故障的概率提升，使該部分的可靠性水平降低。

（6）在分配的過程中應當保有一定的余量，一般為15%～20%，以降低重復分配的頻率。此外，還需要對其他可忽略的因素加以考慮。

對于機組中存在的復雜部件，相關人員應當根據實際狀況來加以考慮。例如，一部分關鍵的大型部件，這種狀況下就需要依據故障所導致的危害程度來進行分配工作，同時又要關注技術的完成水平與經費的約束。

2 風力發電機組可靠性分配工作的流程

該工作需要盡快執行，再與相應的預期值相結合來對其進行細化。其詳細的流程如圖1所示。

圖1 風力發電機組開展可靠性分配的流程圖

2.1 明確可靠性指標及約束因素

選擇相同產品、國內外相似產品的可靠性水平及相關合同要求中的可靠性指標進行參照，再基于自身所具有的技術水平、投資狀況、開發的時間要求等參數，最終明確科學的可靠性指標，同時實現該指標所提出的制約條件等信息[4]。

2.2 構建可靠性模型

針對機組進行的可靠性分配工作中，確定明確的范圍及層次。根據已確定的可靠性分配范圍及層次，對各個構成單元及整個機組之間存在的關系進行分析，創建起有效的模型。

2.3 選擇有效方案

基于風力發電機組結構與功能的復雜性，及現階段所運用機組部件的可靠性數據，再與各種可靠性分配方法的優勢、適用性、存在的缺陷、數字模型所需要的各個數據等相互結合，選擇科學有效的方案來開展分配工作[5]。

2.4 開展可靠性分配

根據已選擇的分配方法所提出的各個要求來收集數據，再基于以往的模型、各個方法所對應的步驟來對機組中的各個可靠性指標進行分配，使其處于要求中的單元。

2.5 分析分配結果的合理性

對分配的結果進行有效的分析，明確其是否具備合理性，是否需要進行二次分配。基于相應的原則來分析結果所具有的合理性。若不具備較高的合理性，如果某些部件的指標不穩定，則需要基于實際狀況來對分配結果進行有效的調整；如果某些部件取得了較高的可靠性指標時，就需要對這些指標進行重新設置和分配。若所開展的分配工作取得了較好的結果，就需要對結果是否與要求相符進行驗證。在對結果是否與要求相符進行驗證時：可以根據各個單元獲取的分配指標，利用相應的模型來推斷出系統所具備的可靠性指標，如果通過推導得出的可靠性值高于機組可靠性分配的指標，這就說明以完成分配任務；反之就表示需要進行重新分配。或者通過預測的結果來開展驗證工作，當結果大于分配的結果，就表示分配完成；反之就表示需要重新分配[6]。

2.6 輸出可靠性分配報告

當可靠性分配結束之后，應當將相應的報告進行輸出，其關鍵內容為：產品的闡述、分配的層級、原則及方法、限制條件等等。

2.7 分配可靠性指標

將結束分配的可靠性指標先后傳送到各個研發人員手中，設計人員可以與供應商相互合作來開展產品的設計、試驗等一系列工作，以保證部件的可靠性實現相應的要求。最后將相關的報告上交，確定自身所進行的可靠性工作，驗證產品自身所具有的可靠性水平。此外，在完成部件的設計之后，需要利用可靠性試驗或者實際工作的評估來驗證其是否滿足要求。這種可靠性試驗實際投入使用1個月，穩定運行之后對現場的數據進行收集來開展評估驗證[7]。

3 風力發電機組可靠性分配方法

3.1 可靠性分配的常用方法

可靠性分配有著較多的方法，現階段在可靠性工程中所應用的方法主要有5類，分別為等分配法、比例組合法、評分分配法、重要度分配法及可靠性再分配法。

3.2 可靠性分配方法選擇

風力發電機組作為一個大系統，其擁有較長的壽命和較高的復雜性，由多個部件所構成，每一個部件都具有自身特定的功能，同時再將其與其他的部件相互連接。在工作的過程中，既不允許使用時間大于25年的重大核心零件產生故障，又不允許可維修部件頻繁產生故障，對機組的可使用率造成影響。由于風力發電機組具有一定的特殊性，在對可靠性指標加以明確與分配的過程中，不僅要對核心部件進行考慮，而且要對其他不可維修部件加以考慮。可維修與不可維修兩個系統所具有的可靠性存在較大的差別，因此需要分別對這兩種系統實施可靠性分配。

3.2.1 不可維修部分

對于機組中不可維修部分的部件，如主軸、軸承座、葉片等，首先應當對這些部件所具有的可靠性及其缺乏信息量的狀況加以考慮，再對可靠性分配方法所具有的可推廣性與適用性加以考慮，建議這些核心部件采用可靠性分配的方法，將其以指標Rs為基礎來創建有效的模型，同時進行有效的分配工作。

（1）專家評分分配法

當機組中的不可維修部件缺少相應的可靠性預期值或者相似產品以往數據的可靠性水平評估值時，而一些專業人對整機的散布狀況十分掌握的時候，可以運用評分法。

安排經驗豐富的專家或者設計人員，對于對各個不可修部件的可靠性造成影響的因素，遵照評分原則來進行有效的評分工作，并對結果開展詳細的分析，以此來獲取相應的可靠性分配因子，從而對不可維修部件進行合理分配。

（2）比例分配法

在設計與開發新系統的時候，可以基于原有機組的可靠性數據或者新機組的可靠性預測數據來對各個不可維修部件中的相關因子進行有效計算，同時再使用這些因子將新系統中具有各個可靠性指標進行分配，使其維持在下個單元中。

3.2.2 可維修部分

對于機組中存在的各個可維修部分，首先需要對其所具備的可靠性及其實際狀況來進行考慮，再與可靠性分配方法所具有的特點相結合，如科學性、工程適用性等，建議可維修系統基于自身實際狀況來采取下列幾種方法，將可靠性指標分別分配到各個可維修部件中[8]。

（1）評分分配法

對于可靠性水平而言，在機組的可維修部件不存在其預期值或者相似產品的歷史數據存在預期值時，或者一些專業人員對各個部件的眾多因素加以掌握時，可以采取評分法。

（2）比例組合法

針對可靠性水平，若機組中的可維修部件具有相應的預期值或者相似產品具有一定的評估值時，可以采用這種辦法。

根據其他型號的風力發電機組所存在的可維修部件的可靠性數據或者一種全新系統自身所具備的可靠性預期值為依據，使用可維修部件中的各個因子來分配新系統中所具有的可靠性指標，使其處于下個單元中。

（3）等分配法

對于具備相同功能結構的單元，可以選用這種方法。

在使用評分分配法來開展工作的時候，在對某些單元進行評分的過程中，專家們需要關注以下內容：針對某些因素來進行評分工作時，其分值的大小是經過本級各個部件之間的對比所得，因此可以事先選擇出最小或最大的部件來進行評分，其他各個部件可以以此為基礎來進行加減。

4 結束語

本文主要是以儀器儀表的可靠性分配為依據，對可靠性分配方法應用于工程中的可操性與可推廣性進行考慮，進而提出了針對性較強的可靠性分配技術來應用于風力發電行業。由上述可知，在實施可靠性分配的過程中需要注意：在為風力發電機組設定可靠性分配指標時，應當采取成熟期的目標值；應當盡快的實施可靠性分配，使設計人員可以盡早明確目標，以防止浪費不必要的時間；在設計的過程中，應當不斷實施可靠性分配指標，以保證設計過程中的各個參數都保持最佳狀態。