海上風力發電機組運行維護策略

馬金秋

（三峽新能源陽江發電有限公司，廣東陽江 529500）

0 引言

國內裝機的海上風機制造商均為國產品牌，新增大容量多為參考陸上機型擴容后的近年新研發投產機型，甚至部分機型僅有試驗樣機，大批量安裝投產后風電機組能否適應惡劣海況，保持在95%以上可利用率的行標要求[1]，其設計可靠性及運維質量將迎來重大考驗。

海上風電運維作業受海況、天氣、交通方式等因素影響明顯，因海況等因素影響將無法在短時間內抵達海上對故障機組進行及時檢修，甚至因大部件無法吊裝造成風機長期停運，機組故障停機時間和發電量損失將大為增加。對比分析定期檢修、狀態檢修、故障檢修及技術改造4 種提升設備可利用率手段的優缺點和重要性，給出如何綜合利用4 種方法的運行維護策略。

1 海上風電機組的定期檢修

定期維修是各廠商根據風機設備的運轉時間、零部件固有檢驗周期等因素綜合考慮制定的帶有強烈計劃性、周期性的維修方式。目前，陸上風電機組的定期檢修周期一般選月、季、半年、全年為時間節點，海上風電機組受限作業時間和運維船舶限制，多數主機廠家可做到季、半年和全年的定期檢修周期。

風電機組定檢項目主要包括：整體外觀檢查、力矩檢驗、易磨損元件測量、傳感器距離調整、及電氣機械測試等工作項目[2]，由檢修項目及間隔時間的檢修方法可以看出定期維修較為趨向于風電機組的定期維護保養，潛在故障的發現主要通過外觀檢查和電氣機械測試等手段，對明顯的缺陷點和電氣機械測試固有的缺陷暴露項目均可以及時提前發現并處理，是目前海上風電行業發展不成熟階段采取的最簡單有效的維護方式之一。

圖1 2018 年風機月度可利用率變化曲線

從圖1 可以看出整個風電場風機可利用率變化趨勢在5 月達到最低谷后有了迅速回升，在8 月和9 月再次下降后，自10 月開始再次回升，這與該海上風電場5～7 月進行全年定檢和10～12月進半年定檢的定期維護后風機維護消缺完畢可靠性提升吻合。在現實應用中，系統性定期維護是保證可靠性的基礎手段，其可以直觀發現監測系統無法在線監測到的故障點，強制性、固定的檢修項目可保障機組最基本的可靠性；但其也有弊端，主要表現在隱蔽缺陷維修不到位、非故障項目重復維修和維修時間固定且間斷等問題，會造成維修深度不夠、維修力量浪費和維修不及時。

2 海上風電機組的狀態檢修

狀態檢修是指根據在線監測儀器持續監測數據和成熟的故障模型分析判斷設備的異常狀態，預先發現缺陷，根據缺陷發展速度和檢修環境條件提前安排消缺的方式。根據材料顯示統計，海上因各類原因延遲維護的時間可占其總停運時間比例的89.4%[3]，可見，海上風電能否縮短故障停機時間，最重要的即在監測設備能否更全面提前更長時間發現缺陷。

不可能無限制的增加海上風電機組的各類監測設備，這會增加建設投資成本，監測設備的增加本身也變成風電機組的零部件組成部分，零部件越多越復雜，反而會導致設備故障率的提升。分析《全國風電設備運行質量狀況調查報告（2012 年）》[4]中各風機廠家零部件的詳細故障情況統計見表1，具有大部件故障臺次少但排除耗時過長特點，海上風電機組是由陸上機型演變而來，同樣具有該特性。圖2 是國內某海上風電場2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時間統計，同樣具有故障次數低停機時間長特點，因此風機大部件在線監測能否發揮作用是風機狀態檢修的重中之重。

表1 各風機廠家零部件的詳細故障情況統計

圖2 2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時間

目前，已出現監測手段有齒輪箱油品在線檢測，齒輪箱溫度監測、傳動系統（包含主軸、齒輪箱）振動在線監測，發電機繞組和氣隙溫度監測，發電機電氣參數監測，針對葉片異常聲音和排水孔的監測設備等；分別從各個方面對機組的關鍵部位進行監測分析。根據表1 測算，大部件故障率的降低將可每年提升單臺風機可利用率約0.63 個百分點。

3 海上風電機組的故障檢修

故障檢修亦稱事后檢修，是當機組出現故障之后再展開檢修工作，其具有節約前期監測成本，避免過度維修等優點，缺點是維修手段落后，易因一個部件損壞造成其他部件損壞。該檢修策略與定期檢修是目前陸上風電行業應用最為普遍的檢修方法，海上風電檢修因受海況天氣影響大，且隨著海上風電產業逐步向深海發展，離岸距離越來越遠，再加上船舶航速交陸上車輛速度慢的多，抵達風機時間將更長，勢必增加故障修復的停機等待時間，進而降低機組可利用率。受限于設計經驗不足、產品質量限制及惡劣海況條件的長期侵蝕等因素影響，故障檢修方法將無法避免的成為一段時期內重要的海上風電機組檢修模式。

4 海上風電機組的技術改造

技術改造是設備管理方根據機組的頻發故障或先天性缺陷的發生原因進行分析，采用新設備新技術局部結構和零件設計加以改造對機組進行技術升級改造的友好檢修模式。

通常當新機組投運一段時期后，各個部件之間的協調配合性不足、設計或元器件上存在的未發現解決的原有缺陷、長期受環境影響部分元件性能迅速下降等問題將逐漸暴露，此時不應簡單更換零部件，而是應根據收集的大量故障參數數據，將故障共性問題發掘出來并進行總結提煉，分析缺陷產生的原因過程，運用新的成熟的技術處理方法進行技術改造，從故障發生源上解決故障發生率高的問題。

圖3 技術改造后故障對比

圖3 是某海上風電場針對風機各系統內元器件的技術改造后，風機各技術改造后子系統的故障率均有下降，對海上風電降低檢修維護頻次、減少風機停機待修時間、減輕出海作業風險等都具有重要意義，同時提高了設備可靠性。

5 結語

作為新興產業其建成后能否可靠運行，并持續良好健康的發展取決于海上風電場后期運行維護管理的水平。就定期檢修、狀態檢修、故障檢修及技術改造4 種檢修模式在海上風電機組管理中各自發揮的作用和重要性占比進行分析；定期檢修是風電機組長期可靠運行的基礎性保障，狀態檢修是預判問題病提前解決的維護方法最優解，故障檢修是問題出現后的最終補救措施，是堵漏的最后一道防火墻，技術改造提升部件和系統可靠性是解決問題降低維護頻率的根本。