狀態檢修在風力發電機組檢修中的應用及影響因素

國家能源投資集團（濟南）新能源有限責任公司廣饒分公司 張進學

1 引言

當前，我國電力資源的使用量逐漸增加，而電力企業的發電量較少，能源消耗量成為制約電力經濟發展的因素。為改變電力資源的發電現狀，我國開始使用風力、水力等自然因素進行發電，其中最為受歡迎的是風力發電[1]。風力發電可以將風能轉化為電能，風能作為大自然最為充足的資源，對于電力企業的發電具有重要意義。為適應電力企業的發電狀態，風力發電機組應運而生。在國民經濟水平逐漸提高的大環境下，電力資源是日常生活中不可或缺的資源[2]。電力企業需要風力發電機組在高強度的工作氛圍中，提高發電量。

狀態檢修是根據先進狀態監測與診斷技術，對相關機械當前狀態信息做出分析的過程。可以判斷出設備的異常狀態，并提前預知設備可能出現的故障，進而根據故障信息作出設備安全檢修與周期性檢修，減少設備故障為產業造成的經濟損失[3]。由于狀態檢修安全、可靠、低成本的特性，本文利用狀態檢修技術，設計風力發電機組檢修方法，并對檢修的影響因素做出分析。

2 分析風力發電機組檢修影響因素

對于風力發電機組檢修而言，影響因素存在兩方面，一方面是管理因素；另一方面是檢測手段的因素[4]。一些經驗豐富的管理者沒有“活到老，學到老”的精神，僅采用抱殘守缺的方式，對風力發電機組進行檢修，對于檢修細節不加把控，造成風力發電機組常修常返的情況，不僅影響風力發電機組的發電效果，還會損害設備內部的元件，得不償失。對于管理工作人員而言，管理水平不能滿足實際需求，同樣影響風力發電機組的發電效果[5]。除此之外，管理者不能從根本上意識到狀態檢修對于風力發電機組的重要作用，在檢修過程中不加強數據信息的記錄與管理，加大了后續尋找過程的難度，使狀態檢修不能發揮出原有的作用。

對于檢修手段而言，直接檢修與間接檢修是應用較為廣泛的手段，影響檢修效果的因素有風力發電機組的相關參數、對內部元器件的檢修狀態、數據可靠性記錄、狀態分析，以及跟蹤反饋結果等方面。無論是直接檢修方式還是間接檢修方式，檢修數據均不能得到安全地存儲，使狀態檢修無法有效進行。

3 采集風力發電機組檢修實時信息

本文將檢修信息采集歸納為檢修計劃信息、檢修實施信息以及檢修查詢信息等三部分，其中檢修計劃信息與檢修實施信息是檢修過程的準備工作與實施工作，通過多班配合制，記錄各個檢修過程的細節。為了改變風力發電機組狀態檢修狀態，本文從源頭采集處對檢修數據進行精準分析[6]。在風力發電機組進行狀態檢修的過程中，將相關信息進行初始化，通過對風機機艙檢修、艙外檢修、電氣回路檢修、液壓系統檢修、齒輪箱檢修、變流器檢修、軸系檢修、現場復位檢修、控制系統檢修、升降機檢修等檢修信息作出實時同步，并將上述檢修數據作出充分的記錄，將每一個檢修細節加以備注，上傳到臨時存儲平臺中進行存儲，為后續數據庫的設計提供先決條件[7]。在將相關數據進行實時采集后，在容易出現故障的區域進行標記，同時將標記的關鍵點存儲在臨時存儲平臺中，為狀態檢修過程提供安全保障。

4 基于狀態檢修設計風力發電機組檢修數據庫

在使用狀態檢修技術檢修風力發電機組的過程中，主要包括三個方面，其一，現場元件檢修；其二，通道信道檢修；其三，專家分析平臺。三者相輔相成，共同提高狀態檢修效果。也就是說，在進行狀態檢修的過程中，需要先對待檢修的風力發電機組元件進行檢修，并將元件的相關數據作出記錄，上傳至專家分析平臺中；然后，對待檢測的風力發電機組載波、光纖等內部元件進行檢修，同樣將相關數據作出記錄，上傳至專家分析平臺中；最后，在專家分析平臺中綜合分析檢修完成的風力發電機組的運行狀態，并預測出可能出現的故障，完成一次檢修內容。為了更加清晰地得出風力發電機組的各類數據，設計出檢修數據庫供后續查詢，具體數據庫內容如下表1所示。

表1 檢修數據庫

如表1所示，分別對檢修名稱、檢修類型、元件檢修數據、信道檢修數據、系統檢修數據、復位檢修數據、控制功能檢修數據、備注等方面進行數據庫設計。其中，每一個方面點擊進去均有一個近期檢修數據表，在進行狀態維修之前，需要對風力發電機組進行一次檢修與多次檢修的分析，如果是一次檢修的設備，需要開設一個新的數據界面，將檢修得到的數據保存在界面中并標記；如果是多次檢修的設備，需要找到之前檢修數據，作為最終數據的對比結果。數據庫的設計不僅可以縮短相關數據的查找時間，還可以把控風力發電機組的檢修細節，是檢修方法的關鍵步驟。

5 實現風力發電機組的高精度檢修

為了實現風力發電機組的高精度減小效果，首先對風力發電機組狀態檢修的影響因素進行分析，得出管理與檢修手段的影響因素；其次，采集檢修實時信息，從源頭提高檢修精度；最后，將得到的檢修實時信息記錄到數據庫中，充分把控檢修過程的細節，進一步提高風力發電機組的檢修精度。

6 實驗

為了驗證設計的方法是否具有實用效果，搭建出一個仿真實驗平臺，模擬出風力發電機組在理想狀態下的運行與檢修效果，對上述方法進行實驗驗證。實驗結果以傳統風力發電機組檢修方法與本文設計的風力發電機組檢修方法對比的形式呈現。具體實驗過程及實驗結果如下所示。

6.1 實驗準備

在進行實驗之前，本文在仿真平臺中，模擬安裝風力發電機組，將塔架、機箱、葉輪進行吊裝，并組裝出風機葉片與輪轂，在仿真平臺中組裝風力發電機組不需要考慮自然環境影響因素，更加便于分析此次設計的檢修方法的實際效果。在平臺中安裝好風力發電機組后，模擬出現場安裝的流程，找出更加安全的安裝節點，對于改進現場安裝流程與零件布局具有重要作用。為了更加清晰地反映風力發電機組檢修方法的實際意義，本文使用三維仿真的方式，在仿真平臺中以1∶1的比例，還原出風力發電機組的實際安裝環境。本次實驗通過還原三維安裝場景，將風力發電機組的各個零件組裝起來，可以更加清晰地了解零件的空間姿態與位置變化，整體布局與檢修模式更加清楚。

在風力發電機組安裝完成之后，本次實驗開始設定各個檢修內容的約束條件。其中，塔架的約束條件為塔筒長度l；吊裝約束條件為吊車平移量d；機箱的約束條件為旋轉角度θ；葉輪、葉片，以及輪轂的約束條件為轉速k。在上述條件下，利用公式計算出檢修精度指標，公式如下：

公式（1）中，Maccuracy為檢修精度指標；l 為塔筒長度；d 為吊車平移量；θ 為機箱的旋轉角度；k 為風力發電機組運行時的轉速；Mnode為檢修節點；Cstandard為標準系數。將檢修精度指標計算出來后，即可開始實驗。

6.2 實驗結果

在上述實驗條件下，選取風機機艙檢修、艙外檢修、電氣回路檢修、液壓系統檢修、齒輪箱檢修、變流器檢修、軸系檢修、現場復位檢修、控制系統檢修、升降機檢修等檢修內容作為實驗條件，每一個檢修內容均有一個標準檢修精度指標。以此為基礎，利用公式（1）計算出傳統風力發電機組檢修方法的檢修精度指標，與本文設計的風力發電機組檢修方法的檢修精度指標，并將二者進行對比，實驗結果如下表2所示。

表2 實驗結果

如表2所示，在相同實驗條件下，風機機艙檢修、艙外檢修、電氣回路檢修、液壓系統檢修、齒輪箱檢修、變流器檢修、軸系檢修、現場復位檢修、控制系統檢修、升降機檢修等檢修內容對比圖，如圖1所示。

由圖1可知，使用傳統風力發電機組檢修方法，得出的檢修精度指標不能始終穩定高于標準檢修精度指標，風機機艙檢修、電氣回路檢修、液壓系統檢修、齒輪箱檢修，以及現場復位檢修等檢修內容的檢修指標低于標準檢修精度指標，很容易出現檢修事故，影響風力發電機組的最終檢修結果。而是用本文設計的風力發電機組檢修方法，得到的檢修精度指標可以始終穩定在高于標準檢修精度指標范圍，其中，現場復位檢修可以與標準檢修精度指標保持一致，其余檢修內容也遠遠超過標準檢修精準指標，檢修效果更佳，符合本文研究目的。

圖1 實驗對比圖

7 結語

近年來，我國經濟水平逐漸提高，人們的生活質量也隨之上升，電力資源的消費量為國民經濟水平的上升提供了保障。為了滿足人們對電力資源的需求，風力發電機組應運而生。由于電力行業的特性，風力發電機組運行環境相對復雜，高溫高壓因素、有毒有害因素隨處可見，再加上高負荷的工作，風力發電機組經常會出現損耗與故障現象。因此，本文設計了基于狀態檢修的風力發電機組檢修方法，并分析出檢修影響因素，通過仿真實驗的方式，對檢修方法的實際效果做出驗證。旨在減少風力發電機組的故障隱患，為電力行業的發展提供建議。