·风电机组故障诊断:风电机组经常出现各种故障,如何准确和及时判断设备故障原因,是保证机组正常发电的关键。风电机组各部件来自不同的生产厂家,往往运行检修人员没有部件的详细资料,机组一旦出现故障就会束手无策,除逐步提高现场人员技术水平和经验外,以下系统有助于设备故障分析和诊断。
技术分析专家系统:借助于各种技术手段迅速找到故障部位(如通过听、闻、看、摸等方法或采用仪器检测如温度、压力、状态等参数),采用排除法和对比法,准确判断设备的运行状况,并采取相应的检修措施。
风电设备故障判断:故障主要类型有机械类、电气类、通讯类和计算机类。通过对故障原因的分析,找到故障点后,需要对故障原因做出基本判断,如故障原因是否间隙过大、润滑缺少、密封破坏、油脂失效、冷却或加热系统故障、经常过功率和雷电损坏等。
(3)故障缺陷诊断处理技术管理
设备故障的出现可能是偶然的,其原因可能是部件本身有问题,也可能是这个部件在加工、运输、安装、调试过程中的质量问题。如果故障不是普遍问题,只是批次生产性的问题,可通过改进后整批更换。因此,故障处理有些需要厂商进行处理,有些在风电场可以修复,有些则需要专业厂的专业人员进行解决。
大部件(特殊)修理:风电机组中叶片、齿轮箱、发电机等大部件的损坏,会造成设备长时间停机,经济损失较大。这些损坏的部件需要送到专业厂家进行修理,部件经过修理后,应进行出厂前检测,部件回装时应进行调整和重新试车。
发电机故障:发电机主要出现的故障是短路、轴承损坏等,下列问题是导致发电机损坏的主要原因:转子断条、放电造成轴承表面微点蚀、局部过热和绝缘破坏等。
齿轮箱故障:齿轮箱是风电机组中最常出故障的部件,主要故障有轴承损坏、齿面微点蚀、断齿等,损坏的原因除设计和制造质量外,齿轮油失效和润滑不当也是齿轮箱最常见故障的原因。
齿轮箱故障的早期诊断:齿轮箱早期故障可能仅仅发生在齿轮或轴承表面。齿轮表面材料的疲劳损伤会引起运转噪音和工作温度的变化。因此,经常巡视检查齿轮箱噪音和温度的变化,有助于早期发现齿轮箱故障。有条件的风电设备应采取对振动状态的检测,并通过频谱分析来判断设备是否已产生疲劳破坏。
金属表面疲劳破坏:如果设备疲劳破坏已经发生,在多数情况下,由于设备表面材料的脱落,致使润滑油中会出现金属颗粒,如果总不注意油品中的杂质,甚至有可能造成杂质阻塞油标尺,使风机检查人员在已缺油的情况下误以为不缺油。因此,应通过不断检查润滑油中金属微粒的变化,也可以有助于早期发现齿轮箱损坏,这时风电场人员应尽快安排设备检修,并尽可能在机舱内不拆卸齿轮箱的情况下,处理损伤表面或更换已损坏的部件。
(4)备品备件管理
风电场做好设备运行维护工作的目标是能够将绝大多数故障进行自行修复,这就有必要建立设备维护的备品备件库。通过备件仓储和物资管理,检修人员可迅速获得备件支持,及时进行更换,恢复设备运行。解决备件问题有以下几种方法:
修理:配备修理用的设备、检测仪器、常用的零件和图纸资料,对部件进行修理。
替代:采用厂家认证过的国内部件替代相同型号的原有部件,可迅速使设备故障进行排除。
物流:修复备件可通过备件库团购、网络虚拟库、门对门服务等方式进行解决。
设备的现场修理及在机舱内的更换:为避免大型吊车的巨额费用,设备应尽可能在机舱内修理。在有可能的情况下,现场修理可以采用机舱内维修吊车和移动检修作业平台。
(5)技术监督管理
风电技术监督应涉及风电场基建、运行维护的全过程,从工程设计、设备选型、制造、安装、调试、试生产到设备运行、检修、技术改造和风机退役鉴定等管理全过程中实施全面质量管理,其中包括机械和电气设备的性能检测,节能与环境保护、电能质量、保护与控制系统、自动化、信息及电力通讯系统等方面的技术监督。
技术监督就是对风电场设备健康水平、运行安全、风电质量、经济运行等方面的重要参数、性能和指标进行的监督、检查、调整及评价的过程。
风电场的技术监督包括:风电场输变电系统和风电机组的技术监督。风电机组的技术监督除上述内容外,还应包括机组振动监督和螺栓金属监督,安全监督应包括安全链和试验等内容。
6、技术人员的培训管理
针对目前风电场新员工较多的情况,应加强员工的技术、安全、管理制度方面的技能培训,并根据风电场野外、高空作业的特殊条件,进行适当的专项培训,如登高作业培训、逃生训练和急救培训,同时应对机械设备和电气设备的原理、结构、操作等方面的知识进行培训,使员工在正式进入风电场之前,就具备最基本的电气安全知识、电力法律法规、技术基础知识、动手操作能力等方面的知识和基本技能,以避免工作中发生人身和设备事故。
1)岗前培训
岗前培训包括基本原理学习、安全培训和登高训练等内容。
2)专业培训
专业培训包括机电理论和动手操作的培训,同时还应增加仿真培训和安全案例分析方面的培训。
3)考核
风电场应定期组织员工进行安全和技能的考核,如进行安全规程、技术理论和技术操作方面的考核,并根据考核结果竞争上岗。
7、风电运营成本管理
1)降低生产成本方法
风电场应加强风成本的预算管理。预算管理应详细包括设备大修、技改、零购、管理费用、定检计划等内容。严格执行计划管理,维持预算管理的刚性,加强备件和工具器管理及检修管理,努力做到修必修好的原则。
2)节能降耗管理
通过电能损耗分析可以得到不同时期、不同风速下电厂电能的损耗规律,以指导节能降耗措施的制定,提高风电场的功率因数,降低无关能源损耗,提高经济效益。
8、特殊环境对风电场生产运营管理的影响及应对措施
1)气候影响
(1)低温影响:我国风电场所处的地区均为三北地区和东南沿海地区。北方风电场多处于高寒地区,有相当一部分风电场冬季最低温度低于-30℃,应采取抗低温措施,确保减少设备停机时间,提高发电量。
设备抗低温措施包括:采用抗低温油品,在最低气温低于-30℃的地区,应考虑流动性高的抗低温型油品,避免由于油品流动性差导致部分旋转部件缺少润滑油的现象发生。
提高设备材料抗低温脆性问题:气温低于-30℃地区运行时,主要要考虑主轴、塔筒钢材抗低温脆性问题。
采用低温型叶片:气温在低于-30℃的地区,叶片运行固有频率会发生变化,应采取低温型叶片。
采用耐低温元器件和部分控制元器件。常温元器件在低温环境中可能产生误动作现象,也有可能产生损坏,因此应采用耐低温电控元器件或采用电加热器进行防冻处理。
(2)冰雪影响
个别北方地区风电场机组在冬季运行时会发生叶片结冰现象,包括南方个别山顶的风电场,也有些冰冻发生在风速传感器上,可造成风电机组停机的现象,需要采取以下措施进行预防:
加热除冰:通过设置加热器,用管道将热风送到叶片根部并进入到叶片内部。
除冰剂除冰:通过采用高空作业设备,在不破坏叶片表面材料的情况下,用除冰剂喷射到冰面进行除冰。
风速仪采用带加热器的设备。
(3)台风影响:台风是我国东南沿海风电场要认真面对的自然气象灾害。根据每日的天气预报,实时掌握台风的路径,提前采取相应的措施,包括机组防台技术措施,采用抗台风设计机组,加强地基和塔筒强度设计,并确保工程施工质量等措施。
2)地理条件影响
风电机组一般周边环境比较复杂,如周围有山区、森林、悬崖、海滨滩涂等复杂地形和障碍物,会引起气流畸变,造成空气湍流、切变以及尾流现象,进而影响风电机组的输出性能,更严重的是湍流、切变以及尾流会造成设备损坏,甚至影响设备使用寿命。
复杂地形对风电机组运行的影响:对于地形复杂、邻近森林以及其它障碍物的风电场,设备运行中应对气流畸变可能对风电设备造成的影响给予充分的重视。这就需要加大对风电系统机械传动部件的检查,如齿轮表面、轴承、力矩限位器等部件,应重点检查齿轮表面是否有微点蚀和润滑油中金属微粒有无变化,同时加强对机组功率特性输出曲线的检查分析。以下原因影响功率曲线形状,最终影响设备发电量:阵风过大,风轮响应滞后,气流紊乱,造成风轮上气流来流方向改变,对风的响应不够敏感,可以在设备控制中进行适当调整。
3)气候影响因素的应对措施
(1)高原低空气密度对风电设备的材料、散热和元件影响
高原地区由于海拔较高和空气密度较低,风电场中风电设备运行会受到材料老化和表面疲劳的影响。夏季设备长时间和大负荷运行,使机舱散热在高原条件下与低海拔地区有所不同。因此,应加强对机舱内散热能力的控制,对电控元件(如开关)在高原空气稀薄地区所产生的影响认应采取必要的措施。
(2)高原空气密度对发电的影响
由于夏季和冬季空气密度有较大的差异,风能密度发生变化会使机组功率输出受到影响,应采取叶片安装角度定期调节以及控制策略的变化、失速点调整等措施,在确保设备不发生超发的前提下,尽可能做到发电性能的优化。
4)机组发电场用电问题
为避免机组在低温环境中运行出现问题,系统需增加加热元件,其中包括风速仪、机舱、齿轮箱和齿轮油、冷却器和油管、控制器(必要时包括轮毂)等部位加热。因此,机组用电功率加大,将增加风电场的用电量,同时在机组设计中,在考虑机舱操作空间的基础上,应尽可能考虑结构紧凑和密封性能良好的机舱,以避免过大的风电场用电。
5)风电机组性能下降问题的应对措施
风电机组经过一定时期运行后,部分机组由于各种问题导致性能下降,如不采取措施将导致发电量的下降和部件的损坏,影响机组使用寿命。通过对机组运行数据的分析包括功率曲线分析,可以发现机组可能存在的问题,并在风电场检修时进行解决。
(1)机组存在问题:包括失速效果不理想、偏航对风策略不佳、风向计磨损功松动、过功率、低温停机和尾流影响等。
(2)应对问题的措施:经常检查风速计和风向计等传感器,发现损坏应及时进行更换或修理;叶片污染应及时进行清洗;叶片安装角度应定期进行调整。