系列風電機組事故分析及防范措施（六）
——風電場運維與安全隱患

文 | 邵勤豐，王明軍

系列風電機組事故分析及防范措施（六）
——風電場運維與安全隱患

文 | 邵勤豐，王明軍

業(yè)主在風電機組選型時，通?？疾斓氖亲顑?yōu)機組性能價格比，即以最低的價格購買到性能、質量最好的風電機組。首先以發(fā)電成本最小為指標，充分考慮發(fā)電機組的投資經濟性。其次，還有產品的質量認證，制造商業(yè)績，風能資源因素，如：額定風速、極限風速、切出風速以及特殊環(huán)境要求等。但對機組的使用和維修方便與否，是否便于遠程管理，遠期維修維護成本及機組安全性高低等卻考慮較少，或沒有考慮。然而，這些因素也是體現(xiàn)機組綜合性能和判斷機組優(yōu)劣的重要方面。

下面就風電機組的一些特殊性能、管理方式以及行業(yè)問題等進行分析和闡述。

風電機組綜合性能及行業(yè)問題

一、相關人員缺乏對風電機組特性的深入認識和了解

我國“三北地區(qū)”風電場限電問題相當嚴重，風電機組及部件生產大都處于產能過剩狀態(tài)，行業(yè)內出現(xiàn)了低價競爭的惡性循環(huán)，還出現(xiàn)了重權勢不重技術，重關系輕質量等不正?，F(xiàn)象，導致機組及部件的生產和服務質量難以保證。

在我國風電發(fā)展初期，不少風電從業(yè)人員是初次涉入風電，缺乏對風電機組綜合性能的辨識能力，不能全面、深入地認識和了解風電產品。采購時，普遍對機組安全、機組使用、運維便捷性等方面考察較少。更有甚者，已安裝機組的主控系統(tǒng)本已具備數(shù)據(jù)上傳、完善的權限管理和遠程故障判斷等功能，可以遠程定位機組故障和排查安全隱患，使用方便。但是，由于對其所引進技術缺乏深入研究，主控的這些功能沒有得到設備廠家和業(yè)主的廣泛運用，反而被貌似配置更高、采用國外品牌硬件的主控改造掉，而這些主控的軟件普遍還不夠完善。風電企業(yè)對機組的管理仍然沿用以往的方式進行設備管理：每個風電場必須固定地配備規(guī)定數(shù)量的維修人員；只有到現(xiàn)場登機，才能對機組實施安全檢查和機組故障判斷等。

我國的風電技術大都是從國外引進，從無到有。部分風電企業(yè)因缺乏對所引進技術的深入研究，沒能掌握引進機組的整體設計思路及關鍵技術，導致了機組事故頻發(fā)；由于機組配套隨意造成了整機性能差；因缺乏適應風電場管理經驗以及風電思維方式，導致了研發(fā)和現(xiàn)場服務模式嚴重偏離正常的風電發(fā)展方向；有的廠家在技術引進時，因決策者缺乏對機組綜合性能的判斷能力，在引進技術時就存在某些不足或缺陷。

就我國風電市場情況而言，機組購買商往往是大的電力公司，這些企業(yè)里的很多風電決策者及員工從事火電或水電多年，如不及時學習，轉變觀念，時常會帶有很深的其他行業(yè)理念來理解和處理風電問題。例如，在機組選型時，對長葉片機組有著特殊的偏好；在考核機組性能時，過度強調功率曲線；在機組采購時，對機組更多的是考慮設備購買價格以及機組的年利用小時數(shù)；在機組投入運行之后，不顧設備安全提高機組利用小時數(shù)，如：調高額定功率參數(shù)、提高最大切出風速等。而對機組的年利用小時數(shù)與機組壽命、大部件損壞的關系，以及機組的維護和使用便捷性、遠期維護成本、安全性以及是否可通過遠程對機組進行故障診斷、檢查和管理，這些潛在關鍵點缺乏了解和考察。

在機組選型、部件質量、吊裝、維護、機組改造和風電場管理等環(huán)節(jié)上埋下的隱患，經過多年運行之后，如今都集中體現(xiàn)在機組的運行狀況、大部件損壞和重大事故的發(fā)生上。

二、劣質產品充斥市場

風電企業(yè)采購機組及部件時，在招標之前，通常所有部件的供應商均需經過設備廠家質管、技術、采購等部門的審核，方能成為合格供方，再通過競標取得銷售權。由于產能過剩，這些合理的工作流程有時變成了一道道關卡，低價中標又使質量優(yōu)異的風電產品難以進入市場。

由于產能過剩，在取得訂單時，有時設備廠商不得不滿足業(yè)主招標文件中一些不合理的要求和條件，在實際的合同簽訂中，有的合同規(guī)定則成為了單方面約束條款。在機組配套時，有的機組部件必須要按業(yè)主或電網公司所指定的配套廠家進行采購。而這種指定有時依靠的是權勢，而非產品的質量和技術。為了在激烈競爭中取勝，風電企業(yè)需要打通各種關系，從而達到通過各個關卡（產品的技術、質量、資格認證以及檢驗、卸貨等）銷售產品的目的。設備廠家及部件廠商不僅要在提高產品質量和風電場服務上下功夫，而且，還需通過各種手段去拉關系。這樣勢必會影響到整機性能、質量的提高和機組的運行效果。例如，某風電場業(yè)主在采購風電機組時，變頻器必須是業(yè)主指定品牌，而此產品是新近開發(fā)的雙饋變頻器，剛投入市場形成銷量，其產品結構和性能還相當不成熟，機組投運之后，出現(xiàn)了不少的問題，出問題后業(yè)主不負任何責任。有時因變頻器對發(fā)電機轉子的勵磁電壓不能進行良好控制，會發(fā)生轉子導電軌燒毀事故，出現(xiàn)問題后業(yè)主找設備廠家，設備廠家找導電軌廠家，換了又燒，燒了再換。因導電軌廠家除了證明導電軌沒問題外，沒法證明變頻器存在問題，當然，變頻器廠家更能證明變頻器也沒有問題，而同樣的問題必然還會在現(xiàn)場出現(xiàn)，導電軌繼續(xù)燒毀，更換導電軌的工作也繼續(xù)由導電軌廠家承擔，因此，此問題長期不能得到根本的解決。

機組研發(fā)和運維脫節(jié)，加之風電場的條件限制，對機組性能及部件質量會出現(xiàn)判斷錯誤的情況。例如，從理論上說，功率曲線確實能反映出機組的部分綜合性能，但是，功率曲線受外界因素影響很大。因環(huán)境和機位條件造成機組的發(fā)電量低、功率曲線差，而判斷為機組本身的性能存在問題，然后，采取各種手段和措施對機組進行“改進和完善”。而問題是因判斷和認識錯誤所致，機組本身沒有問題，其結果必然是：經過了多年的努力，浪費了大量的人力、物力，且功率曲線問題必然不能得到良好解決，得到的效果只能是使機組的綜合性能變得更差；即便是功率曲線改善了，機組效率也有所提高，然而，大部件損壞、機組壽命及遠期運維本所付出的代價遠遠超出機組效率提高所能帶來的收益。

行業(yè)的低價無序競爭，低價中標的招標體制將價高質優(yōu)的機組部件產品排除在市場之外。不少質量過硬、設計合理的機組部件反而沒有銷量，在風電行業(yè)中，這種“劣幣驅良幣”的現(xiàn)象不在個別。

風電企業(yè)之間拖款問題嚴重。業(yè)主欠設備廠家，設備廠家欠部件廠商，而不少部件廠商成為最終的受害者。有的部件廠商因長期得不到應有的款項，不得不退出風電市場，或因資金鏈斷裂而倒閉。產品質量優(yōu)異的配套廠商因資金及銷量問題而退出風電市場，這又從另一側面促成了劣質風電產品的泛濫。

三、機組配置過多、過雜及資金分散造成整機性能差和質量降低

風電機組及部件產品的生產屬于批量生產，而非單件生產。風電企業(yè)可以通過產品的規(guī)?；?、系列化，降低機組及部件的研發(fā)、生產、吊裝及遠期維護成本，同時，還有利于機組及部件的持續(xù)改進及機組綜合性能的不斷提高。

如果設備廠家的機型過多，同一機型的配置過雜將會帶來一系列問題。個別設備廠家同一機型的葉片、變槳系統(tǒng)、主控系統(tǒng)、齒輪箱、發(fā)電機、變頻器等均須有三個以上供應商競標，把這些部件進行排列組合后其種類相當多，導致同一機型的配置相當復雜，同一機型機組的整機性能不一致，機組的維修維護、備件供應和技術服務難度加大。因同一機型有多種主控、多種變槳、多種變頻，機組整合配套難度大大增加，不利于制造的規(guī)模經濟性、機組綜合性能的提高和持續(xù)改進。有時因業(yè)主要求（如：箱變信號上傳等）以及對與不同變槳系統(tǒng)配套的需要，同一機型、同一生產廠家的主控，其控制程序也不盡相同，又再次給機組維修、功率管理以及數(shù)據(jù)上傳等帶來了不便和麻煩。

另外，由于設備價格一路走低，在風電機組關鍵部件資金投入嚴重不足的情況下，有的設備廠家開發(fā)的新型機組仍然得按照業(yè)主要求把不小的資金投入到安裝自動消防系統(tǒng)、實時監(jiān)控攝像裝置、在線監(jiān)測等機組附屬設施上。這無疑是從另一角度和方式降低了機組部件的質量和安全。

四、不適當?shù)母脑旖档蜋C組性能和質量

為了滿足電網要求，或提高機組效率，不少風電場在運機組已經或正在實施改造，然而，真正性能良好的風電機組是經歷了一個漫長的配套調整后才得到的。在機組配套調整過程中，需達到多目標綜合指標的最優(yōu)，如：發(fā)電效率高、機組安全性高、故障幾率低、部件及機組壽命長、生產和維護成本低等多個目標。最終達到葉片、變槳、主控、變頻器、發(fā)電機、偏航系統(tǒng)以及通訊控制器、后臺軟件等部件之間的最佳配合。如果隨意改變這種成熟配套產品的某個部件或幾個部件，一般只會使整機性能變差。在沒有通過原設備廠商，或權威機構從整機性能角度充分論證的情況下，就隨意對機組的主控系統(tǒng)進行改造升級，可能帶來：故障率增加；部件壽命縮短；遠期運維成本增加；主控與變槳、變頻器之間的配合變差；不可預知的安全隱患以及使機組的發(fā)電效率降低等。因此，實施提高機組效率改造時，首先應從機組整機性能和安全性的角度充分考察其可行性，其次才是經濟性評估和方案的實施。

在火電行業(yè)曾經有過提高機組效率的改造，并且現(xiàn)在仍在改造，實踐證明其改造大都是成功和必要的。而這些改造一般是由原設備廠家，或資質相當?shù)脑O備廠家進行，在風電項目改造時，這一點值得借鑒。然而，火電與風電的行業(yè)差異巨大，火電的成功經驗對風電不一定適用。首先，對于火電來說，在初次投運后，機組的度電成本不僅包括設備和維護、維修成本，還應包括每度電的燃料成本，機組效率對營運企業(yè)的經濟效益有著至關重要的影響；而風電設備在初次投資后，除了維修、維護成本之外，發(fā)電所利用的風能則沒有成本，因此，機組的使用壽命、大部件損壞及維修維護成本則更為重要，將直接影響機組的度電成本、投資回報率和營運企業(yè)的遠期經濟效益。

對風電設備來講，提高機組效率所能增加的收益，與減少機組維修維護成本和后期改造的投入，究其效果來看，都能達到降低機組度電成本的目的，但是，如果以增加投入、降低機組及部件壽命為代價來提高機組效率和發(fā)電量，不僅投資風險大，更可能得不償失。因此，在通常情況下，與其投資舊機組改造，提高機組效率，還不如把改造資金用于購買質量優(yōu)異、技術更加先進的新機組，這樣，既能保證原機組的整機性能及部件安全，又能降低投資風險。

從機組及部件的設計思路去分析、判斷和處理機組故障

設計完善、綜合性能優(yōu)良的風電機組，設計人員除考慮機組部件所要達到的基本功能和要求外，還考慮了現(xiàn)場維修、維護便捷性的需要。

因此，在檢查機組故障，拆卸元器件時，如遇見拆卸困難，空間不夠，或者是螺釘和墊片容易掉、難找等問題時，維修人員應考慮拆卸方法是否存在問題。對于設計完善、成熟的風電產品，設計人員還考慮到風電場的現(xiàn)場條件，對于可能需要在現(xiàn)場維護和更換的部件，一般不需要太多人參與，例如：成熟的風電變頻器，在現(xiàn)場檢查和更換部件時，一般只需一人，如果需要多人協(xié)助才能進行維修和更換，維修人員應該考慮方法可能有誤。

在檢查機組故障以及排除安全隱患時，運維人員首先應該考慮在遠程檢查，利用后臺軟件通過主控的遠程故障判斷工具對機組進行檢查和故障判斷，經過初步故障定位后，其次才是到現(xiàn)場檢查和判斷故障。到現(xiàn)場以后，能在塔筒下面檢查和判斷的故障，應首先在塔基進行檢查，其次才是登機檢查，這樣，能大大提高工作效率，減少處理故障的時間。

在分析機組及部件問題時，應從機組的整體設計思路，或相關部件去思考問題。如僅局限于某個部件，則往往難以準確鎖定機組故障。尤其對于主控程序還需完善的機組，可能因主控本身存在問題造成報故障有誤。因此，在判斷機組故障時，更需多方求證。如果僅按主控所報故障進行檢查，可能會導致判斷錯誤，更換不該更換的部件。為了分析和迅速處理機組故障，運維人員還需詳細了解主控的控制邏輯和程序報故障的方法。

總之，對于設計完善、技術成熟的風電產品，在滿足部件、機組的基本功能前提下，還會考慮現(xiàn)場維修的拆裝方式和方法，以及現(xiàn)場的檢測手段和工作條件。對于成熟的風電產品，如按照設計者的思路進行維修和維護，可縮短機組維修時間，減少工作量；對于不夠成熟的風電產品，多從機組、部件的整體設計思路考慮問題，有利于機組、部件的改進與完善。

結語

優(yōu)化機組的整機配套，提高機組整體性能和機組安全，寓機組安全、維修和機組管理于部件生產和整機配套之中，讓綜合性能及質量優(yōu)異的風電機組具有更好的發(fā)展空間。有關提高風電機組整機性能與機組安全的應對措施，在《系列風電機組事故分析及防范措施（七）》一文中將繼續(xù)進行分析和闡述。

（作者單位：邵勤豐：東方電氣自控研發(fā)中心；王明軍：東方電氣風電有限公司）