風(fēng)力發(fā)電機組可靠性建模與維修策略研究

（大唐新能源蒙西公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電機組可靠性建模與維修策略研究

樊浩江

（大唐新能源蒙西公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電和太陽能發(fā)電是清潔能源，在發(fā)電系統(tǒng)中所占的比例將會越來越大。本文結(jié)合當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的實際情況，對風(fēng)力發(fā)電機組維修策略與可靠性建?；ハ嘟Y(jié)合進(jìn)行研究。

風(fēng)力發(fā)電機組；可靠性；建模與維修

風(fēng)能是發(fā)展最快的提供電力的能源，它取之于大自然，是可再生能源，利用風(fēng)能對環(huán)境有很大的保護(hù)力度。

1 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

我國在風(fēng)力發(fā)電上的研究較晚，目前為止還沒有比較成熟的預(yù)測故障的技術(shù)。設(shè)備運行的成本相對較高，并且維護(hù)的成本也很高，所以對于比較大的零件定期維護(hù)是一種被廣泛采用的方式。

聯(lián)軸器、高速軸、齒輪箱、主軸軸承以及主軸互相組成了風(fēng)電機組中的轉(zhuǎn)動系統(tǒng)。能量進(jìn)行傳遞主要就是靠這些部件，另外還能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，這些零件就是關(guān)鍵的零件，能夠幫助實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。但是由于零件的運行狀態(tài)是一種變載荷變速的模式，因此齒輪箱往往也是設(shè)置在傳動系統(tǒng)當(dāng)中的，發(fā)生故障頻率最高的就是聯(lián)軸器和主軸軸承，如果沒有檢測合格就使其運轉(zhuǎn)會帶來巨大的損失。

風(fēng)力發(fā)電機的一般使用壽命是20年，但是只是針對于風(fēng)力發(fā)電機組來說的，很多時候由于情況特殊，其使用壽命還不到10年。

構(gòu)成風(fēng)機傳動鏈的三大部件分別為齒輪箱、發(fā)電機和主軸/軸承。齒輪箱是造成風(fēng)力發(fā)電機組停機的主要原因，尤其是在這三大部件中。風(fēng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件就是齒輪箱，發(fā)電機得到一定的轉(zhuǎn)動速度，就是通過這個非常重要的機械部件，因為它也屬于傳動系統(tǒng)中一部分，風(fēng)輪捕獲到的風(fēng)能通過它傳遞給其他的部件。

風(fēng)力資源相對較好的位置就是海邊、高山、荒漠，這個機器組通常情況下安裝在此。這個機器組一旦發(fā)生故障，維修難度較大。因為自然環(huán)境比較惡劣，往往都是酷暑和嚴(yán)寒這樣極端氣候條件，同時還伴隨著強烈的風(fēng)力沖擊。這組機器的維護(hù)資源和合理安排情況能夠得到很合理的改善，當(dāng)然還需要注意的就是成本的控制，這就要求新能源的不斷引進(jìn)，同時也為機器的檢修奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機的實時運行的數(shù)據(jù)，檢測齒輪箱故障的發(fā)生部位以及是否存在故障主要是通過采取振動的數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)往往位于齒輪箱和軸承上。可以有效減少設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)，從而避免重大故障的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性。

2 風(fēng)力發(fā)電機組可靠性建模

有些策略并不是很全面，比如優(yōu)化發(fā)電機組裝置的運行維護(hù)策略、風(fēng)力發(fā)電整機系統(tǒng)的可靠性研究等都沒有達(dá)到需要的數(shù)量，并且控制技術(shù)是目前研究工作的主要研究方向。優(yōu)化裝置的運行維護(hù)措施以及裝置的可靠性量化評估，有著非常重要意義，決定著裝置的運行狀態(tài)。

可靠性分析是基于先前的經(jīng)驗，有助于對機械電力設(shè)備或系統(tǒng)做出有效的狀態(tài)預(yù)測，風(fēng)力發(fā)電目前正在作為一個高饋入發(fā)電系統(tǒng)中的一員，在未來所占的電量供給份額還將不斷擴大，為應(yīng)對風(fēng)力發(fā)電的高速發(fā)展，針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性研究是極其重要的。

風(fēng)力發(fā)電機組是一種隨機的概念，同時也是一種特殊的過程，往往運用在概率的統(tǒng)計上，馬爾可夫過程可用于模型的構(gòu)建，可靠性比較強。能夠描述相互轉(zhuǎn)移的過程，還能夠描述系統(tǒng)在開始運行前后的狀態(tài)，之前的狀態(tài)與之后的狀態(tài)沒有什么必然聯(lián)系，并且下一個狀態(tài)的概率能夠被確定，只要知道了前一個狀態(tài)的概率就可以。這種隨機的狀況也是可以用馬爾可夫過程描述的，發(fā)電機組運行狀態(tài)建模有一種非常有利的過程就是馬爾可夫過程。有三種假設(shè)是在應(yīng)用這種可靠模型需要知道的假設(shè)。首先就是兩種可以互相轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，其次就是狀態(tài)的相互獨立性，最后就是修復(fù)成功率一般都是參數(shù)，這些假設(shè)都是在系統(tǒng)發(fā)生故障和系統(tǒng)正常運行時都合理的。

3 風(fēng)力發(fā)電機組的維修策略

3.1 傳統(tǒng)維修方式

新的中心維修理論也是在傳統(tǒng)維修理論的基礎(chǔ)上建立的，維修方式主要包括三類，有更改設(shè)計的、事后維修的、預(yù)防性維修的。其中預(yù)防性維修又由隱患檢測、定期維修、視情維修(狀態(tài)維修)所組成。

進(jìn)行計劃維修要根據(jù)固定累計工作時間和規(guī)定的間隔期來決定，還要充分的認(rèn)識故障模式發(fā)生的規(guī)律。

這種維修方法優(yōu)勢在于可提前安排維修計劃，有利于保持設(shè)備的安全可靠性，減少停運損失，降低了維修的成本。但是這樣會使得維修活動增加，從而存在不必要的維修工作，維修次數(shù)提高，不能充分利用設(shè)備的能力，最終很難得到發(fā)生故障時的數(shù)據(jù)。

事后維修方式是在故障已經(jīng)發(fā)生后再采取措施使其恢復(fù)到規(guī)定技術(shù)狀態(tài)的一種維修活動，適用于風(fēng)險等級低的故障，相對來說價格低廉、維修的成本相對較低，但是會造成停機損失，在維修中需要大批備用器件;可能引起故障的再次發(fā)生。

更改設(shè)計的維修方式是通過重新設(shè)計機器結(jié)構(gòu)，從而使維修根本上變得更加容易或直接消除機器的缺陷，這種設(shè)計修改的方式經(jīng)常有效而且花費的費用相對較低，但是這種方式也有缺陷，就是設(shè)計改進(jìn)工作會影響機組的日常維修進(jìn)程。

3.2 對于風(fēng)機組模式故障樹底事件的維修

合適的維修策略是用于處理故障樹底事件的，并且故障主要針對于風(fēng)電機組而言，維修的難度是主要的參考系數(shù)，并且維修手段比較多，主要有在適當(dāng)?shù)臅r候選擇維修的時機、在線進(jìn)行維修，還有就是事后立刻進(jìn)行維修。有時還需要更換新的部件，因為損壞的程度和設(shè)備的重要地位不同，因此在進(jìn)行事后維修時就要參考不同的因素，底事件的解決往往是使用在線調(diào)控的手段，比較具有針對性。還有一種情況就是進(jìn)行檢修和維護(hù)工作，這時就需要對進(jìn)入機艙的機會和時間進(jìn)行確認(rèn)，然后由檢修人員進(jìn)行檢修。故障發(fā)生的重要程度和依據(jù)是檢修的主要參考因素，還有要劃分維修的類別和程度，保證不同性質(zhì)的底事件都得到了劃分。還有要將維修策略與之結(jié)合，保證不同程度的故障都得到了確定。表示的結(jié)果也隨著不同的統(tǒng)計有所改變。

相對來說概率等級較高的該類底事件，屬于一類底事件，一類事件也是最可能導(dǎo)致該故障模式發(fā)生。維修事件和維護(hù)修復(fù)類事件都需要積極的維修，還需要積極準(zhǔn)備。在線維修的方式主要是針對于開關(guān)復(fù)位等可在線調(diào)控的底事件，事后進(jìn)行維修主要應(yīng)用于有機會進(jìn)行提前檢修的情況下。為了避免故障過后發(fā)生，就要選擇機會進(jìn)行檢修，尤其是對于失效異常類事件，或者也可以進(jìn)行維修處理在潛在發(fā)生階段，主要是針對于底事件來說的。更改設(shè)計的維修主要應(yīng)用于安裝原因造成某底事件或者是機器的設(shè)計發(fā)生的故障。為了消除持續(xù)影響，往往會選擇進(jìn)行重新安裝，重新設(shè)計該部件結(jié)構(gòu)，重新選擇材料，有時也會直接選擇在線維修。

機器發(fā)生故障有可能是隨機的條件導(dǎo)致的，也有可能是運行條件不正?；蛘吖ぷ髑闆r不正常導(dǎo)致的，還有可能是環(huán)境的影響，因此這些事件的發(fā)生都是不定的。發(fā)生概率不高的事件，往往就是設(shè)計安裝類事件和維修修復(fù)類事件，還有一種直接的原因就是機器本身存在故障，所以可以選擇事后進(jìn)行維修。實際的影響和情況能夠決定失效部件的處理方式，事后維修主要是看選擇機會的正確性，也有機會進(jìn)行檢修，并且在線維修工作主要就是針對于底事件來說的。

對于三類底事件最主要原因一般也不是造成機器故障模式發(fā)生的，而且發(fā)生的個概率不高，不足1%。這樣一來事后維修又成了比較好的選擇措施，但是具體使用哪一種維修策略，還是要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析。

4 結(jié)語

電的使用讓我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，我們在使用電、生產(chǎn)電的同時也在注重環(huán)境和能源的保護(hù)，火力發(fā)電用到的煤炭資源是不可再生的，而風(fēng)能和太陽能是可再生的，我們應(yīng)該致力于新能源的研究，在讓我們生活變得便捷的同時，環(huán)境也不會遭到破壞。

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