淺談大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)數(shù)字化檢修模式

張凱 葉小廣 李忠善 肖盛忠 王志東

[摘 要] 目前風(fēng)力發(fā)電檢修工作中存在風(fēng)電場(chǎng)地域分散、設(shè)備狀態(tài)難以掌握等問題。推進(jìn)數(shù)字化檢修模式作為解決這些問題的重要手段已經(jīng)被國(guó)內(nèi)大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)越來越廣泛地采用。本文通過分析數(shù)字化檢修模式下一系列的關(guān)鍵問題，提出了推進(jìn)數(shù)字化檢修模式的意見與展望。

[關(guān)鍵詞] 風(fēng)力發(fā)電；數(shù)字化；檢修模式

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2018. 05. 034

[中圖分類號(hào)] F273；TM614 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2018）05- 0080- 03

0 引 言

我國(guó)發(fā)電行業(yè)乃至整個(gè)能源行業(yè)都處在關(guān)鍵的轉(zhuǎn)型階段[1]。能源形式上，從傳統(tǒng)的化石能源正逐漸向風(fēng)能、太陽能、核能等能源形式轉(zhuǎn)型。運(yùn)維模式上，從傳統(tǒng)的人力驅(qū)動(dòng)、定期檢修正逐漸向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、狀態(tài)檢修的模式轉(zhuǎn)型。

風(fēng)力發(fā)電作為重要的清潔能源發(fā)電形式，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保，可持續(xù)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，近年來在世界各地得到迅速的發(fā)展[2]。2016年底，我國(guó)風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到1.49億千瓦，穩(wěn)居世界第一[3]，并保持著良好的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。經(jīng)過一定時(shí)間的探索與發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電已經(jīng)進(jìn)入到一個(gè)技術(shù)相對(duì)成熟，模式較為清晰的發(fā)展階段。

大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)管理的機(jī)組類型多、投運(yùn)時(shí)間跨度大，機(jī)組采用的技術(shù)水平不一致，加大了實(shí)際檢修工作的難度，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①風(fēng)電場(chǎng)及風(fēng)電機(jī)組在地理上較為分散，在檢修人員安排上存在困難；②大多數(shù)機(jī)組的報(bào)警原理未知，檢修人員只能根據(jù)機(jī)組廠家的報(bào)警及相關(guān)提示安排檢修，較為被動(dòng)。

為解決以上兩個(gè)問題，提高運(yùn)維檢修水平，國(guó)內(nèi)眾多的大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)都在推進(jìn)有利于集中管控與狀態(tài)檢修的數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)。本文將分析大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)數(shù)字化檢修模式的技術(shù)要點(diǎn)，并提出相應(yīng)的建議與展望。

1 數(shù)字化平臺(tái)

為解決風(fēng)電場(chǎng)地域分散，管理運(yùn)維不便的問題，各大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)投建了遠(yuǎn)程集控平臺(tái)，形成了區(qū)域化或者全國(guó)一體化的集控中心[4-5]。遠(yuǎn)程集控平臺(tái)實(shí)時(shí)收集、儲(chǔ)存風(fēng)電場(chǎng)遙控、遙信、遙測(cè)等數(shù)據(jù)，包括機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)、生產(chǎn)輔助信息、升壓站監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等數(shù)據(jù)類型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制等功能。位于集控中心的值班人員借助遠(yuǎn)程集控平臺(tái)開展生產(chǎn)工作，與檢修人員配合完成機(jī)組日常的消缺與維護(hù)。

在集控平臺(tái)的基礎(chǔ)上，為了更加細(xì)致地了解設(shè)備健康、性能狀態(tài)，在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)早期故障狀態(tài)時(shí)及時(shí)檢修并對(duì)機(jī)組發(fā)電能力進(jìn)行監(jiān)測(cè)與優(yōu)化，協(xié)調(diào)運(yùn)行人員與檢修人員間的配合工作，優(yōu)化備品備件管理，一些企業(yè)選擇開發(fā)具有遠(yuǎn)程診斷、工單管理、備品備件管理等功能的配套系統(tǒng)平臺(tái)，用以拓展數(shù)據(jù)在檢修領(lǐng)域的功能。同時(shí)，為了增強(qiáng)報(bào)表可信度，降低人力填報(bào)各類報(bào)表的工作量，各個(gè)數(shù)字化平臺(tái)在數(shù)字表單生成、自動(dòng)發(fā)報(bào)、流程審批與統(tǒng)計(jì)管理等方面都進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)。

總體上看，目前風(fēng)力發(fā)電數(shù)字化平臺(tái)的功能設(shè)計(jì)較為全面，對(duì)檢修運(yùn)維的各個(gè)環(huán)節(jié)均有對(duì)應(yīng)的解決措施，已經(jīng)形成了一定的數(shù)字化平臺(tái)體系。

2 數(shù)字化檢修模式關(guān)鍵技術(shù)

風(fēng)電領(lǐng)域的數(shù)字化檢修模式是利用數(shù)字化平臺(tái)優(yōu)化檢修工作的新型運(yùn)維方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的檢修模式，應(yīng)當(dāng)結(jié)合數(shù)字化手段，通過管理、技術(shù)等多方面的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)檢修模式的整體優(yōu)化。

2.1 數(shù)字化檢修模式下的管理形式

我國(guó)目前的檢修體系的特點(diǎn)是計(jì)劃為主，結(jié)合日常消缺維護(hù)與事后檢修處理。主要包括以下內(nèi)容：①以紙質(zhì)臺(tái)賬為主的設(shè)備消缺記錄與設(shè)備資料管理；②備品備件的管理與機(jī)組的定檢；③設(shè)備退出后的消缺、日常清掃、增加潤(rùn)滑油脂等的維護(hù)。

數(shù)字化檢修模式的特點(diǎn)是通過集中監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析，掌握機(jī)組健康狀態(tài)與發(fā)電性能，以針對(duì)性的異常狀態(tài)消除為基礎(chǔ)，結(jié)合機(jī)組日常消缺，對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。同時(shí)通過數(shù)字化表格、工單等手段，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)工作流程，減輕該部分工作的負(fù)擔(dān)。

2.2 通用的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)

機(jī)組類型多、所采用的機(jī)組技術(shù)路線不同是大型風(fēng)力發(fā)電企業(yè)面臨的一致問題。目前的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組報(bào)警邏輯、原理大多為機(jī)組廠家掌握，發(fā)電企業(yè)的檢修人員只能按照?qǐng)?bào)警內(nèi)容與檢修手冊(cè)進(jìn)行消缺，檢修工作缺乏針對(duì)性，檢修效果難以評(píng)估。結(jié)合機(jī)組原始運(yùn)行參數(shù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)等對(duì)機(jī)組進(jìn)行通用性的故障診斷與評(píng)估更有利于體現(xiàn)數(shù)字化檢修的價(jià)值。

2.3 各個(gè)平臺(tái)之間、人機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互技術(shù)

數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)是一個(gè)不斷補(bǔ)充、完善的過程，各個(gè)平臺(tái)有自身的原始數(shù)據(jù)與結(jié)果數(shù)據(jù)，推進(jìn)各個(gè)平臺(tái)間的數(shù)據(jù)交互有利于避免重復(fù)投資，最大限度地發(fā)揮各個(gè)平臺(tái)的功能優(yōu)勢(shì)，提升數(shù)據(jù)價(jià)值。同時(shí)應(yīng)當(dāng)注意到，數(shù)字化手段是輔助生產(chǎn)檢修的工具，利用數(shù)字化優(yōu)化檢修模式的過程中必然涉及人機(jī)之間的數(shù)據(jù)交互，優(yōu)化該過程將大幅提升檢修人員的工作效率與數(shù)字化平臺(tái)的可用性。

3 建議與展望

3.1 加快風(fēng)電數(shù)字化檢修平臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

數(shù)字化檢修模式的基礎(chǔ)是數(shù)字化平臺(tái)的建設(shè)，在進(jìn)行數(shù)據(jù)集成的過程中涉及諸多單位的配合。雖然行業(yè)有整體性的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，然而一些生產(chǎn)輔助系統(tǒng)如CMS系統(tǒng)等的傳感器安裝，數(shù)據(jù)采集、傳輸、儲(chǔ)存的規(guī)則與方式存在較大差異，各個(gè)廠家的風(fēng)電機(jī)組在傳感器測(cè)點(diǎn)安裝數(shù)量、位置等方面也缺乏約束，在統(tǒng)一應(yīng)用時(shí)存在一定障礙。建立數(shù)字化平臺(tái)的建設(shè)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)體系有以下內(nèi)涵：①風(fēng)場(chǎng)建設(shè)期各個(gè)功能模塊所搭建的數(shù)字平臺(tái)規(guī)范，如機(jī)組廠家主控系統(tǒng)、功率控制系統(tǒng)等；②各個(gè)平臺(tái)應(yīng)考慮數(shù)據(jù)交互的可行性與標(biāo)準(zhǔn)化。

推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化體系有利于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化平臺(tái)更多功能的拓展，有利于未來同更多能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)交互。應(yīng)組織各方面的力量進(jìn)行技術(shù)公關(guān)，依托現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)體系，盡快實(shí)現(xiàn)風(fēng)電數(shù)字化檢修平臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系的建立。

3.2 革新考核指標(biāo)，賦予檢修運(yùn)維工作新的內(nèi)涵

數(shù)字化檢修模式下的管理應(yīng)更注意設(shè)備檢修后的狀態(tài)變化與設(shè)備間新的對(duì)標(biāo)形式，數(shù)字化背景下，傳統(tǒng)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)時(shí)難以完成的項(xiàng)目變?yōu)榭赡?，?yīng)在傳統(tǒng)考核標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上利用數(shù)字化帶來的便利，增加與研究新的考核指標(biāo)，例如更全面的能量利用率評(píng)價(jià)方式、可靠性評(píng)價(jià)方式，包括檢修前后的對(duì)比評(píng)價(jià)指標(biāo)，例如功率曲線對(duì)比、機(jī)組故障頻次對(duì)比。在管理上加強(qiáng)數(shù)字化分析手段與新指標(biāo)的考核比重，結(jié)合檢修效果進(jìn)行考核。

同時(shí)，數(shù)字化的基礎(chǔ)為數(shù)據(jù)的可靠性與質(zhì)量，數(shù)字化檢修管理應(yīng)更將數(shù)據(jù)維護(hù)與消缺加入到日常消缺工作中。在新的背景下，數(shù)據(jù)已經(jīng)融入到一線的生產(chǎn)任務(wù)當(dāng)中，數(shù)據(jù)的可靠性同生產(chǎn)安全性、經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)，這豐富了現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維的內(nèi)涵，在進(jìn)行檢修運(yùn)維管理的過程中，應(yīng)注意到數(shù)字化帶來的新變化，明確數(shù)據(jù)消缺的重要性與低位，具體實(shí)施時(shí)，可在現(xiàn)場(chǎng)班組設(shè)置信息化專工，與現(xiàn)場(chǎng)檢修人員統(tǒng)一班組同時(shí)工作，要切實(shí)落實(shí)數(shù)據(jù)維護(hù)工作。

3.3 深度理解一線檢修人員需求，研究更為合理的機(jī)組狀態(tài)診斷算法體系

通用的故障診斷技術(shù)是風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域數(shù)字化檢修模式的技術(shù)關(guān)鍵，目前可以大致分為兩種技術(shù)路線，一是基于基礎(chǔ)原理故障診斷技術(shù)，如基于振動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)、頻域分析的機(jī)械故障診斷技術(shù)；二是基于數(shù)據(jù)與事件的故障診斷技術(shù)，如基于大數(shù)據(jù)算法的大部件壽命預(yù)測(cè)技術(shù)。不同的技術(shù)路線應(yīng)以解決實(shí)際的檢修需求為目標(biāo)，在開展診斷技術(shù)研究的過程中，應(yīng)深度理解一線檢修人員的需求，用技術(shù)簡(jiǎn)化工作，通過技術(shù)進(jìn)步促進(jìn)管理閉環(huán)。這要求結(jié)合不同技術(shù)路線的優(yōu)勢(shì)，研究能在機(jī)組生命周期內(nèi)的不同運(yùn)行時(shí)期表征機(jī)組狀態(tài)的診斷算法體系。

3.4 由生產(chǎn)階段介入管理向全生命周期管理轉(zhuǎn)型，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組大部件與整體狀態(tài)的監(jiān)控

從目前的風(fēng)電管理體系來看，建設(shè)和運(yùn)維分屬兩個(gè)管理體系，在大多數(shù)的企業(yè)內(nèi)部也是由不同的部門進(jìn)行管理，建設(shè)期和運(yùn)維期有不同的管理要點(diǎn)，要求行業(yè)整體改變管理方式并不現(xiàn)實(shí)，然而風(fēng)電設(shè)備的諸多特性是由建設(shè)期決定的，比如機(jī)組所處的整體風(fēng)資源環(huán)境、基礎(chǔ)質(zhì)量等，相對(duì)設(shè)備漫長(zhǎng)的服役期，建設(shè)期所決定的特性往往影響到機(jī)組整體的發(fā)電表現(xiàn)與健康水平。

對(duì)機(jī)組進(jìn)行全生命周期管理至關(guān)重要，可行的辦法是在機(jī)組的各個(gè)周期內(nèi)進(jìn)行完整的資料整理并將其數(shù)字化，利用數(shù)字化平臺(tái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理并進(jìn)行完整的狀態(tài)監(jiān)控與持續(xù)的評(píng)估，以此提高設(shè)備檢修效率并找準(zhǔn)檢修要點(diǎn)，可以從以下幾點(diǎn)入手：①建設(shè)期的風(fēng)資源分析結(jié)果、設(shè)備臺(tái)賬、故障手冊(cè)、調(diào)試安裝記錄的數(shù)字化錄入，做到統(tǒng)一出口、簡(jiǎn)單查詢，提高現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)設(shè)備的了解程度；②機(jī)組后期的評(píng)估分析要深入結(jié)合建設(shè)期設(shè)備資料，對(duì)諸多電量折減因素進(jìn)行核查，對(duì)不達(dá)標(biāo)機(jī)組與設(shè)計(jì)時(shí)湍流較大機(jī)組進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注；③建立數(shù)字化的機(jī)組檢修記錄與設(shè)備更換臺(tái)賬，結(jié)合機(jī)組狀態(tài)，為后期的備品備件管理與狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

4 結(jié) 語

推行數(shù)字化檢修模式是促進(jìn)風(fēng)電行業(yè)健康發(fā)展、風(fēng)電機(jī)組安全運(yùn)行的有效手段。為了進(jìn)一步發(fā)揮這種促進(jìn)作用，需要從管理、技術(shù)等多方面著手，完善標(biāo)準(zhǔn)體系，研究先進(jìn)的診斷算法，提升數(shù)字化檢修模式的應(yīng)用價(jià)值。

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