文 | 孟鵬飛,李強
由于目前風電機組SCADA系統(tǒng)的故障報警功能不夠完善(未包含重復性故障的統(tǒng)計分析功能),而且當前還存在現(xiàn)場運行維護人員故障分析水平較低的情況,如果無法及時發(fā)現(xiàn)重復性故障及其背后隱藏的安全隱患,最終將導致風電場無法有效掌握機組的運營水平和健康狀態(tài)。若主軸或發(fā)電機軸承溫度高、機艙振動等關(guān)鍵告警或故障未及時引起注意,可能會導致軸承損壞甚至機艙著火、葉片折斷等重大事故發(fā)生。
針對以上情況,本文提供了基于SCADA故障告警數(shù)據(jù)的風電機組隱患分析及處理方法,通過使用Excel的數(shù)據(jù)透視表功能快速對機組的故障報警記錄進行系統(tǒng)的統(tǒng)計分析,標定出重復性告警或故障,發(fā)現(xiàn)機組的安全隱患,由此開展針對性的閉環(huán)消缺,并以處理V52-850kW風電機組的“油過濾錯誤故障”為例,闡述該方法的操作流程。該方法不僅可以快速定位機組的潛在隱患、高效地開展運行消缺、提高機組可靠性、避免設(shè)備的進一步惡化損壞,而且可提升運行維護人員的故障分析、處理能力。
風電機組隱患的分析及處理方法分為以下三個步驟:(1)發(fā)現(xiàn)隱患:通過對SCADA系統(tǒng)中的告警和故障記錄進行分析,找到重復性告警或故障;(2)消除隱患:“診治”潛在隱患機組,通過油樣檢測、振動檢測、磨損狀況檢測、探傷檢測等手段進行專項檢查,再結(jié)合檢查或檢測結(jié)果給出診斷意見(檢修維護的建議);(3)隱患跟蹤回訪:對“診治”后隱患機組的健康狀況進行分析和跟蹤,直至轉(zhuǎn)為健康機組。
下文將以處理“某風電場風電機組油過濾錯誤故障”為例,闡述隱患分析及處理方法的具體步驟。
表1 隱患總表
首先對全場風電機組告警和故障記錄進行分析,分析工具為Excel中的“數(shù)據(jù)透視表”。數(shù)據(jù)透視表可以根據(jù)不同的關(guān)鍵字對數(shù)據(jù)源進行分類匯總,匯總方法包括計數(shù)、求和、平均、方差統(tǒng)計等。進行風電機組體檢的數(shù)據(jù)源,為風電機組SCADA系統(tǒng)采集的告警和故障記錄數(shù)據(jù),包含風電機組編號、故障名稱、故障代碼、觸發(fā)時間、故障恢復時間、嚴重等級等,不同風電制造商的SCADA系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類別不同。利用數(shù)據(jù)透視表可以對SCADA告警和故障記錄按照機組編號、故障類型、嚴重等級、故障時間等分類進行統(tǒng)計分析,從而判斷出全場機組運行狀態(tài)。以樣本量、統(tǒng)計時間范圍的大小來選定重復性告警或故障次數(shù),判定機組是否處于隱患狀態(tài)。在本文隱患總表(表1)中,將單臺機組重復性告警或故障次數(shù)達10次以上的告警或故障標定為紅色,表示機組處于隱患狀態(tài);當初次消缺后,標定為黃色,表示運行待觀察;后續(xù)跟蹤此告警或故障已完全消除,則標定為綠色。
表2 機組隱患排名表
表3 故障總數(shù)排名表
以某風電場機組2017年1-4月的SCADA告警和故障記錄作為數(shù)據(jù)源進行數(shù)據(jù)透視,分別得到該風電場的風電機組隱患總表(表1)、機組隱患排名表(表2)、故障總數(shù)排名表(表3)、單臺機組隱患排名表(表4)。因風電機組數(shù)目、告警或故障種類較多,不便一一列出,故以上各表只顯示部分風電機組數(shù)據(jù)。
從表1中得出報“油過濾錯誤故障”的風電機組有:QA34#(348次)、QA38#(277次)、QA40#(2次,2017年3月2日和3日各報1次,3月中旬已更換齒輪箱)、QA41#(46次)、QA48#(329次)、QA50#(298次),共計1300次。
由表2可以看出整個風電場部分風電機組對應(yīng)告警或故障總數(shù)的排名情況,其中故障次數(shù)排在第一位的是QA48#機組,故障總數(shù)為1812次;由表3得出部分風電機組具體故障情況,其中排在第一位的是“油過濾器錯誤”故障;由表4得出單臺風電機組(QA34#)告警或故障次數(shù)分布情況,排在第一位的為“油過濾錯誤”故障。
表4 QA34隱患排名表
由表1可知,“油過濾錯誤故障”為各類告警或故障中出現(xiàn)次數(shù)最多的故障,涉及的風電機組有:QA34#、QA38#、QA41#、QA48#、QA50#,應(yīng)對這些機組進行專項檢查消缺。
齒輪箱潤滑系統(tǒng)中設(shè)有用于對油液中的雜質(zhì)進行過濾的過濾器,在其出口處(即過濾器下端)設(shè)有壓差開關(guān),可通過持續(xù)檢測過濾器入口與出口油壓差值(通常的設(shè)定值為3.5bar)來判斷組合過濾器中濾芯的清潔度,并向主控發(fā)出檢測信號。當齒輪箱油溫小于等于40℃時,系統(tǒng)忽略過濾器壓差開關(guān)發(fā)出的信號;當齒輪箱油溫大于40℃時,主控開始判斷過濾器壓差開關(guān)信號,當過濾器入口與出口油壓差值大于3.5bar時,壓差開關(guān)會向主控發(fā)出報警信號,主控會報出該故障;當過濾器入口與出口油壓差值小于等于3.5bar時,壓差開關(guān)會向主控發(fā)出正常信號,主控不會報出故障。
可能導致此故障的原因有:(1)壓差開關(guān)實際選型與程序中配置型號不符;(2)濾芯堵死;(3)齒輪箱壓差開關(guān)損壞。
解決方案:(1)壓差開關(guān)類型分為常開、常閉型,檢查是否與程序設(shè)置一致;(2)檢查濾芯是否堵塞,油液中是否有較多雜質(zhì)。若濾芯堵塞且油液中雜質(zhì)較多,則需更換濾芯并根據(jù)油液雜質(zhì)情況考慮是否進行油液檢驗;(3)檢查壓差開關(guān)是否損壞,若損壞則予以更換。
(一)隱患初次消缺
2017年5月22日,現(xiàn)場運行維護人員處理QA34#風電機組報油過濾錯誤故障,檢查發(fā)現(xiàn)齒輪箱濾芯堵塞,故排除“可能導致此故障的原因中的(1)和(3)”。更換濾芯時,發(fā)現(xiàn)濾芯的油液中有較多鐵屑以及黑色橡膠雜質(zhì),如圖1和圖2所示。更換齒輪箱濾芯后風電機組恢復運行,待觀察。同時,抽取了該齒輪箱油樣進行送檢化驗。
(二)隱患原因預(yù)判
通過初次消缺處理,預(yù)判可能的原因如下:(1)QA34#風電機組齒輪箱齒面因磨損而產(chǎn)生鐵屑,而黑色橡膠雜質(zhì)可能來源于齒輪箱加油口、空氣過濾器的密封圈或者外部潤滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁;(2)其他4臺風電機組(QA48#、QA50#、QA38#、QA41#)的齒輪箱情況可能類似,齒輪箱內(nèi)有鐵屑以及橡膠雜質(zhì),導致濾芯無法過濾,進而報油濾芯錯誤故障。
(三)預(yù)判結(jié)果驗證
風電場運行維護人員于2017年5月23-25日對上述4臺機組進行了專項檢查,檢查結(jié)果為:(1)濾芯堵塞,濾芯的油液中均含有少量的鐵屑和黑色橡膠雜質(zhì);(2)因齒輪箱的加油口、空氣過濾器無黑色密封圈等橡膠,故初步判定黑色橡膠雜質(zhì)來自于外部潤滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁,因橡膠油管內(nèi)壁長時間受熱老化運行脫落,在齒輪箱內(nèi)部被嚙碎產(chǎn)生黑色橡膠雜質(zhì)。
(四)專項檢查消缺
1.齒輪箱內(nèi)窺鏡檢查
為找到故障發(fā)生的具體原因,避免故障擴大,5月25日暫時停運了以上5臺風電機組(QA34#、QA38#、QA41#、QA48#、QA50#),對 QA34#、QA38#、QA48# 風電機組齒輪箱使用內(nèi)窺鏡(型號:IPLEX RX工業(yè)內(nèi)窺鏡)進行檢查,檢查結(jié)果如下:
圖1 鐵屑和黑色橡膠雜質(zhì)
圖2 黑色橡膠雜質(zhì)
(1)QA34#風電機組:太陽輪輕微點蝕;行星輪輕微磨損,如圖3-圖5所示。
(2)QA38#風電機組:中速軸大齒輪輕微點蝕。
(3)QA48#風電機組:行星齒輪面磨損,輕微點蝕;太陽輪齒面輕微點蝕。
(4)檢查判定黑色橡膠雜質(zhì)來自于外部潤滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁。
由上文分析可得結(jié)論:(1)齒輪箱運行磨損產(chǎn)生的鐵屑和外部潤滑系統(tǒng)軟油管內(nèi)壁脫落的黑色橡膠雜質(zhì)(被齒輪嚙合碾壓后產(chǎn)生)導致濾芯堵塞;(2)齒輪箱運行情況待觀察,需定期做內(nèi)窺鏡檢查;(3)潤滑油應(yīng)送檢化驗。
內(nèi)窺鏡檢查完畢后,陸續(xù)使以上5臺風電機組恢復運行,并根據(jù)油樣檢測結(jié)果作進一步處理。
2.油樣化驗
本次專項檢查更換了QA48#、QA50#、QA38#、QA41#風電機組齒輪箱的濾芯,并抽取齒輪箱油樣進行送檢化驗。油化驗使用的儀器及型號具體如下:滴定儀(型號:702/瑞士萬通)、光譜儀(型號:PRODIGY XP ICP/美國LEEMAN)、自動粘度測試儀(型號:美國SPECTRO)、水份測定儀(型號:831KF /瑞士萬通)、分析式鐵譜儀(維克森北京科技有限公司)、顆粒計數(shù)儀(美國太平洋-HACH)、鐵屑分析儀(型號:ANALEXPQ-M / KITTIWAKE公司)。QA34#風電機組的油樣監(jiān)測報告如圖6所示,其中,油品理化、污染、磨損指標均正常,光譜分析情況也正常;且由對比歷年數(shù)據(jù)變化幅度較小可知系統(tǒng)潤滑情況正常,該齒輪油可繼續(xù)使用。其他4臺風電機組機組油樣結(jié)果相同,故不再贅述。
此后繼續(xù)觀察以上5臺風電機組齒輪箱的運行情況,根據(jù)運行情況開展進一步工作,若持續(xù)性報“油過濾錯誤故障”,應(yīng)及時化驗監(jiān)測齒輪箱油液,并做內(nèi)窺鏡檢查;若更換老化的外部潤滑系統(tǒng)軟油管以及多次更換油濾芯仍然無效,需考慮過濾或者更換齒輪箱油。
利用數(shù)據(jù)透視表能夠及時發(fā)現(xiàn)機組運行中的一些缺陷及異常,以便及時控制和處理,使問題在萌芽狀態(tài)就得到處理,從而保證風電機組安全穩(wěn)定的運行。下文主要闡述了運行維護人員應(yīng)如何利用好隱患分析及處理方法,以便更加高效地做好機組運行維護及相關(guān)管理工作。
圖3 QA34#風電機組太陽輪齒面輕微點蝕
圖4 QA34#風電機組行星齒部分齒面存在黑線
圖5 QA34#風電機組行星齒部分齒面劃痕、磨損
(1)定期對風電機組做數(shù)據(jù)透視,周期可為月、季度、年,形成月/季度/年隱患報告。
(2)做好隱患報告后,對機組重復性告警或故障進行標定,便于閉環(huán)處理跟蹤。
(3)建立隱患消缺臺賬,便于后續(xù)跟蹤對比分析。建議日常消缺時,若某故障處理完畢后,查找隱患報告中與此故障相同的機組進行一并處理。遇到嚴重重復性的告警或故障,需及時開展專項檢查整改工作。
圖6 QA34#風電機組齒輪箱油樣監(jiān)測報告
(4)建議定期檢修維護某臺風電機組前,查找隱患報告中該臺風電機組的重復性告警或故障,定檢時一并消缺處理,提高工作效率,減少停機率,降低維護成本。
(5)日常運行維護期間,若當日無故障,可核對隱患報告中重復性告警或故障,做好消缺計劃安排。
(6)重復性告警或故障處理完畢后,運行人員務(wù)必做好分析總結(jié)及分享交流,以此來提高其故障分析、處理能力,積累維護經(jīng)驗。
本文提出了基于SCADA告警數(shù)據(jù)的風電機組隱患分析及處理方法,包括發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、故障跟蹤回訪三部分,并以具體事例對該方法進行全面論述。該方法有利于風電場運行維護人員快速全面掌握機組健康狀況,及時發(fā)現(xiàn)隱患,對風電機組的安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。此外,也可提升運行維護人員的技術(shù)水平。