海上風(fēng)力發(fā)電機組運行維護策略

馬金秋

（三峽新能源陽江發(fā)電有限公司，廣東陽江 529500）

0 引言

國內(nèi)裝機的海上風(fēng)機制造商均為國產(chǎn)品牌，新增大容量多為參考陸上機型擴容后的近年新研發(fā)投產(chǎn)機型，甚至部分機型僅有試驗樣機，大批量安裝投產(chǎn)后風(fēng)電機組能否適應(yīng)惡劣海況，保持在95%以上可利用率的行標(biāo)要求[1]，其設(shè)計可靠性及運維質(zhì)量將迎來重大考驗。

海上風(fēng)電運維作業(yè)受海況、天氣、交通方式等因素影響明顯，因海況等因素影響將無法在短時間內(nèi)抵達海上對故障機組進行及時檢修，甚至因大部件無法吊裝造成風(fēng)機長期停運，機組故障停機時間和發(fā)電量損失將大為增加。對比分析定期檢修、狀態(tài)檢修、故障檢修及技術(shù)改造4 種提升設(shè)備可利用率手段的優(yōu)缺點和重要性，給出如何綜合利用4 種方法的運行維護策略。

1 海上風(fēng)電機組的定期檢修

定期維修是各廠商根據(jù)風(fēng)機設(shè)備的運轉(zhuǎn)時間、零部件固有檢驗周期等因素綜合考慮制定的帶有強烈計劃性、周期性的維修方式。目前，陸上風(fēng)電機組的定期檢修周期一般選月、季、半年、全年為時間節(jié)點，海上風(fēng)電機組受限作業(yè)時間和運維船舶限制，多數(shù)主機廠家可做到季、半年和全年的定期檢修周期。

風(fēng)電機組定檢項目主要包括：整體外觀檢查、力矩檢驗、易磨損元件測量、傳感器距離調(diào)整、及電氣機械測試等工作項目[2]，由檢修項目及間隔時間的檢修方法可以看出定期維修較為趨向于風(fēng)電機組的定期維護保養(yǎng)，潛在故障的發(fā)現(xiàn)主要通過外觀檢查和電氣機械測試等手段，對明顯的缺陷點和電氣機械測試固有的缺陷暴露項目均可以及時提前發(fā)現(xiàn)并處理，是目前海上風(fēng)電行業(yè)發(fā)展不成熟階段采取的最簡單有效的維護方式之一。

圖1 2018 年風(fēng)機月度可利用率變化曲線

從圖1 可以看出整個風(fēng)電場風(fēng)機可利用率變化趨勢在5 月達到最低谷后有了迅速回升，在8 月和9 月再次下降后，自10 月開始再次回升，這與該海上風(fēng)電場5～7 月進行全年定檢和10～12月進半年定檢的定期維護后風(fēng)機維護消缺完畢可靠性提升吻合。在現(xiàn)實應(yīng)用中，系統(tǒng)性定期維護是保證可靠性的基礎(chǔ)手段，其可以直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)無法在線監(jiān)測到的故障點，強制性、固定的檢修項目可保障機組最基本的可靠性；但其也有弊端，主要表現(xiàn)在隱蔽缺陷維修不到位、非故障項目重復(fù)維修和維修時間固定且間斷等問題，會造成維修深度不夠、維修力量浪費和維修不及時。

2 海上風(fēng)電機組的狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修是指根據(jù)在線監(jiān)測儀器持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和成熟的故障模型分析判斷設(shè)備的異常狀態(tài)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)缺陷，根據(jù)缺陷發(fā)展速度和檢修環(huán)境條件提前安排消缺的方式。根據(jù)材料顯示統(tǒng)計，海上因各類原因延遲維護的時間可占其總停運時間比例的89.4%[3]，可見，海上風(fēng)電能否縮短故障停機時間，最重要的即在監(jiān)測設(shè)備能否更全面提前更長時間發(fā)現(xiàn)缺陷。

不可能無限制的增加海上風(fēng)電機組的各類監(jiān)測設(shè)備，這會增加建設(shè)投資成本，監(jiān)測設(shè)備的增加本身也變成風(fēng)電機組的零部件組成部分，零部件越多越復(fù)雜，反而會導(dǎo)致設(shè)備故障率的提升。分析《全國風(fēng)電設(shè)備運行質(zhì)量狀況調(diào)查報告（2012 年）》[4]中各風(fēng)機廠家零部件的詳細故障情況統(tǒng)計見表1，具有大部件故障臺次少但排除耗時過長特點，海上風(fēng)電機組是由陸上機型演變而來，同樣具有該特性。圖2 是國內(nèi)某海上風(fēng)電場2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時間統(tǒng)計，同樣具有故障次數(shù)低停機時間長特點，因此風(fēng)機大部件在線監(jiān)測能否發(fā)揮作用是風(fēng)機狀態(tài)檢修的重中之重。

表1 各風(fēng)機廠家零部件的詳細故障情況統(tǒng)計

圖2 2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時間

目前，已出現(xiàn)監(jiān)測手段有齒輪箱油品在線檢測，齒輪箱溫度監(jiān)測、傳動系統(tǒng)（包含主軸、齒輪箱）振動在線監(jiān)測，發(fā)電機繞組和氣隙溫度監(jiān)測，發(fā)電機電氣參數(shù)監(jiān)測，針對葉片異常聲音和排水孔的監(jiān)測設(shè)備等；分別從各個方面對機組的關(guān)鍵部位進行監(jiān)測分析。根據(jù)表1 測算，大部件故障率的降低將可每年提升單臺風(fēng)機可利用率約0.63 個百分點。

3 海上風(fēng)電機組的故障檢修

故障檢修亦稱事后檢修，是當(dāng)機組出現(xiàn)故障之后再展開檢修工作，其具有節(jié)約前期監(jiān)測成本，避免過度維修等優(yōu)點，缺點是維修手段落后，易因一個部件損壞造成其他部件損壞。該檢修策略與定期檢修是目前陸上風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用最為普遍的檢修方法，海上風(fēng)電檢修因受海況天氣影響大，且隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)逐步向深海發(fā)展，離岸距離越來越遠，再加上船舶航速交陸上車輛速度慢的多，抵達風(fēng)機時間將更長，勢必增加故障修復(fù)的停機等待時間，進而降低機組可利用率。受限于設(shè)計經(jīng)驗不足、產(chǎn)品質(zhì)量限制及惡劣海況條件的長期侵蝕等因素影響，故障檢修方法將無法避免的成為一段時期內(nèi)重要的海上風(fēng)電機組檢修模式。

4 海上風(fēng)電機組的技術(shù)改造

技術(shù)改造是設(shè)備管理方根據(jù)機組的頻發(fā)故障或先天性缺陷的發(fā)生原因進行分析，采用新設(shè)備新技術(shù)局部結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計加以改造對機組進行技術(shù)升級改造的友好檢修模式。

通常當(dāng)新機組投運一段時期后，各個部件之間的協(xié)調(diào)配合性不足、設(shè)計或元器件上存在的未發(fā)現(xiàn)解決的原有缺陷、長期受環(huán)境影響部分元件性能迅速下降等問題將逐漸暴露，此時不應(yīng)簡單更換零部件，而是應(yīng)根據(jù)收集的大量故障參數(shù)數(shù)據(jù)，將故障共性問題發(fā)掘出來并進行總結(jié)提煉，分析缺陷產(chǎn)生的原因過程，運用新的成熟的技術(shù)處理方法進行技術(shù)改造，從故障發(fā)生源上解決故障發(fā)生率高的問題。

圖3 技術(shù)改造后故障對比

圖3 是某海上風(fēng)電場針對風(fēng)機各系統(tǒng)內(nèi)元器件的技術(shù)改造后，風(fēng)機各技術(shù)改造后子系統(tǒng)的故障率均有下降，對海上風(fēng)電降低檢修維護頻次、減少風(fēng)機停機待修時間、減輕出海作業(yè)風(fēng)險等都具有重要意義，同時提高了設(shè)備可靠性。

5 結(jié)語

作為新興產(chǎn)業(yè)其建成后能否可靠運行，并持續(xù)良好健康的發(fā)展取決于海上風(fēng)電場后期運行維護管理的水平。就定期檢修、狀態(tài)檢修、故障檢修及技術(shù)改造4 種檢修模式在海上風(fēng)電機組管理中各自發(fā)揮的作用和重要性占比進行分析；定期檢修是風(fēng)電機組長期可靠運行的基礎(chǔ)性保障，狀態(tài)檢修是預(yù)判問題病提前解決的維護方法最優(yōu)解，故障檢修是問題出現(xiàn)后的最終補救措施，是堵漏的最后一道防火墻，技術(shù)改造提升部件和系統(tǒng)可靠性是解決問題降低維護頻率的根本。