海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)探討

摘要：電力系統(tǒng)作為我國(guó)重要的能源供應(yīng)系統(tǒng)，對(duì)穩(wěn)定國(guó)家發(fā)展、促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步有重要的作用，采用傳統(tǒng)的煤炭燃燒發(fā)電，會(huì)帶來(lái)巨大的能源消耗和資源浪費(fèi)問(wèn)題。因此，大力推廣清潔無(wú)污染等發(fā)電技術(shù)，充分利用太陽(yáng)能、風(fēng)能等各種可再生能源具有廣闊的應(yīng)用前景，尤其是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)得到大規(guī)模推廣應(yīng)用，在不同的地區(qū)環(huán)境，都有很好的應(yīng)用效果。但是我國(guó)國(guó)土情況較為復(fù)雜，同時(shí)擁有較大的海洋面積，在不同區(qū)域所采取的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)有很大的差別。與陸地風(fēng)電廠相比，海上風(fēng)電機(jī)組所面臨的環(huán)境更加惡劣，海上氣候復(fù)雜多變，各項(xiàng)工作的開(kāi)展具有更高的難度，需要更高的技術(shù)，一旦各種電氣設(shè)備出現(xiàn)故障問(wèn)題時(shí)，需要采用空運(yùn)或航運(yùn)的方式運(yùn)輸各種維修施工材料，維修成本較高，會(huì)帶來(lái)巨大的運(yùn)行成本。因此，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，要做好系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)工作，對(duì)可能存在的各種問(wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，可以有效降低維修成本，保障海上風(fēng)電技術(shù)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；電氣設(shè)備；狀態(tài)監(jiān)測(cè)；狀態(tài)檢修

中圖分類號(hào)：TM315文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1009-9492 （ 2022 ） S1-0037-03

Liu Yang

（GUANGDONG HUA ER CHEN OFFSHORE WIND POWER ENGINEERING CO.LTD，Zhongshan，Guangdong 528400， China）

Abstract： As an important energy supply system in China， power system plays an important role in stabilizing national development and promoting social progress. Using traditional coal combustion for power generation will bring huge energy consumption and resource waste. Therefore， vigorously promoting clean and pollution-free power generation technologies and making full use of solar energy， wind energy and other renewable energies have broad application prospects， especially the large-scale promotion and application of wind power generation technologies， which have good application effects in different regional environments. However， China has a complex land situation and a large ocean area， so the wind power generation technologies adopted in different regions are quite different. Compared with onshore wind power plants， offshore wind turbines are faced with a worse environment. The offshore climate is complex and changeable. The implementation of various tasks is more difficult and requires higher technology. Once various electrical equipment fails， it is necessary to transport various maintenance construction materials by air or shipping. The maintenance cost is high， which will bring huge operating costs. Therefore， during the operation of wind turbine equipment， it is necessary to do a good job in the maintenance of the system and make accurate judgments on possible problems， which can effectively reduce maintenance costs and ensure the safe operation of offshore wind power technology electrical equipment.

Key words： offshore wind turbine； electrical equipment； condition monitoring； condition based maintenance

0引言

海上風(fēng)力發(fā)電相比于陸地風(fēng)力發(fā)電具有較多優(yōu)勢(shì)，如風(fēng)力資源豐富、風(fēng)力穩(wěn)定、可開(kāi)發(fā)規(guī)模巨大、無(wú)需遠(yuǎn)距離輸電等，所以近年開(kāi)發(fā)規(guī)模逐漸加大。海上特殊的運(yùn)行環(huán)境也給海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)增加了更多挑戰(zhàn)。對(duì)于海上風(fēng)機(jī)設(shè)備的故障，提出基于動(dòng)態(tài)特征矩陣的近鄰風(fēng)電機(jī)組故障檢測(cè)方法，采用的監(jiān)測(cè)方式為定時(shí)巡查，保證海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，但只有當(dāng)海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備出現(xiàn)較大故障，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)才會(huì)發(fā)出報(bào)警，不能提前進(jìn)行預(yù)警，給風(fēng)電機(jī)組帶來(lái)?yè)p失。提出一種新的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的風(fēng)電機(jī)組變槳系統(tǒng)，但是受海上特殊環(huán)境影響，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備早期故障。為了解決以上問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)了海上風(fēng)電機(jī)組故障監(jiān)測(cè)一體化系統(tǒng)。

1開(kāi)展海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備狀態(tài)檢修的意義

海上風(fēng)電機(jī)組與陸地風(fēng)電機(jī)組所面臨的自然條件有很大差別，在具體開(kāi)展管理工作時(shí)，要結(jié)合實(shí)際情況制定合適的管理策略和維修保養(yǎng)計(jì)劃，但是，從當(dāng)前海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備的管理模式來(lái)看，大多采用陸地風(fēng)電機(jī)組電力設(shè)備的管理經(jīng)驗(yàn)，在實(shí)際開(kāi)展維修工作時(shí)，采取提前制定系統(tǒng)的維修保養(yǎng)計(jì)劃與事后維修處理相結(jié)合的方式，這種方法在陸地風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)中有較好的應(yīng)用效果，但是海洋風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備面臨的自然條件非常惡劣，電氣設(shè)備故障出現(xiàn)的頻率較高，設(shè)備停機(jī)事故的發(fā)生，將會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)電效率，導(dǎo)致運(yùn)行成本增高，因此，這種傳統(tǒng)的管理模式有很大的弊端，要不斷提高設(shè)備運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化，對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，可以有效預(yù)測(cè)設(shè)備故障出現(xiàn)的類型，通過(guò)對(duì)各種信息的綜合判斷，確定最佳的維修時(shí)間，即可以保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行，降低故障的發(fā)生率，同時(shí)還可以在很大程度上降低企業(yè)的運(yùn)行維護(hù)成本，為企業(yè)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益。因此，全面推廣海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備檢測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、現(xiàn)代化具有很強(qiáng)的應(yīng)用意義。

2狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

由于海上風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行所面臨的自然條件較為惡劣，所出現(xiàn)的故障類型也較多，不同的故障檢測(cè)類型需要采取不同的檢測(cè)技術(shù)才能取得良好的效果，因此在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)技術(shù)種類較多，當(dāng)前常用的檢測(cè)技術(shù)有以下幾個(gè)方面：

（1）通過(guò)采用專業(yè)的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，可以有效對(duì)發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、油液、熱成像等特點(diǎn)進(jìn)行分析，從而判斷設(shè)備運(yùn)行情況。

（2）通過(guò)引進(jìn)自動(dòng)化的檢測(cè)設(shè)備，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有助于及時(shí)調(diào)整設(shè)備參數(shù)，使設(shè)備的運(yùn)行性能更加符合實(shí)際生產(chǎn)需求。

（3）對(duì)電氣設(shè)備的物理狀態(tài)進(jìn)行檢查，判斷各部分組件結(jié)構(gòu)是否完整、功能是否良好，對(duì)于一些先進(jìn)的電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)，通過(guò)自身的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，可以有效實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的自我診斷，不同的檢測(cè)技術(shù)具有不同的應(yīng)用范圍，在選擇檢測(cè)技術(shù)時(shí)，結(jié)合設(shè)備的自身構(gòu)造運(yùn)行情況等特點(diǎn)，選擇相匹配的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用使用，可以起到良好的檢測(cè)效果。

3海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)要點(diǎn)

3.1海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)體系

當(dāng)前，對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備的設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)體系還不夠完善，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)還沒(méi)有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在具體開(kāi)展評(píng)價(jià)時(shí)，更多的是依靠專家評(píng)估、歷史數(shù)據(jù)、故障模型等方面，給予電機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，這在很大程度上具有一定的偶然性，會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果不準(zhǔn)確，不能反應(yīng)電機(jī)設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，不同的工作人員會(huì)有不同的評(píng)價(jià)結(jié)果，因此在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，要結(jié)合行業(yè)的實(shí)際發(fā)展情況，盡快制定統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這對(duì)不斷提高電氣設(shè)備的評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性，推動(dòng)海上風(fēng)電基礎(chǔ)電氣設(shè)備管理的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化有積極意義。

3.2狀態(tài)維修

海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備種類多、數(shù)量大，在開(kāi)展具體維修安排時(shí)，需要結(jié)合設(shè)備的運(yùn)行負(fù)荷、運(yùn)行時(shí)間、磨損情況等，制定合理的維修計(jì)劃，從實(shí)際故障發(fā)生情況來(lái)看，大多數(shù)問(wèn)題的發(fā)生不是偶然因素，而是由于設(shè)備長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的結(jié)果，因此，在開(kāi)展維修時(shí)，要充分監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)設(shè)備的磨損情況進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，通過(guò)開(kāi)展合理有效的預(yù)防性維修，可以對(duì)各種安全隱患、有可能發(fā)生故障的零部件及時(shí)更換維修，從而降低事故發(fā)生的頻率，這也是在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，電氣設(shè)備狀態(tài)維修的發(fā)展趨勢(shì)。

3.3海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備檢修工作應(yīng)用

我國(guó)的海上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)起步較晚，各項(xiàng)管理經(jīng)驗(yàn)和維修技術(shù)還不夠成熟，缺乏一定的工作經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前大多數(shù)工作重點(diǎn)在于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，從而制定相應(yīng)的維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃。但是由于技術(shù)手段有限，大部分工作仍然處在不斷研究階段，還需要不斷提升檢測(cè)技術(shù)，優(yōu)化管理流程，同時(shí)，海上所面臨的各種條件較為復(fù)雜，各種偶然因素較多，實(shí)際開(kāi)展工作的復(fù)雜程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模型的設(shè)計(jì)，因此，要根據(jù)實(shí)際工作中遇到的問(wèn)題，不斷改進(jìn)模型，使各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用更加符合實(shí)際需求。

3.4基于深度自編碼器的典型故障診斷模型

我國(guó)海上風(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備的應(yīng)用時(shí)間較短，典型故障的樣本數(shù)量較少，這導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)模型的構(gòu)建缺乏大量的數(shù)據(jù)支持，為了解決這些問(wèn)題，一般采用深度自編碼技術(shù)對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練，從而提高對(duì)典型故障的分析判斷能力。海上風(fēng)電機(jī)組故障的產(chǎn)生受多種因素的影響，并且這些影響因素與故障的發(fā)生并非成線性關(guān)系，具有一定的復(fù)雜性，通過(guò)對(duì)典型故障的深度學(xué)習(xí)，可以提高神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對(duì)電氣設(shè)備故障判斷的準(zhǔn)確性。

3.5直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組研究

隨著用電設(shè)備數(shù)量的不斷增加，電能的消耗量越來(lái)越大，未來(lái)大功率的海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備的投入使用成為必然的發(fā)展趨勢(shì)，從當(dāng)前發(fā)展形勢(shì)來(lái)看，直驅(qū)式風(fēng)電機(jī)組具有良好的應(yīng)用前景，可以進(jìn)一步提高電容量、提升發(fā)電效率，該技術(shù)的深入研究應(yīng)用也將會(huì)成為熱門研究話題，推動(dòng)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的快速發(fā)展。

4結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的大量建設(shè)，更多的是海上風(fēng)電機(jī)組大容量的建設(shè)，逐漸走向智能型風(fēng)電場(chǎng)無(wú)人值守的發(fā)展趨勢(shì)，這就對(duì)風(fēng)電場(chǎng)的日常檢修和維護(hù)提出了更高要求。除了要進(jìn)行日常的每日巡檢和定期的檢修維護(hù)外，還需風(fēng)電場(chǎng)工作人員對(duì)機(jī)組建立一套完整的工作流程，對(duì)主控、變流器等電器設(shè)備及發(fā)電機(jī)、葉片等機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)不同形式的故障情況要采取不同的處理方式，確保風(fēng)電機(jī)組的正常發(fā)電。

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作者簡(jiǎn)介：劉洋（1991-），男，工程師，研究領(lǐng)域?yàn)楹Ｉ巷L(fēng)電機(jī)組電氣設(shè)備狀態(tài)維修。

（編輯：王智圣）