風電機組的日常運維及檢修技術(shù)分析

杜春峰 張之徽 霍東

摘要：隨著經(jīng)濟社會的高質(zhì)量發(fā)展，各種類型的新能源裝備制造領(lǐng)域技術(shù)得以持續(xù)更新迭代。同時，以風力發(fā)電機組為代表的可再生能源裝機規(guī)模也在不斷擴大，在一定程度上推動了風電運維市場運營發(fā)展。風力發(fā)電作為當下我國全面推行綠色可持續(xù)發(fā)展理念的轉(zhuǎn)型重點領(lǐng)域，其發(fā)電機組的日常運維及檢修顯得至關(guān)重要?；诖?，本文以常見風電機組可靠性狀態(tài)分類為切入點展開研究，簡要闡述風電機組日常運維的主要內(nèi)容，探討風電機組中常見檢修技術(shù)的具體應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：風電機組；日常運維；檢修技術(shù)

DOI：10.12433/zgkjtz.20240649

一、常見風電機組可靠性狀態(tài)分類

如今，不同生產(chǎn)廠家對風電機組可靠性的分析判別方法與狀態(tài)分類存在較大的差異。為了更好地對風電機組可靠性狀態(tài)進行統(tǒng)一分析和監(jiān)控，可根據(jù)風電機組各廠家提供的風電機組狀態(tài)、遙信、遙測等基礎(chǔ)信息，將風電機組運行狀態(tài)劃分為風電機組正常運轉(zhuǎn)、告警運行、低風待機、限電運行、通信中斷、維保停機、高風切機、風電機組解纜、環(huán)境原因停機、維修停機、限電停機、外部原因停機和故障停機。其中，當風電機組處于正常運行、低風待機和高風切機時，該發(fā)電機組對應(yīng)的是全出力運行狀態(tài)；當風電機組處于風電機組解纜、環(huán)境原因停機、限電停機、外部原因停機時，整個風電機組對應(yīng)的是備用狀態(tài)；當風電機組處于維保停機時，對應(yīng)的是計劃停運狀態(tài)；當風電機組處于告警運行、限電運行時，對應(yīng)的是降出力運行狀態(tài)。值得注意的是，當風電機組處于通信中斷狀態(tài)時，整個風電機組會自動停機或需要值班人員手動停機，并立即通知檢修人員對風電機組進行故障檢修，在保證風電機組狀態(tài)信息完整的前提下，避免因系統(tǒng)后臺自動計算引發(fā)的數(shù)據(jù)誤差。

綜上所述，誘發(fā)風電機組不可用狀態(tài)的因素頗多，技術(shù)人員積極探索風電機組狀態(tài)與可靠性統(tǒng)計指標的對應(yīng)關(guān)系，并以智慧運營系統(tǒng)為支持，精準把握風電機組的日常運維管理內(nèi)容及檢修技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用策略，從而為推動電力生產(chǎn)運營的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

二、風電機組日常運維管理的主要內(nèi)容

（一）基礎(chǔ)運維設(shè)計

為切實保障風電機組的穩(wěn)定、安全運行，在落實風電機組日常運維工作時，運維技術(shù)人員應(yīng)嚴格風電機組運維的技術(shù)手段，定期對整個風電機組及其內(nèi)部的各種元部件進行全面、系統(tǒng)的巡視檢查和運維管理。一旦發(fā)現(xiàn)風電機組運行存在安全隱患，或者機械設(shè)備存在故障的情況，應(yīng)立即采取有效措施予以妥善處理，第一時間清除發(fā)電機組運行期間可能發(fā)生的安全事故，從而切實保證整個風電機組運行的可靠性及安全性。

（二）合理設(shè)計運維檢修規(guī)劃

根據(jù)當下的風電機組運維工作現(xiàn)狀不難發(fā)現(xiàn)，若風電機組的運維計劃不具備針對性與合理性，整個風電機組的運維管理將會投入大量的人力、物力和財力，甚至很可能會出現(xiàn)運維工作落實不到位、過度運維等現(xiàn)象，不利于風電機組的整體運行安全。與此同時，由于不同地區(qū)的風電機組運維要求存在較大的差異，并且很容易受到風電場四周空氣腐蝕性、風向變化頻率、降水量、湍流系數(shù)、極端天氣、空氣濕度、污穢等級等因素的影響。因此，要想確保風電機組的高效、安全保準，必須根據(jù)風電機組的實際運行情況，合理編制有針對性的運維管理及檢修計劃，并要求相關(guān)從業(yè)人員嚴格按照運維管理方案進行設(shè)備維修、檢修和管理工作，以便及時識別和解決風電機組運行期間可能存在的各類風險隱患，最大限度地減少維修工作重復。

（三）加強對風電機組的定期及日常維護

鑒于風電機組所處環(huán)境的特殊性，要想保證風電機組設(shè)備的持續(xù)、高效和穩(wěn)定運行，必須結(jié)合風電機組運維管理的實際情況，有針對性地加強對風電機組及其內(nèi)部各機械設(shè)備的定期保養(yǎng)及日常檢修維護工作。

首先，運維檢修人員應(yīng)嚴格按照風電機組運維檢修準則，認真檢查風電機組中的所有風機，并在每次檢修工作完結(jié)后進行準確記錄，通常風電機組的維修時間至少每半年或者一年開展一次。當然，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況合理調(diào)整風電機組運維檢修時間和頻率。

其次，在風電機組日常維護工作過程中，運維檢修人員應(yīng)認真檢查風電機組運行期間是否存在風機運行不暢問題、葉片有無破損問題、扭纜系統(tǒng)有無纏繞情況、潤滑系統(tǒng)有無出現(xiàn)漏油情況、風機連接處螺栓有無松動以及風電機組避雷系統(tǒng)接觸是否良好等故障，一旦發(fā)現(xiàn)風電機組存在上述問題，必須根據(jù)風電機組的不同故障類型及時采取診斷檢查和處理，從而切實保障風電機組正常運轉(zhuǎn)。

最后，針對處于自然環(huán)境較為惡劣區(qū)域的風電機組，要想有效避免風電機組在日常工作期間發(fā)生設(shè)備故障或運行異?，F(xiàn)象，運維檢修人員應(yīng)不定期對風電機組運行狀態(tài)進行巡視檢查，及時更換老化、破損的設(shè)備或元部件，并對整個風電機組進行全方位細致檢查，更好地清除風電機組運行期間可能發(fā)生的各類隱患，進而使風電機組運行的可靠性及安全性得到有效保障。

（四）基于智慧運營系統(tǒng)的風電機組可靠性指標分析

在現(xiàn)代化信息技術(shù)快速發(fā)展，為了更好地解決風電機組可靠性統(tǒng)計方面的難點問題，全面提升風電機組所有設(shè)備的安全性，可以依托大數(shù)據(jù)、人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等多種先進的現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，以電力生產(chǎn)設(shè)備管理為核心，以生產(chǎn)過程管理為抓手，積極構(gòu)建高效化的智慧運營系統(tǒng)，實現(xiàn)對風電機組運行數(shù)據(jù)的自動化采集、挖掘和處理，進而快速、精準地完成相應(yīng)的統(tǒng)計分析任務(wù)。不僅如此，根據(jù)不同風電機組的可靠性分析需求，技術(shù)人員應(yīng)從數(shù)據(jù)信息采集、處理的角度入手，通過對各項指標的拆解、分類和細化，實現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高效化、集成化處理，由此來提高相關(guān)數(shù)據(jù)資料的可靠性。

另外，當完成自動化數(shù)據(jù)采集與處理后，為了避免內(nèi)外部諸多因素對風電機組設(shè)備可靠性的負面影響，運維檢修人員應(yīng)立足未出試運行時期、質(zhì)保期內(nèi)運行時期、質(zhì)保期外運行時期等多個維度，運用非計劃停運率、可用系數(shù)等指標，基于智慧運營系統(tǒng)對風電機組的可靠性進行分析。

第一，在未出試運行時期，風電機組的可靠性較低，并且很容易出現(xiàn)設(shè)備存在致命缺陷的情況，因而在風電機組投產(chǎn)運行后的一段時間內(nèi)需要進行設(shè)備調(diào)試、試運行工作。

第二，根據(jù)風電機組生產(chǎn)廠家的不同，風電機組的質(zhì)保期也會存在較大的差異，通常是3～5年。所以如果風電機組設(shè)備在質(zhì)保期內(nèi)發(fā)生故障問題，風電機組的運維管理工作則由廠家負責，即使設(shè)備存在致命缺陷，所造成的損失也皆由生產(chǎn)廠家承擔。

第三，在風電機組出質(zhì)保期前，業(yè)主單位應(yīng)成立專門的驗收組對風電機組各設(shè)備運行情況驗收，并詳細記錄和簽名確認現(xiàn)場驗收的各項內(nèi)容，真正做好高難度、高危險系數(shù)的設(shè)備運維檢修工作。與此同時，由于不同廠家、不同型號風電機組的可靠性水平有所不同，為了方便直觀查閱風電機組型號和可靠性指標，可以利用非故障停運率和可用系數(shù)直接在報表信息管理系統(tǒng)中對不同單機容量的風電機組進行排序，在保證風電機組運行數(shù)據(jù)可靠性的前提下，為各大風電站選擇風電機組廠家、風電機組型號提供更加精準、更加可靠的參考依據(jù)。

三、風電機組運維管理中常見檢修技術(shù)的具體應(yīng)用

（一）故障診斷檢修技術(shù)

對于風電機組日常運維和檢修管理而言，故障診斷技術(shù)是當下比較常見且應(yīng)用效果最為顯著的一種技術(shù)手段，主要是指在開展風電機組裝置檢修工作過程中，對整個風電機組進行科學、合理的故障診斷，并采取檢修方案予以妥善處理。鑒于風電機組各設(shè)備系統(tǒng)的特殊性，在開展故障診斷作業(yè)時，可以在故障樹模型與模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的支持下，對風電機組運行故障部門進行智能化診斷分析，并基于小波分析相關(guān)理論和多元特征決策融合理論，精準判斷風電機組發(fā)生的故障類型及其誘因。然后根據(jù)風電機組設(shè)備的運轉(zhuǎn)特性，利用計算機技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)搭建相對完善的SCADA 系統(tǒng)，以實現(xiàn)對風電機組各設(shè)備運行數(shù)據(jù)的實時采集、動態(tài)分析、智能監(jiān)控以及自動化預警，進一步提高風電機組的運維檢修水平，盡可能地減少和控制各類風險隱患。

（二）狀態(tài)檢測技術(shù)

在以往的風電機組運維管理模式下，絕大多數(shù)風電場的運維檢修工作多集中在事后維修。但是伴隨著各地區(qū)風電新增裝機容量的大幅度增加，傳統(tǒng)的事后檢修模式已經(jīng)難以適應(yīng)當下風電機組運維管理現(xiàn)實需求，并且很容易產(chǎn)生高昂的檢修費用，甚至會對檢修人員的生命健康構(gòu)成威脅。而狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在風電機組運維管理中的科學運用，可以有效解決上述問題。

具體來講，狀態(tài)檢測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢集中體現(xiàn)在以下四個方面：一是可以實現(xiàn)對風電機組進行油液檢測、振動分析和熱成像檢測分析；二是可以及時檢查風電機組的風機性能；三是實時監(jiān)測風電機組運行過程產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)；四是檢測風電機組的物理狀態(tài)，并通過利用傳感器、聲發(fā)射、應(yīng)變測量、電學效應(yīng)檢測等新興技術(shù)，精準檢測風電機組是否存在葉片故障問題以及變槳系統(tǒng)的實際運行狀態(tài)。除此之外，通過對不同傳感器的振動分析，可以直觀檢測風電機組中齒輪箱的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，以便及時識別風電機組運行期間可能發(fā)生的齒輪裂縫故障，并采取行之有效的解決措施予以處理，從而切實保證整個風電機組安全、高效運轉(zhuǎn)。

（三）虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)

鑒于風電機組運維檢修本身是一項兼具較強專業(yè)性、嚴謹性和復雜性的系統(tǒng)工程，要想有效避免各類運維事故，必須合理運用虛擬現(xiàn)實VR技術(shù)，綜合利用風電機組日常運行產(chǎn)生的各項數(shù)據(jù)信息，創(chuàng)建沉浸式虛擬場景，引導工作人員佩戴VR立體頭盔在虛擬場景中進行互動體驗，由此來增強工作人員的安全生產(chǎn)意識，提高工作人員的應(yīng)急處理能力，盡可能地減輕各種突發(fā)事故對風電機組系統(tǒng)造成的不利影響。例如，在模擬觸電事故、墜落事故、中暑事故等場景時，各風電場可基于VR技術(shù)對上述場景進行仿真模擬，運維檢修人員可通過操作計算機系統(tǒng)或觸摸顯示屏直觀了解風電機組各設(shè)備的運行規(guī)律及運行機理，這樣不僅可以提高崗位技能水平，還能夠為后續(xù)開展風電機組運維及檢修工作提供強有價值的經(jīng)驗指導。

（四）視覺化技術(shù)

在風電機組日常運維及檢修工作過程中，為了更好地保障風電機組的安全、持續(xù)、高效運轉(zhuǎn)，必須科學運用視覺化技術(shù)，基于風電機組實際安裝情況搭建與之對應(yīng)的3D模型。通過3D模型的動態(tài)演示，直觀觀察、了解和分析風電機組不同部件之間的關(guān)系，并以此為依據(jù)擬定科學化的運維管理方案，以便為后續(xù)開展運維檢修工作提供一定的有效指導。與此同時，在分析發(fā)電單元的系統(tǒng)時，運維檢修人員可利用建模技術(shù)構(gòu)建系統(tǒng)的動畫模型，并追加制作部件，以此來評估風電機組運轉(zhuǎn)方案的可行性，從而切實保證整個風電機組的運行效果和運行質(zhì)量。

（五）數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控技術(shù)

為了進一步提高風電機組日常運維及檢修質(zhì)量，運維檢修人員應(yīng)注重數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控技術(shù)在風電機電系統(tǒng)中的高效應(yīng)用。

首先，在風電機組狀態(tài)檢修階段，合理應(yīng)用數(shù)據(jù)采集技術(shù)，全面整合風電機組運行溫度、風速、功率、油冷系統(tǒng)運行情況、風電故障類型等關(guān)鍵信息，精準評估風電機組各設(shè)備的實際運行情況，以便為后續(xù)開展風電機組運維檢修工作提供一定的數(shù)據(jù)參考。與此同時，考慮到風電機組運行的特殊性，還應(yīng)科學運用在線監(jiān)測技術(shù)，加強對軸承組和發(fā)電機運行情況的實時、遠程監(jiān)控，以實現(xiàn)對整個發(fā)電機組的科學化管理，最大限度地保證風電機組的運行效率及運營效益。

其次，要想防范化解風電機組運行故障問題，切實保障風電機組運行的安全系數(shù)，既要對風電機組各設(shè)備的運行情況進行預測分析，由此識別各種故障問題，還應(yīng)在大數(shù)據(jù)技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)的支持下高效采集發(fā)電裝置的運行參數(shù)，如發(fā)電機溫度、齒輪軸承溫度等信息，通過構(gòu)建與之對應(yīng)的預測模型，方便檢修人員在第一時間識別設(shè)備運行的異常情況，并根據(jù)故障類型提出行之有效的應(yīng)對措施，盡可能地減輕對風電機組的破壞。

最后，為了切實保證風電機組日常運維及檢修工作開展的實效性，還應(yīng)建立完善的系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)庫，加強對風電機組運行全過程數(shù)據(jù)信息的實時采集和整理，在有效降低風電機組故障率的同時，最大限度地保證整個風電機組正常發(fā)電。

四、結(jié)語

綜上所述，為了全面推進風力發(fā)電行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，必須高度重視風電機組日常運維及檢修技術(shù)的分析研究，明確風電機組日常運維管理的主要內(nèi)容，精準把握不同運維檢修技術(shù)的應(yīng)用要點，并基于風電機組使用期間可能發(fā)生的設(shè)備異常或故障問題，通過合理選擇風電運維檢修技術(shù)、優(yōu)化風力發(fā)電運維檢修流程、加大風電機組日常巡視檢查力度等措施，不斷提高風電機組的安全性和運維管理水平，確保其始終保持正常、高效、穩(wěn)定的作業(yè)狀態(tài)，從而助力風力發(fā)電行業(yè)發(fā)展。

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