喬中亞

（國華（東臺）風(fēng)電有限公司，江蘇東臺224200）

我國發(fā)展并網(wǎng)風(fēng)電始于1990年，到2008年底全國風(fēng)電累計裝機(jī)容量達(dá)1221萬kW，超過丹麥，成為世界第四風(fēng)電大國。根據(jù)有關(guān)專家預(yù)測，我國風(fēng)電2010年可達(dá)到2500 萬kW，國家制定的2020年風(fēng)電裝機(jī)3000 萬kW的目標(biāo)有可能在2011年實現(xiàn)。如此大規(guī)模的風(fēng)電場建成投運(yùn)后，必然帶來成千上萬臺的風(fēng)機(jī)設(shè)備和變配電設(shè)備的檢修問題。由于風(fēng)電場不同于常規(guī)電網(wǎng)和電廠，因此其設(shè)備檢修也具備一定的獨(dú)特性，探索思考適合風(fēng)電場的設(shè)備檢修方式十分必要。

1 設(shè)備的計劃檢修與狀態(tài)檢修

長期以來我國電力企業(yè)實行的檢修體制是以預(yù)防性計劃檢修為主的檢修體制，它包括了設(shè)備的大修、小修及定期維護(hù)。這種計劃經(jīng)濟(jì)下形成的檢修體制，曾對消除缺陷，滿足電力企業(yè)的安全運(yùn)行起到過有效的促進(jìn)作用。但其也有明顯弊端，主要表現(xiàn)在檢修頻繁、過維修、欠維修及盲目維修等，浪費(fèi)了大量的人力、物力、財力。隨著企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的需要和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，許多電力企業(yè)開始在檢修體制優(yōu)化方面進(jìn)行了變革，在部分系統(tǒng)開始實施狀態(tài)檢修。

狀態(tài)檢修是以設(shè)備狀態(tài)為基礎(chǔ)，根據(jù)對潛伏性故障的離線測量和在線監(jiān)測結(jié)果。結(jié)合巡檢數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)等，對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)評估，并以此來指導(dǎo)安排設(shè)備檢修周期和項目的維修問題。狀態(tài)檢修通過對設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、運(yùn)行情況、試驗結(jié)果等情況綜合分析，確定設(shè)備是否需要檢修，檢修中需要進(jìn)行哪些項目，具有很強(qiáng)的針對性，可以取得較好的檢修效果。對于狀態(tài)好的設(shè)備可以延長檢修周期，從而節(jié)省大量的人力、物力和財力。狀態(tài)檢修能有效地避免周期性定期檢修帶來的過維修和欠維修，克服了定期檢修的盲目性，充分保證設(shè)備的安全性和可利用率，符合電力生產(chǎn)安全為基礎(chǔ)、效益為中心的原則和國家的政策要求。

2 風(fēng)電場設(shè)備檢修的基本思路

因目前作為電氣設(shè)備狀態(tài)評估所需的檢測技術(shù)，特別是在線監(jiān)測的技術(shù)和裝置等方面，還遠(yuǎn)未達(dá)到實用化水平。在這種情況下，完全實行狀態(tài)檢修在具體實施中還有相當(dāng)大的風(fēng)險和困難。因此，風(fēng)電場的設(shè)備檢修考慮采用計劃檢修與狀態(tài)檢修相結(jié)合，逐步過渡到狀態(tài)檢修的方式。

風(fēng)電場的設(shè)備主要由站內(nèi)電氣設(shè)備和站外風(fēng)機(jī)及架空線路（或電纜）組成。站內(nèi)涉網(wǎng)設(shè)備影響到電網(wǎng)的安全，因此對設(shè)備健康狀況的要求更高。對電氣設(shè)備尤其是涉網(wǎng)的主設(shè)備（如主變、斷路器、電壓互感器、電流互感器）完全實行狀態(tài)檢修，在具體實施中還有相當(dāng)大的風(fēng)險和困難。因此，對風(fēng)電場升壓站內(nèi)的電氣設(shè)備進(jìn)行定期檢修、做預(yù)防性試驗工作仍然要作為目前電氣設(shè)備主要的檢修方式。但是，在實際檢修工作中可以針對電網(wǎng)中電氣設(shè)備的故障情況，通過對故障原因的分析，制定相應(yīng)技術(shù)措施，采取主動檢修的形式，對電氣一次設(shè)備進(jìn)行檢修和做預(yù)防性試驗，以此來發(fā)現(xiàn)缺陷，消除隱患。從這方面看，這種定期檢修是在原來計劃檢修上的一種改進(jìn)，是狀態(tài)檢修的一種初級形式?，F(xiàn)階段風(fēng)電場變電站內(nèi)設(shè)備的檢修可實行定期檢修為主，定期檢修與狀態(tài)檢修相結(jié)合，逐步向狀態(tài)檢修過渡的檢修模式。

站外的風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要由電氣部分和機(jī)械部分組成，因其地處野外多風(fēng)沙的地方，設(shè)備工作環(huán)境十分惡劣。風(fēng)電的另一特點(diǎn)就是分布區(qū)域廣，1個10萬kW的風(fēng)電場分布的范圍有20～30 km2之廣。設(shè)備管理人員很難做到像火電設(shè)備那樣頻繁的巡回檢查。因此，對風(fēng)電設(shè)備采取定期維護(hù)與狀態(tài)檢修相結(jié)合的檢修方式是可行的。通過半年期或一年期維護(hù)保持風(fēng)機(jī)潤滑系統(tǒng)正常、檢查螺栓是否松動等情況，從而使風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過在線監(jiān)測和離線監(jiān)測相結(jié)合的手段，對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)合日常數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和平時積累的數(shù)據(jù)就可以掌握每臺風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀況，從而有針對性對風(fēng)機(jī)檢修時間和周期進(jìn)行決策，在故障發(fā)生前提前進(jìn)行檢修處理，進(jìn)而降低維護(hù)成本和電量損失，避免重大設(shè)備損壞事故的發(fā)生。

3 從計劃檢修過渡到狀態(tài)檢修要做的幾項工作

3.1 數(shù)據(jù)收集和分析工作

風(fēng)機(jī)的控制系統(tǒng)有較為齊備的運(yùn)行信息，如功率、電流、風(fēng)速、電機(jī)溫度、齒輪箱油溫、軸承溫度等實時量，利用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)在不增加設(shè)備的情況下，就可以收集分析風(fēng)電場的各類技術(shù)信息，例如：風(fēng)電機(jī)組的當(dāng)前狀況、實際可利用率、實際功率特性、故障紀(jì)錄、故障報警，進(jìn)而對風(fēng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，掌握風(fēng)機(jī)的健康狀況，為確定何時進(jìn)行檢修提供決策依據(jù)。

3.2 風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測工作

3.2.1 在線檢測

狀態(tài)檢修要求在設(shè)備出現(xiàn)故障之前，及時提出檢修請求，避免故障停機(jī)和不必要的負(fù)荷擾動，最大程度地提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性、經(jīng)濟(jì)性。顯然，狀態(tài)檢修需要對機(jī)組設(shè)備的性能參數(shù)，運(yùn)行情況進(jìn)行連續(xù)跟蹤和分析。其中一個重要的途徑就是利用實時監(jiān)測系統(tǒng)的有關(guān)信息和工具。對變電站內(nèi)的設(shè)備，如避雷器在線監(jiān)測、變壓器油中H2在線監(jiān)測、絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)、氣體絕緣組合電器設(shè)備（GIS）在線監(jiān)測等系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中應(yīng)用已較為廣泛。

經(jīng)過幾年的發(fā)展，風(fēng)機(jī)的在線監(jiān)測系統(tǒng)國際國內(nèi)市場上已有較為成熟的產(chǎn)品，德國各大風(fēng)電場都將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)看作風(fēng)電廠維修的重要組成部分，而Vestas、REpower、Suzlon等全球領(lǐng)先的各大風(fēng)電設(shè)備供應(yīng)商也將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)看作自身設(shè)備的保障，往往在出廠前就在其風(fēng)電設(shè)備上安裝了相應(yīng)的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)主要有瑞典的SKF、德國西門子等。該系統(tǒng)可以檢測到齒輪箱齒輪嚙合問題、軸彎曲、機(jī)械松動、塔筒振動、葉片振動、電氣故障、共振問題、精確診斷頻發(fā)的軸承問題等。

考慮到安裝費(fèi)，可以選擇在每種類型的風(fēng)機(jī)上安裝2～3套，有條件可多裝一些，其他沒有安裝的風(fēng)機(jī)可以在精密點(diǎn)檢時通過離線巡檢儀器檢測。實現(xiàn)振動監(jiān)測、故障診斷，直接給出專家分析結(jié)果，給設(shè)備維護(hù)提供直接可靠的信息。

下面以SKF的在線監(jiān)測系統(tǒng)WindCon3.0和離線監(jiān)測系統(tǒng)Microlog為例，說明其功能與特點(diǎn)。

通過將SKF WindCon3.0在線監(jiān)測系統(tǒng)和Microlog便攜式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)集成到風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)行和維修管理工作中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的操作者可以實現(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主動性維護(hù)。換言之，通過監(jiān)控，可預(yù)測何時對風(fēng)力發(fā)電機(jī)實施必要的維護(hù)，這使得可以更準(zhǔn)確和更有效地安排維護(hù)工作；另外，當(dāng)需要維修和維護(hù)時，風(fēng)場需聘請維修人員，租借大型吊車，采購更換的備件，通過使用SKF WindCon3.0在線監(jiān)測系統(tǒng)和Microlog便攜式數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行在線和離線監(jiān)測，風(fēng)場可以將多次的維修合并到一起，通過追蹤風(fēng)力發(fā)電機(jī)的失效模式，可以延長風(fēng)機(jī)的維修間隔。通過追蹤風(fēng)機(jī)的狀態(tài)，風(fēng)場可以預(yù)測風(fēng)機(jī)繼續(xù)運(yùn)行的時間，從而延長風(fēng)機(jī)的服務(wù)和維修間隔。

在線監(jiān)測系統(tǒng)WindCon3.0和離線監(jiān)測系統(tǒng)Microlog可以監(jiān)測以下任何故障：

（1）風(fēng)機(jī)葉片不平衡；

（2）不對中；

（3）軸彎曲；

（4）機(jī)械松動；

（5）基礎(chǔ)簿弱；

（6）軸承狀態(tài)；

（7）齒輪缺陷和破損；

（8）發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子故障；

（9）共振問題；

（10）潤滑不良。

SKF在某一風(fēng)電場安裝的在線檢測系統(tǒng)示意如圖1所示。

圖1 在線檢測系統(tǒng)

智能數(shù)據(jù)采集單元IMx-W安裝在每臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)的機(jī)房內(nèi)，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)（主軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)）預(yù)先選定的位置上安裝振動加速度傳感器、轉(zhuǎn)速計等傳感器，傳感器將其采集的信號通過鎧裝屏蔽電纜接入到IMx-W，IMx-W將處理完的數(shù)據(jù)通過有線（TCP/IP協(xié)議）或無線（CDMA）網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到各風(fēng)場的辦公室或控制室。

每個風(fēng)場均設(shè)置有服務(wù)器，在服務(wù)器中安裝有SKF@ptitude Observer軟件，用于接收風(fēng)力發(fā)電機(jī)上IMx-W傳送過來的數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)存儲于SQL Server數(shù)據(jù)庫中。

3.2.2 離線檢測

現(xiàn)有的主要離線儀器主要有測振儀、離線巡檢儀、鉗型電流表、油樣分析、紅外熱成像儀和非接觸式紅外測溫槍等。離線檢測一是要充分利用在線系統(tǒng)中配備的離線檢測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)輸入分析系統(tǒng)進(jìn)行分析，及時發(fā)現(xiàn)劣化趨勢；二是利用紅外檢測技術(shù)，遠(yuǎn)紅外熱成像儀是在設(shè)備帶電狀態(tài)下進(jìn)行檢測的有效手段，可發(fā)現(xiàn)高壓設(shè)備接頭發(fā)熱、變壓器箱體渦流損耗、輸電線路、高壓電機(jī)引線發(fā)熱、端子排端子發(fā)熱、電路板發(fā)熱等。引入遠(yuǎn)紅外熱成像技術(shù)應(yīng)用到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障預(yù)診斷系統(tǒng)中來，作為對在線監(jiān)測的補(bǔ)充，對發(fā)生的故障過程進(jìn)行記錄、分析不可預(yù)知的故障，有利于狀態(tài)監(jiān)測的發(fā)展。

3.2.3 建立計算機(jī)設(shè)備管理信息平臺以逐步構(gòu)建檢修決策系統(tǒng)

要科學(xué)地組織設(shè)備檢修，必須對設(shè)備的運(yùn)行及狀態(tài)信息進(jìn)行分析處理進(jìn)而做出檢修決策。由于設(shè)備管理信息量十分龐大，單靠紙張作業(yè)既不經(jīng)濟(jì)效率也低，應(yīng)充分利用成熟的計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行管理，開發(fā)分析決策系統(tǒng)，建立計算機(jī)設(shè)備管理平臺。設(shè)備管理信息平臺建立后，生產(chǎn)系統(tǒng)可以利用這一平臺查閱有關(guān)生產(chǎn)信息，建立健全劣化傾向管理，在定期或不定期對設(shè)備進(jìn)行精密點(diǎn)檢基礎(chǔ)上，對設(shè)備劣化的數(shù)據(jù)記錄統(tǒng)計分析，找出劣化規(guī)律，掌握其達(dá)到極限值的時間，從而在信息平臺上構(gòu)建起檢修決策系統(tǒng)，實行狀態(tài)檢修。

3.3 加強(qiáng)檢修質(zhì)量管理與推進(jìn)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

設(shè)備的可靠運(yùn)行離不開良好的檢修質(zhì)量，要實行狀態(tài)檢修，在檢修管理上應(yīng)加強(qiáng)檢修質(zhì)量管理，推行1SO-9000質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全、健康、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，建立一套適合風(fēng)電場實際的全面質(zhì)量管理辦法和管理體系，使檢修質(zhì)量管理逐步走向標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。同時，各風(fēng)電場要編制出設(shè)備維修作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備維修技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備給油脂標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備精密點(diǎn)檢標(biāo)準(zhǔn)，確保工作質(zhì)量。

4 結(jié)束語

風(fēng)電場的設(shè)備檢修應(yīng)采用計劃檢修與狀態(tài)檢修相結(jié)合，逐步過渡到狀態(tài)檢修的方式。狀態(tài)檢修在風(fēng)電領(lǐng)域是一項帶有創(chuàng)新意義的開拓性工作，沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗。為保證風(fēng)電場的安全生產(chǎn)和減少檢修成本，從而在新的形勢下最大程度地提高風(fēng)電場的盈利能力，風(fēng)電場應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，打破計劃經(jīng)濟(jì)時檢修體制帶來的束縛，綜合考慮設(shè)備狀態(tài)信息及設(shè)備對系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面的影響，積極開展適合風(fēng)電特點(diǎn)的狀態(tài)檢修工作，為我國風(fēng)電事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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