（大唐新能源蒙西公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性建模與維修策略研究

樊浩江

（大唐新能源蒙西公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000）

風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電是清潔能源，在發(fā)電系統(tǒng)中所占的比例將會(huì)越來(lái)越大。本文結(jié)合當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電的實(shí)際情況，對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組維修策略與可靠性建?；ハ嘟Y(jié)合進(jìn)行研究。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；可靠性；建模與維修

風(fēng)能是發(fā)展最快的提供電力的能源，它取之于大自然，是可再生能源，利用風(fēng)能對(duì)環(huán)境有很大的保護(hù)力度。

1 風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀

我國(guó)在風(fēng)力發(fā)電上的研究較晚，目前為止還沒(méi)有比較成熟的預(yù)測(cè)故障的技術(shù)。設(shè)備運(yùn)行的成本相對(duì)較高，并且維護(hù)的成本也很高，所以對(duì)于比較大的零件定期維護(hù)是一種被廣泛采用的方式。

聯(lián)軸器、高速軸、齒輪箱、主軸軸承以及主軸互相組成了風(fēng)電機(jī)組中的轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)。能量進(jìn)行傳遞主要就是靠這些部件，另外還能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)能的轉(zhuǎn)換，這些零件就是關(guān)鍵的零件，能夠幫助實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電。但是由于零件的運(yùn)行狀態(tài)是一種變載荷變速的模式，因此齒輪箱往往也是設(shè)置在傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中的，發(fā)生故障頻率最高的就是聯(lián)軸器和主軸軸承，如果沒(méi)有檢測(cè)合格就使其運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)巨大的損失。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的一般使用壽命是20年，但是只是針對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)的，很多時(shí)候由于情況特殊，其使用壽命還不到10年。

構(gòu)成風(fēng)機(jī)傳動(dòng)鏈的三大部件分別為齒輪箱、發(fā)電機(jī)和主軸/軸承。齒輪箱是造成風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)的主要原因，尤其是在這三大部件中。風(fēng)能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件就是齒輪箱，發(fā)電機(jī)得到一定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，就是通過(guò)這個(gè)非常重要的機(jī)械部件，因?yàn)樗矊儆趥鲃?dòng)系統(tǒng)中一部分，風(fēng)輪捕獲到的風(fēng)能通過(guò)它傳遞給其他的部件。

風(fēng)力資源相對(duì)較好的位置就是海邊、高山、荒漠，這個(gè)機(jī)器組通常情況下安裝在此。這個(gè)機(jī)器組一旦發(fā)生故障，維修難度較大。因?yàn)樽匀画h(huán)境比較惡劣，往往都是酷暑和嚴(yán)寒這樣極端氣候條件，同時(shí)還伴隨著強(qiáng)烈的風(fēng)力沖擊。這組機(jī)器的維護(hù)資源和合理安排情況能夠得到很合理的改善，當(dāng)然還需要注意的就是成本的控制，這就要求新能源的不斷引進(jìn)，同時(shí)也為機(jī)器的檢修奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)運(yùn)行的數(shù)據(jù)，檢測(cè)齒輪箱故障的發(fā)生部位以及是否存在故障主要是通過(guò)采取振動(dòng)的數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)往往位于齒輪箱和軸承上?？梢杂行p少設(shè)備發(fā)生故障的次數(shù)，從而避免重大故障的發(fā)生，提高設(shè)備的可靠性。

2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可靠性建模

有些策略并不是很全面，比如優(yōu)化發(fā)電機(jī)組裝置的運(yùn)行維護(hù)策略、風(fēng)力發(fā)電整機(jī)系統(tǒng)的可靠性研究等都沒(méi)有達(dá)到需要的數(shù)量，并且控制技術(shù)是目前研究工作的主要研究方向。優(yōu)化裝置的運(yùn)行維護(hù)措施以及裝置的可靠性量化評(píng)估，有著非常重要意義，決定著裝置的運(yùn)行狀態(tài)。

可靠性分析是基于先前的經(jīng)驗(yàn)，有助于對(duì)機(jī)械電力設(shè)備或系統(tǒng)做出有效的狀態(tài)預(yù)測(cè)，風(fēng)力發(fā)電目前正在作為一個(gè)高饋入發(fā)電系統(tǒng)中的一員，在未來(lái)所占的電量供給份額還將不斷擴(kuò)大，為應(yīng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的高速發(fā)展，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的可靠性研究是極其重要的。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組是一種隨機(jī)的概念，同時(shí)也是一種特殊的過(guò)程，往往運(yùn)用在概率的統(tǒng)計(jì)上，馬爾可夫過(guò)程可用于模型的構(gòu)建，可靠性比較強(qiáng)。能夠描述相互轉(zhuǎn)移的過(guò)程，還能夠描述系統(tǒng)在開(kāi)始運(yùn)行前后的狀態(tài)，之前的狀態(tài)與之后的狀態(tài)沒(méi)有什么必然聯(lián)系，并且下一個(gè)狀態(tài)的概率能夠被確定，只要知道了前一個(gè)狀態(tài)的概率就可以。這種隨機(jī)的狀況也是可以用馬爾可夫過(guò)程描述的，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)建模有一種非常有利的過(guò)程就是馬爾可夫過(guò)程。有三種假設(shè)是在應(yīng)用這種可靠模型需要知道的假設(shè)。首先就是兩種可以互相轉(zhuǎn)換的狀態(tài)，其次就是狀態(tài)的相互獨(dú)立性，最后就是修復(fù)成功率一般都是參數(shù)，這些假設(shè)都是在系統(tǒng)發(fā)生故障和系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)都合理的。

3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的維修策略

3.1 傳統(tǒng)維修方式

新的中心維修理論也是在傳統(tǒng)維修理論的基礎(chǔ)上建立的，維修方式主要包括三類，有更改設(shè)計(jì)的、事后維修的、預(yù)防性維修的。其中預(yù)防性維修又由隱患檢測(cè)、定期維修、視情維修(狀態(tài)維修)所組成。

進(jìn)行計(jì)劃維修要根據(jù)固定累計(jì)工作時(shí)間和規(guī)定的間隔期來(lái)決定，還要充分的認(rèn)識(shí)故障模式發(fā)生的規(guī)律。

這種維修方法優(yōu)勢(shì)在于可提前安排維修計(jì)劃，有利于保持設(shè)備的安全可靠性，減少停運(yùn)損失，降低了維修的成本。但是這樣會(huì)使得維修活動(dòng)增加，從而存在不必要的維修工作，維修次數(shù)提高，不能充分利用設(shè)備的能力，最終很難得到發(fā)生故障時(shí)的數(shù)據(jù)。

事后維修方式是在故障已經(jīng)發(fā)生后再采取措施使其恢復(fù)到規(guī)定技術(shù)狀態(tài)的一種維修活動(dòng)，適用于風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)低的故障，相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格低廉、維修的成本相對(duì)較低，但是會(huì)造成停機(jī)損失，在維修中需要大批備用器件;可能引起故障的再次發(fā)生。

更改設(shè)計(jì)的維修方式是通過(guò)重新設(shè)計(jì)機(jī)器結(jié)構(gòu)，從而使維修根本上變得更加容易或直接消除機(jī)器的缺陷，這種設(shè)計(jì)修改的方式經(jīng)常有效而且花費(fèi)的費(fèi)用相對(duì)較低，但是這種方式也有缺陷，就是設(shè)計(jì)改進(jìn)工作會(huì)影響機(jī)組的日常維修進(jìn)程。

3.2 對(duì)于風(fēng)機(jī)組模式故障樹(shù)底事件的維修

合適的維修策略是用于處理故障樹(shù)底事件的，并且故障主要針對(duì)于風(fēng)電機(jī)組而言，維修的難度是主要的參考系數(shù)，并且維修手段比較多，主要有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候選擇維修的時(shí)機(jī)、在線進(jìn)行維修，還有就是事后立刻進(jìn)行維修。有時(shí)還需要更換新的部件，因?yàn)閾p壞的程度和設(shè)備的重要地位不同，因此在進(jìn)行事后維修時(shí)就要參考不同的因素，底事件的解決往往是使用在線調(diào)控的手段，比較具有針對(duì)性。還有一種情況就是進(jìn)行檢修和維護(hù)工作，這時(shí)就需要對(duì)進(jìn)入機(jī)艙的機(jī)會(huì)和時(shí)間進(jìn)行確認(rèn)，然后由檢修人員進(jìn)行檢修。故障發(fā)生的重要程度和依據(jù)是檢修的主要參考因素，還有要?jiǎng)澐志S修的類別和程度，保證不同性質(zhì)的底事件都得到了劃分。還有要將維修策略與之結(jié)合，保證不同程度的故障都得到了確定。表示的結(jié)果也隨著不同的統(tǒng)計(jì)有所改變。

相對(duì)來(lái)說(shuō)概率等級(jí)較高的該類底事件，屬于一類底事件，一類事件也是最可能導(dǎo)致該故障模式發(fā)生。維修事件和維護(hù)修復(fù)類事件都需要積極的維修，還需要積極準(zhǔn)備。在線維修的方式主要是針對(duì)于開(kāi)關(guān)復(fù)位等可在線調(diào)控的底事件，事后進(jìn)行維修主要應(yīng)用于有機(jī)會(huì)進(jìn)行提前檢修的情況下。為了避免故障過(guò)后發(fā)生，就要選擇機(jī)會(huì)進(jìn)行檢修，尤其是對(duì)于失效異常類事件，或者也可以進(jìn)行維修處理在潛在發(fā)生階段，主要是針對(duì)于底事件來(lái)說(shuō)的。更改設(shè)計(jì)的維修主要應(yīng)用于安裝原因造成某底事件或者是機(jī)器的設(shè)計(jì)發(fā)生的故障。為了消除持續(xù)影響，往往會(huì)選擇進(jìn)行重新安裝，重新設(shè)計(jì)該部件結(jié)構(gòu)，重新選擇材料，有時(shí)也會(huì)直接選擇在線維修。

機(jī)器發(fā)生故障有可能是隨機(jī)的條件導(dǎo)致的，也有可能是運(yùn)行條件不正?；蛘吖ぷ髑闆r不正常導(dǎo)致的，還有可能是環(huán)境的影響，因此這些事件的發(fā)生都是不定的。發(fā)生概率不高的事件，往往就是設(shè)計(jì)安裝類事件和維修修復(fù)類事件，還有一種直接的原因就是機(jī)器本身存在故障，所以可以選擇事后進(jìn)行維修。實(shí)際的影響和情況能夠決定失效部件的處理方式，事后維修主要是看選擇機(jī)會(huì)的正確性，也有機(jī)會(huì)進(jìn)行檢修，并且在線維修工作主要就是針對(duì)于底事件來(lái)說(shuō)的。

對(duì)于三類底事件最主要原因一般也不是造成機(jī)器故障模式發(fā)生的，而且發(fā)生的個(gè)概率不高，不足1%。這樣一來(lái)事后維修又成了比較好的選擇措施，但是具體使用哪一種維修策略，還是要結(jié)合具體情況進(jìn)行分析。

4 結(jié)語(yǔ)

電的使用讓我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，我們?cè)谑褂秒?、生產(chǎn)電的同時(shí)也在注重環(huán)境和能源的保護(hù)，火力發(fā)電用到的煤炭資源是不可再生的，而風(fēng)能和太陽(yáng)能是可再生的，我們應(yīng)該致力于新能源的研究，在讓我們生活變得便捷的同時(shí)，環(huán)境也不會(huì)遭到破壞。

[1]羅聽(tīng).大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電動(dòng)變槳距控制的研究[D].河北工業(yè)大學(xué)，2014.

[2]都爍然，高麗新，胡志棟，姜繼海.基于AN-SYS的風(fēng)機(jī)蓄能器抱箍疲勞分析[J].森林工程，2014，30 (4):110-112+116.

[3]彭華東，陳曉清，任明.風(fēng)電機(jī)組故障智能診斷技術(shù)及系統(tǒng)研究[J]電網(wǎng)與清潔能源，2015, 27(2):61一66.

[4]高揚(yáng)，于會(huì)群，張浩，等.變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)控制仿真[J].電力科學(xué)與工程，2016, 30 (2):1一6.

[5]姜學(xué)蕾.基于馬爾可夫過(guò)程的電力設(shè)備檢修優(yōu)化決策[D].濟(jì)南:山東大學(xué)，2015.

[6]李景祿，李青山.電力系統(tǒng)狀態(tài)檢修技術(shù)[M].北京:中國(guó)水利水電出版社，2015.

TM315

：A

：1671-0711（2017）08（上）-0067-02