吳 巍
(華能新能源股份有限公司蒙東分公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000)
目前,隨著世界各國對環(huán)境污染的重視不斷加強,清潔能源需求更加強烈,因此清潔能源發(fā)展不斷加快。風力發(fā)電作為清潔能源最主要的組成部分,應(yīng)用前景廣闊。國內(nèi)風力發(fā)電機組的單機容量已從最初的幾十千瓦發(fā)展為今天的兆瓦級,風電場也由初期的數(shù)百千瓦裝機容量發(fā)展為數(shù)十萬千瓦裝機容量的大型風電場。隨著風電場裝機容量的逐漸增大和風電在電力網(wǎng)架中的比例不斷升高,風電場的智能運行維護逐步成為一個新的課題。
隨著人工智能、圖像識別等技術(shù)的飛速發(fā)展,加強其在風電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用,構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)全景化、數(shù)據(jù)分析智能化、設(shè)備管理精益化風電場變得不再遙不可及,最終實現(xiàn)風電場集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風場建設(shè),達到企業(yè)精準、精細、經(jīng)濟化的管理要求,從而提高企業(yè)的核心競爭力。
風電場的運維主要包括風力發(fā)電機組、升壓站變電、配電設(shè)備和輸電線路等設(shè)備的巡檢與維護工作。
1.1.1 風力發(fā)電機組
通過中控室的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視風力發(fā)電機組的各項參數(shù)變化及運行狀態(tài)。當發(fā)現(xiàn)異常變化趨勢時,通過監(jiān)控程序的單機監(jiān)控模式連續(xù)監(jiān)視該機組的運行狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)的變化情況,并根據(jù)實際情況采取相應(yīng)的處理措施,預(yù)防設(shè)備損毀、風機停運等事故的發(fā)生。
定期到每臺風機的現(xiàn)場將風機停止運行,不僅要通過目視觀察等直觀方法對風力發(fā)電機組外觀進行巡檢,還要耗費大量時間登上風機機艙對其內(nèi)部設(shè)備運行狀況進行巡檢。若發(fā)現(xiàn)故障隱患,及時報告處理,查明原因,排除隱患,避免事故發(fā)生,減少經(jīng)濟損失。
1.1.2 升壓站變電及配電設(shè)備
運行人員除通過中控室監(jiān)控系統(tǒng)對升壓站設(shè)備的運行狀態(tài)、運行數(shù)據(jù)、事件信息監(jiān)控以外,還要定期巡檢升壓站變電及配電設(shè)備,記錄設(shè)備運行狀態(tài),根據(jù)運行記錄制定相關(guān)的維護工作計劃檢修維護設(shè)備。
1.1.3 集電線路
風電場地理位置偏僻、地形復(fù)雜、氣象條件惡劣、交通不便,一般采用人員登高或借助望遠鏡進行巡檢,檢查線路上設(shè)備是否存在缺陷。同時,由于風電場的線路較桿塔位置分布較分散,設(shè)備負荷變化較大,無規(guī)律,且設(shè)備高負荷運行時氣象條件往往比較惡劣,輸送可靠性存在隱患。這時需要巡檢人員加大巡視檢查的力度,確保集電線路的安全穩(wěn)定運行。以上情況使得集電線路的運維工作難度大,耗時長,安全風險高。
綜上所述,傳統(tǒng)的風電場運維方式主要依托人員巡檢和后臺監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測的方式實現(xiàn)。這種運維方式過度依賴大量的專業(yè)人員,不但人員成本高,安全風險高,而且受各種條件限制存在巡檢盲區(qū),導(dǎo)致部分缺陷無法及時發(fā)現(xiàn)和消除,降低設(shè)備運行可靠性而存在安全隱患,嚴重時甚至引發(fā)運行事故,導(dǎo)致整個風電場退出運行,最終對電網(wǎng)整體架構(gòu)的安全穩(wěn)定運行造成嚴重影響。當前,運維方式存在智能化程度低、運維成本高、安全隱患大等弊端。因此,現(xiàn)代風電場的運維方式需要進行深入改革,朝著更智能、更高效、更可靠、更安全的方面發(fā)展。
依托人工智能、光纖傳感、大數(shù)據(jù)、定位導(dǎo)航等技術(shù),實現(xiàn)集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風電場,開創(chuàng)設(shè)備安全可靠、人員安全風險低、節(jié)本增效、管理精益高效新格局,提高企業(yè)的核心競爭力。
(1)強化標準引領(lǐng)作用,建立裝備技術(shù)規(guī)范、裝備管理規(guī)范的標準體系,解決規(guī)模發(fā)展和深度應(yīng)用難題,提升運檢管理質(zhì)效。
(2)以強化設(shè)備本質(zhì)安全為核心,立足設(shè)備管理需求實際,推進設(shè)備狀態(tài)深度感知,強化風險防控,提升設(shè)備安全的可控、能控、在控水平。
(1)深度融合人工智能、光纖傳感、大數(shù)據(jù)等技術(shù),實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合、邊緣智能管控,構(gòu)建智慧風機、智慧升壓站和智慧輸電線路,提升設(shè)備運行的安全管控能力。
(2)加快人工智能、圖像識別、紅外測溫、定位導(dǎo)航等技術(shù),在輸電線路、風機內(nèi)設(shè)備和升壓站設(shè)備巡檢工作中的應(yīng)用,實現(xiàn)智能識別、自動記錄、自主導(dǎo)航、遠程遙控、風險預(yù)警等功能,全面覆蓋風電場設(shè)備,提升巡檢效率,降低巡檢成本。
(3)通過光纖傳感技術(shù)增加風機監(jiān)測手段,實現(xiàn)風機全方位、立體化實時監(jiān)測,彌補風機監(jiān)測手段不足,提高風機運行安全可靠性。
(4)利用圖像識別和紅外測溫,實現(xiàn)缺陷檢查、人員行為識別、車輛行為識別、表計讀數(shù)和壓板位置狀態(tài)識別、安全區(qū)域在線分析、關(guān)鍵設(shè)備溫度監(jiān)測等功能,增強設(shè)備的監(jiān)測能力,增強人員作業(yè)進度及作業(yè)安全管理[1]。
(5)構(gòu)建升壓站、輸電線路精細化三維模型,便于檢修人員開展檢修模擬和遠程查勘工作,提高檢修人員的業(yè)務(wù)水平,提升檢修效率。
(6)基于無人機、智能識別終端等物聯(lián)感知裝備的現(xiàn)場應(yīng)用,實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全方位感知,實現(xiàn)缺陷、故障的快速定位和及時處理。
(7)建立大數(shù)據(jù)分析模型,根據(jù)設(shè)備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)及缺陷、故障、隱患等歷史數(shù)據(jù),自動制定檢修計劃和檢修類型。通過移動終端實現(xiàn)檢修任務(wù)、檢修流程的自動下發(fā)以及工作票、操作票移動填報和審批,實現(xiàn)智能高效的管理模式。
(8)結(jié)合設(shè)備運行信息、地理信息等建立大數(shù)據(jù)分析模型,實現(xiàn)設(shè)備異常精準定位、智能預(yù)警,提高維修人員的作業(yè)效率,降低設(shè)備故障的發(fā)生概率。
(9)結(jié)合氣象、災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)以及拓撲結(jié)構(gòu)、地形地貌,實現(xiàn)山火、覆冰、雷電等自然災(zāi)害風險預(yù)警和影響范圍的智能分析,提前做好防控措施,減少自然災(zāi)害損失。
(10)構(gòu)建試驗檢測數(shù)據(jù)自動分析服務(wù),快速給出試驗檢測結(jié)果并反饋至現(xiàn)場人員,自動生成試驗報告,提高試驗效率,減少設(shè)備的停運時間。
(11)構(gòu)建儀器儀表校驗管理服務(wù),全面管控儀器儀表準確性、校驗及時性,強化設(shè)備狀態(tài)動態(tài)化評估,提升設(shè)備試驗和檢修的科學性和有效性。
(12)建立運檢績效評價指標體系,持續(xù)提升設(shè)備缺陷、試驗、故障等數(shù)據(jù)質(zhì)量,提升指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計的準確性,為設(shè)備狀態(tài)綜合評估提供有力的數(shù)據(jù)支撐。
(13)建立安全風險評估量化模型,為技改大修項目儲備提供有效依據(jù)。
(14)開展全過程技術(shù)監(jiān)督管控,探索技術(shù)監(jiān)督大數(shù)據(jù)分析,提升技術(shù)監(jiān)督工作標準化、規(guī)范化和精益化水平。
智能化風電場不僅實現(xiàn)了設(shè)備實時監(jiān)控、設(shè)備廣泛互聯(lián)、狀態(tài)深度感知、數(shù)據(jù)融合貫通、資源開放共享、管理精益高效,而且延長了設(shè)備巡視周期,減少了巡檢人員,提升了巡檢技術(shù)水平,減輕了巡檢作業(yè)勞動強度,提高了巡檢效率,降低了風電場運維成本和巡視人員的安全風險。
智能化風電場運維系統(tǒng)在實際巡檢工作過程中的優(yōu)勢,如表1 所示。
表1 智能化風電場運維系統(tǒng)在實際巡檢工作過程中的優(yōu)勢
風電場智能運維系統(tǒng)的實施有助于延長設(shè)備的人工巡視周期,實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)控的目的,減少運行人員和巡檢人員數(shù)量,有效節(jié)約運維成本,同時減少風機停機時間,提高設(shè)備運行效率,提升風電場運維管理水平。
通過研究智能化風電場運行維護系統(tǒng)研究,有助于開創(chuàng)設(shè)備安全可靠、管理精益高效的風電場運行維護方式的新格局,有利于實現(xiàn)集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風電場,提高企業(yè)的核心競爭力,也必將成為風力發(fā)電事業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展的助推器。