海上风电机组运行维护及保障措施.docx
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1、海上风电机组运行维护及保障措施摘要:近年来,我国海上风电发展迅猛。海上风电机组运行、维修和 维护有其独特的特点。本文将就我国海上风电机组运维存在的问题;海上 风电机组维修维护策略以及维修、维护的保障措施进行了分析和阐述。关键词:海上风电机组;运行维护;维修策略呆障措施;容错运行。刖后海上风力发电对人类生产生活的环境影响较小;易于大型化、规模化; 接近用电负荷中心,接网条件好,易于消纳口;还具有不占用陆地资源的优 点,倍受各国关注。在我国东南经济发达地区,深远海域的海上风能资源 非常丰富,风的湍流强度和海面粗糙度小。但是,海上风电的开发和维护 成本都远远高于陆上风电;远离陆地,环境恶劣,海上风电
2、场可及性差, 海上作业耗费时间长;停机损失大,机组故障将严重影响发电效益囚。因此,在设计海上风电机组时,必须把可靠性放在首位,应追求日常 维护少而简。海上风电机组均选用大容量机组,这样可以减少塔筒和 基础个数,缩短电缆长度,降低基础施工、吊装成本,节约工程造价。 而随着机组的容量增大,部件增多,结构越来越复杂,对现场运维人员的 技能要求也越来越高。为提高风电机组及部件的可靠性和运行质量,以科技进步为先导,提 高现场运维人员的综合素质,促进海上风电机组运维质量和水平的不断提 升【7,机组达到最佳并网状态,运行更安全、更稳定。由小问题变为机组的停机故障。同时,还应促进现场运维人员综合素质的 提高,
3、备较强的责任心及认真负责的工作态度。例如:在机组维护过程中, 本应对机组的防雷接地碳刷和接地线逐个仔细检查,看它们是否接触良好, 碳刷的长度是否合适等。但是,在维护过程中,如某个存在问题的防雷接 地碳刷或接地线出现漏检,存在的问题没有及时检查出来,则不仅可能造 成机组的故障停机,还可能造成机组重要部件被雷击损坏状况的发生。因此,对海上风电机组来说,现场运维人员的技能水平及综合素质对 降低机组度电成本显得尤为重要。在机组日常运行时,运行人员能凭借工 作经验在集控室及时发现机组可能存在的问题;在机组维修时,维修人员 能准确分析和判断故障,一次性彻底地消除机组故障;在机组定检维护时, 维护人员能对机
4、组的关键部位认真仔细检查,维护到位,防患于未然,把 可能的机组故障消灭在萌芽状态。3.4 智能故障预警系统海上风电由于其特殊的地理条件,在设备运行的可靠性方面有较高的 要求。与陆上风电场相比,海上风电场的运行维护更加困难,如遇风、浪、 潮汐等,将更难靠近机组,不得不面临更长时间的停机。因而,能减少停 机次数,短停机时间的设备、设施显得非常重要。风电机组的故障预警系 统可提前预测设备可能存在的隐患,提前发现问题,提前组合天气、出海 保障、船只等条件,有计划地执行设备预防性维护,提高海上风电机组运 行检修的安全性、可靠性、及时性。海上风电机组故障预警系统与维护系统集成,还可以优化现有保养、 巡检任
5、务流程,通过健康预警的隐患级别,自动形成优化的排查周期,使 每次的设备保养、巡检都带着解决隐患的问题去,工作任务更加明确,达 到真正的设备预防性维护效果。通过数据分析与预警隐患排查,监测设备部件的运行状态,当设备部 件处于“亚健康状态,可以及时发现隐患,并产生预警推送信息以及机 组运行态评定并告知业主,业主根据风场工作安排、风况、海况等条件, 依据预处理指导方案进行隐患排查,并将排查结果反馈录入系统,问题处 理过程中可以实现和专家团队交互沟通,与用户形成交互闭环,从而有效 地进行专家知识库的建立和对运维人员的指导,高效地进行运维管理工作 计划。海上风电机组故障智能预警系统通过对机组部件故障的提
6、前预判, 获取部件的健康状态,在部件失效前,提前计划好维护方案,这对海上机 组的运行检修起到非常好的辅助作用。在未来海上运行检修过程中,还需 要结合海上天气、海上运输、船舶状态等多种条件,对海上机组运行检修 的综合智能调度提供充足的准备期。如果风电机组设备的故障预警系统的结果与相应的排查知识库相关联, 不但可以提前预报设备部件的隐患问题,同时,还可以直接关联处理知识 库,预知各类设备潜在的故障,把设备隐患消除在萌芽状态,真正做到防 患于未然,从而切实可行地提高海上风电机组运行的可靠性,有效提高 海上风电的投资回报率UI。3.5 采用容错运行提高海上风电机组利用率海上风电机组具有:第一,故障维修
7、,机组维护困难。海上风电场可 进入性差,维护要通过船舶或直升飞机才能靠近,有时甚至2 3个月根本 无法进行维护。如需更换大型设备,须租用逾1000万/次的船只,受船只 数量限制,维修、修护极其困难。第二,故障停机损失巨大。由于海上风 电机组的单机容量越来越大,在丰富的海上风能资源下,长时间的故障停 机将会造成严重的经济损失。因此,海上风电机组容错运行受到国内外工 业界和学术界的广泛关注。容错,当一个或多个部件出现故障时,系统必须将发生故障的部件从 系统中隔离开,然后采取相应措施维持其规定功能,或在可接受的性能指 标变化下,继续稳定可靠运行口叫可以通过修改主控参数、故障屏蔽和容 错技术(硬件容错
8、和软件容错)手段等实现风电机组的容错运行口刀。硬件 容错主要指故障后的硬件系统重构,着眼于风电机组本体的容错设计和变 流器的结构容错等。软件容错主要考虑故障容错控制,着眼于故障后的控 制策略与算法优化口叫考虑到在海上风电机组维护时间长,停机损失大、可达性差的特点。 在冗余设计优化方面,研究信号检测冗余、控制回路冗余、器件冗余等已 成为热点方向。并且,除了传统的冗余设计之外,容错控制也是许多电机 设备容错运行的主要方式。容错控制是指当控制系统中的某些部件发生故 障时,系统仍能按期望的性能指标或性能指标略有降低的情况下,还能安 全地完成控制任务,发电机与变频器的故障容错是当前这方面研究的主要 方向
9、口叫通过机组的主控参数控制,调整硬件设计与软件容错控制的方式实现 机组故障的容错运行,在几乎不增加机组重量与成本的前提下,减少机组 的停机时间,有效地提高海上风电机组的利用率。四、结语海上风电机组发展前景广阔,在未来,我国海上风力发电建设将会由 近海转向深海。而海上风电场可及性差,运行条件恶劣。风电机组故障的 修复时间长,维护困难,一旦故障停运,经济损失巨大。因此,科学实施 海上风电机组运维策略和方法;通过切实可行的手段和方法,提高海上风 电机组利用率将是降低海上风电机组度电成本的有效途径。一、我国海上风电运行维护存在的主要问题影响海上风电机组运维成本的主要因素有:机组及其各部件的可靠性、 海
10、上天气条件、运维人员配置与轮班制度、交通工具、备件管理等。采取 适当措施降低海上风电机组运维成本已成为海上风电发展面临的一个极具 现实意义又十分迫切的问题。在我国海上风电大规模开发的时间短、运行 数据与经验少。我国的海上风电亟待解决的问题主要有以下几个方面:第一,海上风电机组状态监测与健康诊断。海上风机的状态监测,在 状态监测系统基础上建立的健康诊断、异常监测以及寿命预测是后续进行 合理运维的基础。但是与风电机组状态监测与健康诊断相关的技术却还不 够成熟。第二,海上风电机组运维策略优化研究。海上风电机组运行积累的经 验少、运维方式不规范、且费用高。为了降低运维费用、提高发电效率, 如何科学合理
11、安排海上风电机组的维护策略,尽量减少出海次数、提高每 次出海的工作效率等是海上风电机组运维需要解决的关键问题。第三,海上风电场运维后勤管理优化研究。海上风电场可及性差,风 电场全年可进入的时间有限,导致海上风电场运维对海上风电场运维中的 人员、备件、以及交通工具等维护资源管理提出了相应的要求。但是,一 方面,目前大多数研究主要集中于单项运维资源优化,缺乏结论性意见; 另一方面,还未有结合机组的可靠性数据与运维策略的综合性研究成果。第四,海上风电机组容错运行研究。在海上风电机组故障几乎无可避 免的条件下,开发海上风电机组的容错运行能力具有显著的经济价值,但 海上风电机组故障容错控制的实际可行性、
12、运行效果及可持续时间等都有 待进一步研究。第五,海上风电场多机组多部件系统研究。目前,关于风电机组运维 的研究大部分仍是基于单机单部件系统或单机多部件系统进行的,一方面, 缺乏对风电机组多部件之间故障相关性、结构相关性及功能相关性的进一 步分析;另一方面,海上风电场可进入性差的特点与维修资源不足两者叠 加对机组可靠性及运维策略的影响也缺乏研究网。二、海上风电机组的基本维修维护策略海上风电机组维修和维护的好坏直接影响到发电量的多少和经济效益 的高低。本身性能优良的海上风电机组,也要需要通过维护检修来进行保 持,及时有效的维护工作可以发现故障隐患,减少故障和停机次数发生。 因此,优良机组维修和定检
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