风电产业

海上风电运维现状及探索

2020-08-05 10:02:06 风电后市场微平台 作者:高晓华 李文利

我国海岸线长,海上风资源丰富,海上风电又具有占地面积少,开发规模大,发电利用小时数高等特点,加上陆上风电又面临困境,以及国家政策利好,我国海上风电开发建设已渐入佳境。与此同时,由此衍生出来的海上风电机组运维的相关问题也受到了大家的广泛关注。海上风电机组相对于陆上来说故障率更高,因为它们面临的是一个更加恶劣的环境、更高难度的维护方式等。随着海上风电的发展,海上风电场建设不得不需要转移到离岸更远的地方,更深的水域。由于这个变化,运维成本将会增加,同时面临更远的运输距离,更恶劣的气候条件和更严峻的物流挑战。那么如何降低成本,提高风电场效益,成为了摆在大家面前的现实问题。

一、海上风电运维现状

因业主基于对海上风电场建设投资成本的考量,和主机厂商相互间的竞争,导致海上风电机组和陆上风电机组一样,采购价格不断的下降,由此必然导致风机整机配置降低和大量使用廉价质平的部件,从而导致风机整机的可靠性降低。

我国海上运维还处于相对落后的状态。我国海上风电运维面临两个难题。首先是机组故障率高,维修工作量大。国内尝试建造的海上风电项目,使用国产机组大多为陆上机组经适应海上环境改造而成,机组运行试验周期短,没有很好的试验和论证,使用的风机在复杂恶劣的海上环境,故障率居高不下。

其次,运维作业受潮汐影响明显,既有台风等恶劣工况,还存在较多的大风、团雾、雷雨天气,又有大幅浅滩,潮间带各潮汐影响明显,通达困难,交通设备选择困难,海上维护作业有效时间短,安全风险大且缺乏大型维修装备。

目前,海上风电运维基本照搬陆上风电经验,计划检修为主、故障检修为辅的运维模式。暨运维人员根据厂家指定的定检周期对风机进行计划性保养和测试和风机报故障,运行调度人员通知运维人员前往现场处理相结合。

长期以来我国电力行业都是实行预防性计划检修为主的检修体制,计划检修对缺陷消除,满足机组安全运行起到过有效的促进作用,但也有明显的弊端,主要表现在过维修、欠维修及盲目维修等。

故障检修是目前风电运维最常做的事情,但是在海上,交通因天气海况,存在极大的不确定因素,往往因为一个空开断开,导致风机停机几天的情况常常发生,且单台风机报故障,运维人员来回交通成本巨大,对风电场的效益产生极大的影响。

二、海上风电运维亟需解决的问题

1、海上风机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很不成熟。

2、海上风机运维策略优化研究。海上风电机组运行积累经验少、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是海上风电机组运维需要解决的关键问题。

3、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,还未有结合风电机组的可靠性数据与运维策略的综合性研究成果。

4、海上风机容错运行研究。在当前海上风机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、运行效果及可持续时间等都有待进一步研究。

5、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。

三、海上风电运维方式转变

计划检修和故障检修需要大量的人力、物力、财力支撑。随着业主提高经济效益的需要和科学技术的进步,海上风电运维方式应逐步向以状态检修为主、计划检修与故障检修为辅转变。

状态检修是以设备状态为基础,根据对潜伏性故障的离线测量和在线监测的结果,结合巡检数据、历史数据、实时数据等技术,对设备进行状态评估,并以此来指导安排设备检修周期和项目维修问题。状态检修通过对设备结构特点、运行情况、监测数据分析等综合分析,确定设备是否需要检修,检修中需要进行哪些项目,具有很强的针对性,可以取得较好的检修效果。特别在海上风电机组的运维上,运维人员根据机组运行数据、各点监测情况,统一安排对多台风机进行状态检修,可大大节约交通成本,提高机组发电效率。

四、如何做好状态检修

1、提高运行监控分析能力

风电场运行人员的主要职责是监视或调度各种变配电设备、风机运行状况、巡检站内设备和制作报表等。作为对风机运行状态监控的第一人,运行人员需要具备较高的风机专业技能素养。而目前,各个风电场的运行人员素质参差不齐,且有相当一部分非相关专业。而工作也仅仅停留在监视和制作报表上,对风机的状态检修十分不利。

要安排具备风机运维较高水平的人员作为运行调度人员,对风机传回来的后台数据进行监控登记,并通过不同的风速、负荷、温度、各系统压力等进行判断分析,以此来发现风机可能存在的问题。如某风场歌美飒G87风机报液压油位低,登机后发现轮毂内蓄能器出口油管破裂,液压油泄露,整个轮毂中都是泄漏出来的液压油,清理就用了三个多小时。如果运行人员在监盘的时候能够发现风机的液压系统在不断的打压或者压力下降较快,及时通知检修人员前去处理,那么就可以节省很多的处理时间。

运行调度人员要对数据有敏感性,同一运行条件下,若机组后台监控数据存在偏差,就要引起重视。某风电场VESTAS V80机组,在夏季高温风大时,运行人员发现有部分风机的发电机轴承温度比其他风机高8℃左右,通知检修人员前往检查。经检查发现,这些风机的自动润滑油脂泵控制系统报错,没有按时出油,导致发电机轴承润滑不够充分,经手动添油和更换油脂泵后轴承温度恢复正常。从以上事例我们看出,增加运行调度人员对数据的敏感度,有利于对风机状态的实时把控,为状态检修提供依据。

2、加强对部件生命周期的监控

电气部件的寿命有其规律性。如接触器的电气寿命大约在十万次。某风场VESTAS风机在运行至第三年的时间,多台风机报Q8断路器打开,经检查为液压站电机接触器粘合,导致过流,造成断路器断开。如果能提前对风机上经常动作的电气部件寿命进行统计核算,就可以在部件寿命结束之前更换,这样就可以避免风机因部件损坏而停机。

特别是海上风电机组,长期在高温高湿高盐分的环境中运行,设备受腐蚀老化的速度更快,要加强对风机的散热风扇扇叶、通风管道以及油系统的油管和阀的腐蚀老化监控。

3、做好大部件的状态监测

风机的齿轮箱、主轴等大部件价格昂贵,且更换难度和成本较高。要加强对大部件的运行状况监测,在大部件出现不可弥补的故障之前处理。这时候,风机机组的在线监测系统就尤为重要,该系统可以监测到齿轮箱、主轴轴承、发电机轴承等机械设备的运行状况,从而判断出这些部件是否存在问题。这时候运维人员便可以实现对风电机组的主动性维护。

五、总结

海上风电机组的可靠性显得格外重要。提倡海上风机一定要高配,不要因为海上风电电价的影响打价格战,降低了风机的配置,从风电场的整个生命周期来说,这是得不偿失。为降低海上风电场运维成本及提高风电场可利用率,需要合理的规划海上风电场运维工作,针对不同的故障信息,选择最优维护方案。模型的建立需要考虑运维船配置、气候参数、风机具体故障、处理故障需要时长及人数等要素。

海上风电运维的目标是在全寿命周期内,降低运维成本,降低发电损失,提高风电机组的发电量,从而提高客户收益。海上风电运维与陆上风电运维最大的区别在于可达性差,造成的运维难度的加大和运维成本的提升。为了解决海上风电运维的难题,我们需要创新海上风电运维模式,围绕服务调度展开相关工作,从而形成全面的海上风电运维解决方案。

状态检修在风电领域是一项带有创新意义的开拓性工作,没有现成的经验。特别是海上风电刚刚起步,缺乏全生命周期的运行经验。为保证风电场的安全生产和减少检修成本,海上风电场应根据自身特点,综合考虑设备状态信息及设备对系统的安全性、可靠性、经济性等方面的影响,积极开展适合海上风电特点的状态检修工作,为海上风电事业发展做出贡献。


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