风电场设备从计划检修到状态检修转变的思考

乔中亚

（国华（东台）风电有限公司，江苏东台224200）

我国发展并网风电始于1990年，到2008年底全国风电累计装机容量达1221万kW，超过丹麦，成为世界第四风电大国。根据有关专家预测，我国风电2010年可达到2500 万kW，国家制定的2020年风电装机3000 万kW的目标有可能在2011年实现。如此大规模的风电场建成投运后，必然带来成千上万台的风机设备和变配电设备的检修问题。由于风电场不同于常规电网和电厂，因此其设备检修也具备一定的独特性，探索思考适合风电场的设备检修方式十分必要。

1 设备的计划检修与状态检修

长期以来我国电力企业实行的检修体制是以预防性计划检修为主的检修体制，它包括了设备的大修、小修及定期维护。这种计划经济下形成的检修体制，曾对消除缺陷，满足电力企业的安全运行起到过有效的促进作用。但其也有明显弊端，主要表现在检修频繁、过维修、欠维修及盲目维修等，浪费了大量的人力、物力、财力。随着企业提高经济效益的需要和科学技术的进步，许多电力企业开始在检修体制优化方面进行了变革，在部分系统开始实施状态检修。

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结果。结合巡检数据、历史数据和人工智能技术等，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的维修问题。状态检修通过对设备结构特点、运行情况、试验结果等情况综合分析，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。对于状态好的设备可以延长检修周期，从而节省大量的人力、物力和财力。状态检修能有效地避免周期性定期检修带来的过维修和欠维修，克服了定期检修的盲目性，充分保证设备的安全性和可利用率，符合电力生产安全为基础、效益为中心的原则和国家的政策要求。

2 风电场设备检修的基本思路

因目前作为电气设备状态评估所需的检测技术，特别是在线监测的技术和装置等方面，还远未达到实用化水平。在这种情况下，完全实行状态检修在具体实施中还有相当大的风险和困难。因此，风电场的设备检修考虑采用计划检修与状态检修相结合，逐步过渡到状态检修的方式。

风电场的设备主要由站内电气设备和站外风机及架空线路（或电缆）组成。站内涉网设备影响到电网的安全，因此对设备健康状况的要求更高。对电气设备尤其是涉网的主设备（如主变、断路器、电压互感器、电流互感器）完全实行状态检修，在具体实施中还有相当大的风险和困难。因此，对风电场升压站内的电气设备进行定期检修、做预防性试验工作仍然要作为目前电气设备主要的检修方式。但是，在实际检修工作中可以针对电网中电气设备的故障情况，通过对故障原因的分析，制定相应技术措施，采取主动检修的形式，对电气一次设备进行检修和做预防性试验，以此来发现缺陷，消除隐患。从这方面看，这种定期检修是在原来计划检修上的一种改进，是状态检修的一种初级形式。现阶段风电场变电站内设备的检修可实行定期检修为主，定期检修与状态检修相结合，逐步向状态检修过渡的检修模式。

站外的风力发电机主要由电气部分和机械部分组成，因其地处野外多风沙的地方，设备工作环境十分恶劣。风电的另一特点就是分布区域广，1个10万kW的风电场分布的范围有20～30 km2之广。设备管理人员很难做到像火电设备那样频繁的巡回检查。因此，对风电设备采取定期维护与状态检修相结合的检修方式是可行的。通过半年期或一年期维护保持风机润滑系统正常、检查螺栓是否松动等情况，从而使风机正常运转。通过在线监测和离线监测相结合的手段，对设备状态进行监测，结合日常数据采集与监控（SCADA）系统的数据和平时积累的数据就可以掌握每台风机的运行状况，从而有针对性对风机检修时间和周期进行决策，在故障发生前提前进行检修处理，进而降低维护成本和电量损失，避免重大设备损坏事故的发生。

3 从计划检修过渡到状态检修要做的几项工作

3.1 数据收集和分析工作

风机的控制系统有较为齐备的运行信息，如功率、电流、风速、电机温度、齿轮箱油温、轴承温度等实时量，利用现有的控制系统在不增加设备的情况下，就可以收集分析风电场的各类技术信息，例如：风电机组的当前状况、实际可利用率、实际功率特性、故障纪录、故障报警，进而对风机进行状态监测，掌握风机的健康状况，为确定何时进行检修提供决策依据。

3.2 风机状态检测工作

3.2.1 在线检测

状态检修要求在设备出现故障之前，及时提出检修请求，避免故障停机和不必要的负荷扰动，最大程度地提高机组的运行可靠性、经济性。显然，状态检修需要对机组设备的性能参数，运行情况进行连续跟踪和分析。其中一个重要的途径就是利用实时监测系统的有关信息和工具。对变电站内的设备，如避雷器在线监测、变压器油中H2在线监测、绝缘在线监测系统、气体绝缘组合电器设备（GIS）在线监测等系统在电力系统中应用已较为广泛。

经过几年的发展，风机的在线监测系统国际国内市场上已有较为成熟的产品，德国各大风电场都将状态监测系统看作风电厂维修的重要组成部分，而Vestas、REpower、Suzlon等全球领先的各大风电设备供应商也将状态监测系统看作自身设备的保障，往往在出厂前就在其风电设备上安装了相应的状态监测系统。目前该系统主要有瑞典的SKF、德国西门子等。该系统可以检测到齿轮箱齿轮啮合问题、轴弯曲、机械松动、塔筒振动、叶片振动、电气故障、共振问题、精确诊断频发的轴承问题等。

考虑到安装费，可以选择在每种类型的风机上安装2～3套，有条件可多装一些，其他没有安装的风机可以在精密点检时通过离线巡检仪器检测。实现振动监测、故障诊断，直接给出专家分析结果，给设备维护提供直接可靠的信息。

下面以SKF的在线监测系统WindCon3.0和离线监测系统Microlog为例，说明其功能与特点。

通过将SKF WindCon3.0在线监测系统和Microlog便携式数据采集分析系统集成到风力发电机的运行和维修管理工作中，风力发电机的操作者可以实现对风力发电机的主动性维护。换言之，通过监控，可预测何时对风力发电机实施必要的维护，这使得可以更准确和更有效地安排维护工作；另外，当需要维修和维护时，风场需聘请维修人员，租借大型吊车，采购更换的备件，通过使用SKF WindCon3.0在线监测系统和Microlog便携式数据采集分析系统对风机的状态进行在线和离线监测，风场可以将多次的维修合并到一起，通过追踪风力发电机的失效模式，可以延长风机的维修间隔。通过追踪风机的状态，风场可以预测风机继续运行的时间，从而延长风机的服务和维修间隔。

在线监测系统WindCon3.0和离线监测系统Microlog可以监测以下任何故障：

（1）风机叶片不平衡；

（2）不对中；

（3）轴弯曲；

（4）机械松动；

（5）基础簿弱；

（6）轴承状态；

（7）齿轮缺陷和破损；

（8）发电机定子和转子故障；

（9）共振问题；

（10）润滑不良。

SKF在某一风电场安装的在线检测系统示意如图1所示。

图1 在线检测系统

智能数据采集单元IMx-W安装在每台风力发电机的机房内，在风力发电机（主轴承、齿轮箱和发电机）预先选定的位置上安装振动加速度传感器、转速计等传感器，传感器将其采集的信号通过铠装屏蔽电缆接入到IMx-W，IMx-W将处理完的数据通过有线（TCP/IP协议）或无线（CDMA）网络将数据传送到各风场的办公室或控制室。

每个风场均设置有服务器，在服务器中安装有SKF@ptitude Observer软件，用于接收风力发电机上IMx-W传送过来的数据，同时将数据存储于SQL Server数据库中。

3.2.2 离线检测

现有的主要离线仪器主要有测振仪、离线巡检仪、钳型电流表、油样分析、红外热成像仪和非接触式红外测温枪等。离线检测一是要充分利用在线系统中配备的离线检测仪进行数据采集，将采集的数据输入分析系统进行分析，及时发现劣化趋势；二是利用红外检测技术，远红外热成像仪是在设备带电状态下进行检测的有效手段，可发现高压设备接头发热、变压器箱体涡流损耗、输电线路、高压电机引线发热、端子排端子发热、电路板发热等。引入远红外热成像技术应用到风力发电机组的故障预诊断系统中来，作为对在线监测的补充，对发生的故障过程进行记录、分析不可预知的故障，有利于状态监测的发展。

3.2.3 建立计算机设备管理信息平台以逐步构建检修决策系统

要科学地组织设备检修，必须对设备的运行及状态信息进行分析处理进而做出检修决策。由于设备管理信息量十分庞大，单靠纸张作业既不经济效率也低，应充分利用成熟的计算机技术进行管理，开发分析决策系统，建立计算机设备管理平台。设备管理信息平台建立后，生产系统可以利用这一平台查阅有关生产信息，建立健全劣化倾向管理，在定期或不定期对设备进行精密点检基础上，对设备劣化的数据记录统计分析，找出劣化规律，掌握其达到极限值的时间，从而在信息平台上构建起检修决策系统，实行状态检修。

3.3 加强检修质量管理与推进作业标准化建设

设备的可靠运行离不开良好的检修质量，要实行状态检修，在检修管理上应加强检修质量管理，推行1SO-9000质量标准和安全、健康、环保标准，建立一套适合风电场实际的全面质量管理办法和管理体系，使检修质量管理逐步走向标准化和规范化。同时，各风电场要编制出设备维修作业标准、设备维修技术标准、设备给油脂标准、设备精密点检标准，确保工作质量。

4 结束语

风电场的设备检修应采用计划检修与状态检修相结合，逐步过渡到状态检修的方式。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。为保证风电场的安全生产和减少检修成本，从而在新的形势下最大程度地提高风电场的盈利能力，风电场应根据自身特点，打破计划经济时检修体制带来的束缚，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，积极开展适合风电特点的状态检修工作，为我国风电事业的发展做出贡献。

[1] 丁坚勇，邓瑞鹏，李江.发电设备的检修策略及可靠性管理研究[J].电网技术，2002，26（3）：72-75.

[2] 国家电力公司.火电厂实施设备状态检修的指导意见[J].中国电力，2002，35（2）.

[3] 朱德恒，谈克雄.电气设备状态监测与故障诊断技术的现状与展望[J].电力设备，2003，4（6）：1-8.

[4] 王建明.现阶段电气设备检修模式及管理意见[J].江苏电机工程，2003，22（1）：40-43.

[5] 李俊峰，王仲颖，马玲娟，等.中国风电发展报告2008[M].北京：中国环境科学院出版社，2008.

[6] 熊礼检.风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范实用手册[M].北京：中国科技文化出版社.2005.