风电场风电机组更新改建经验浅谈

（新疆风能有限责任公司，乌鲁木齐 830000）

（新疆风能有限责任公司，乌鲁木齐 830000）

文章介绍了某风电场对已经运行23年的风电机组及其故障频发、存在设计缺陷的机组进行替换改建的项目，涉及项目实施中遇到的问题及处理措施。该项目作为国内风电场改建的先例，从风电场运行经济性及机组更新改建过程等方面提出合理化建议。

1.5MW风电机组；风电机组替换；变电所改造；运行经济性

0 引言

随着国内风电产业的不断扩大，风电场的规模也逐渐扩大，风电机组达到设计年限、故障频发或存在设计缺陷的现象难于避免。考虑到近年来国内风电机组并网条件日益严格、风电机组发电量收益及其他相关因素，对老、旧风电机组进行替换是非常必要的。

本文对风电机组更新改建的建设项目及变电所相关设备的选型做了介绍，对改建过程中出现的相关问题及新旧风电机组运行分析对比探讨，得出了一些有参考价值的结论。

1 风电场概况

该风电场始建于1988年，作为早年全国首个现代化大型风电场，已安全稳定运行近24年。自1989年建立的国内首批大型风电机组—丹麦13台BONUS150kW风电机组开始，共经历四期建设，截至2012年年初，总计风电机组76台，涵盖12种机型。

2 更新改建项目简介

本次风电场的风电机组更新改建项目，同时将15台发电机组停运，总容量为3210kW。在原机位范围内重新进行地勘、微观选址后，建立起2台金风70/1500机组。更新机组及其配套设施接入原变电所，总容量为3000kW。

风电机组的更新改建必须考虑到变电所初始化设计、工程现场地质情况、所在风区的风况及气候情况等方面。因此，此次改造项目除符合风电场建设基本流程之外，还需特别注意几个方面。

2.1 风电机组选型

本次停运的15台机组容量总计为3210kW，对比当前几种主流机型750kW、1.5MW、2MW、3 MW风电机组，提出多个选型方案。选型须满足低电压穿越能力、电网公司的适应性、新建项目的安全性要求、风电机组运行稳定性、风电机组整体成本、变电所主变容量、所在风区的风资源特点及环境条件等诸多的因素，我场最终选定型号为金风70/1500kW的两台机组作为改建项目对象。

2.2 微观选址

作为一个技改项目，限制因素比较多，机组微观选址需多方面考虑。[1]

2.2.1 机组用地范围非常有限

在须置换的15台小容量机组所处的0.6平方公里土地范围内，完成新建两台1.5MW机组的建设工作。以每平方公里5000kW装机容量为单位，仅有3000kW的装机容量，没有优化余地，对新建机组总容量有了更明确要求。

2.2.2 噪声及尾流影响

根据机组厂家提供的资料，机舱处噪声约105db（A），根据点声源衰减公式AdiV=10lg[1/（4πr2)]，（式中：AdiV-距离增加产生衰减值，dB；r－点声源至受声点的距离，m；），受声点距机组200m可满足《声环境质量标准GB3096-2008》中4a类标准中的昼间≤70dB(A)，夜间≤55dB(A)的要求，而目前1500kW风电机组距生活区295m左右，距围墙不足100m，两台1.5MW风电机组距最近排风电机组的距离为534m。通过计算与置换机组临近风电机组功率曲线和推力数曲线，评估出它们对新建机组产生的尾流影响，从而计算发电量。微观选址时需考虑边界限制和对周围其他风电机组的影响，兼顾尾流损失最小。

2.2.3 风电机组走向与临近机组间距

新建机组连线的走向应和现有机组排的走向一致。更新置换的风电机组既要满足与最邻近一排风电机组平行，还需满足与同排其他机组保持合理距离。

2.3 接入方式

若改变接入方式，可能会致使全部电力涉及到的设备进行改造、升级，这将增加工作量和成本。与此同时，还要分析新老设备特性的兼容性等因素。因此，决定保持变电所、线路主要设备和接入变电所接线的两个方式不变的前提下，采用更换原有风电机组进线柜、互感器、电流表、定值调整接入方式。

2.4 更新机组配套箱变选型

依据项目实际情况，此次改造项目选用组合式变压器。其特点为体积小、占地少、全绝缘、全密封以及 “全故障”保护，同时达到操作灵活，更换熔丝便捷，环境适应性强等。

3 更新改建前后同容量机组运行情况对比

经过机组投运三个月运行数据的分析，改建后机组的平均月发电量由改建前的320MW/ h左右增至万580MW/ h左右，月标准运行小时由改建前的447h增至582h。图1是改建前后15台同容量机组从2005年至2012年9月运行数据的对比及设备运行稳定性分析。

通过对图1和图2分析得知，改建后机组总容量为3000kW，改建前原机组总容量为3210 kW，在改建后，机组的月平均发电量、上网电量、发电小时、有效利用小时均高于改建前往年同期，由此说明更换后机组运行正常，单位容量下的电力得到了提高。

4 经验体会

4.1 关于风电机组组的最优更换役龄

风电机组达到设计寿命或机组发电运行状态较差时，不可避免机组更换和更新的问题。由此，我们提出关于风电机组的最优更换役龄这一概念。该问题直接影响风电场发电收益和风资源利用率的提高。机组实际寿命周期判断需考虑以下几方面：

图1 改建后机组与原机组往年同期月平均发电量、月平均上网电量对比

图2 改建后机组与原机组往年同期月平均发电小时、月平均有效利用小时对比

（1）机组运行影响较大、备件易损、采购存在困难对风电场产量的影响；

（2）维护成本和运行的经济性；

（3）是否符合电力电网安全生产要求。

风电机组的更换和更新问题可分为达到设计寿命及未满设计寿命两类。

4.1.1 达到设计寿命（一般为20年）的机组

由于达到了风电机组20年的使用寿命，风电机组的各个部件，如电气、液压、刹车系统等主要部件均不可避免地出现了老化现象，风电机组累计发电量和年标准运行小时数处于逐步下降的趋势。同时，备品备件采购困难、维护成本增加等一系列不利因素严重影响风电场产量。且技术水平落后，存在安全隐患，已经不能适应风电场的运营维护管理，不适合继续运行。

因此，对于达到设计寿命（运行满20年）的机组，则建议业主方考虑对该机组进行更新改建，在原位置建立新的大容量机组 ，从而有效利用现有资源，提高发电收益。

4.1.2 运行时间较短，未到设计寿命的机组

运行时数未满20年的风电机组，建议从安全与电量经济性运行方面综合分析。首先，确定机组是否适合继续运行或有必要进行更新改建。其次，对于风电机组运行状态较差、故障频发，维修多次继续运行的机组，则需考虑维护成本增加，发电量下降，占用电网容量和风力资源且发电量收益较低，土地、风资源利用率低。最后，从安全角度来说，设备可能存在安全隐患，影响风电场的安全运营，综上，提前更换较多次维修和如期换置更经济。

4.2 风电机组更新的考虑因素

更新置换改造不是简单的一对一设备更换，需要考虑如地勘、微观选址、土地资源使用、电网公司设备容量更换报批备案、新机组机位的确定、接入方式、机组及配套设施选型诸多因素。以满足单位时间收益最大化，单位时间停机时数最小化，预算限额内达到最大的可靠性。

5 结论

在国内风电场改建尚属首例，无经验可借鉴的条件下，通过不断摸索，风电场顺利完成了此次更新改造工程。采用旧设备添加，新设备改造的方式，做到了节约成本，减轻劳动强度，缩短改造时间，同时达到更新改建的目的。

该风电场作为安全稳定运行23年的老电厂，通过此次更新改建项目,在满足了风电场并网技术要求的前提下,顺利实现了风电场大容量机组及配套设施替换小容量机组及设施，从而显著提高单位容量的发电量，达到降低风电机组的维护成本可行性，提高风电场的安全稳定性，实现运行的目标经济性。值得在现代化大中型风电场中推广使用。

[1] 宫靖远.风电场工程技术手册[M].北京:机械工业出版社,2005.

[2]中华人民共和国国家电网公司.Q/GDW 392—2009 风电场接入电网技术规定[S].北京:中国电力出版社,2009.

[3]（美）Tony Burton 等著, 武鑫等译.风能技术[M]. 北京: 科学出版社, 2007.

风电场风电机组更新改建经验浅谈

于生军，曾笑鸿，满强，朱伟刚，任丽娟

Discussion on the Experience of Replacement and Reconstruction of Wind Turbines

Yu Shengjun, Zeng Xiaohong, Man Qiang, Zhu Weigang, Ren Lijuan
(XinJiang Wind Energy Liability Co., Ltd., Urumchi 830000, China)

This paper introducedthe project of a windfarm on the replacement and reconstruction of wind turbines which has been operating for 23 years and wind turbines with design defects which often break down, involving the problems and processing measures during the implementation of the project. As a domestic precedent for reconstruction of wind farms, this project proposedreasonable suggestions on the aspects of operating economy of wind power plant and process of replacement and reconstruction of wind turbines.

1.5 MW wind turbines; replacement of wind turbines; reformation of power substation; operating economy

TM614

A

1674-9219(2013)06-0100-04

2013-05-14。

于生军（1974-），男，高级工程师，硕士，主要从事电力企业经营与管理工作。

曾笑鸿（1969-），男，高级工程师，硕士，主要从事电力企业经营与管理工作。

满强（1973-），男，工程师，本科，主要从事电力企业生产与管理工作。

朱伟刚（1980-），男，工程师，本科，主要从事电力企业生产工作。

任丽娟（1983-），女，本科，主要从事风电场运行维护工作。