浅析风力发电机组设备的监造

陈文林

(云南鲁布革顾问有限公司，云南昆明 650051)

1 概述

设备监造是对风电设备质量控制较为有效的监理手段之一。设备监造单位作为独立的第三方，受建设方的委托对风力发电机组的设计、制造、装配等环节进行全方位监督，最终确保风电场设备制造质量和设备寿命周期的可利用率。

2 风力发电机组设备全寿命周期和可利用率

风电机组设备监造的最终目的是在设备寿命周期费用较低和风电机组可利用率较高两个方面均衡考虑，寻求最佳值。

寿命周期全过程费用分布情况见图1。

图1 设备全寿命费用分布示意图

图1表明设备一俟出厂，就基本决定了该设备整个寿命周期的总费用;费用主要在运转阶段，其中使用维护费占用最大。因此，应在风电机组设备制造和组装阶段监督控制设备的力学性能(如加工精度﹑效率等)和工艺性能，以确保设备整机性能达到可靠性的设计制造要求。

可靠性作为风电机组的基本质量标志，是产品质量的重要组成部分。风电机组可靠性量化指标是以机组运行可利用率进行度量，并属于广义可靠性，包括风电机组可靠性和可维修性，因此，风电机组可利用率是固有可靠性和使用管理可靠性的综合度量指标。

风电机组可利用率A 的计算方法如下:

式中 Tcum为累积停机时间(h);Tp为计划维修时间(h);Tpm为机组由于在Vhub＜Vin及Vhub＞Vout风况下处于停机的时间(h);Ts为使用维护人员操作失误造成的停机时间(h);Tt为365×24(h);ALDT为非维修时间(h)。

式中 T1为电网故障;T2为不可抗力造成停机，如战争﹑地震﹑洪水等;T3为气候限制导致的停机，如浮冰气温超过规定的运行极限温度等。

式中 Ac为整机可利用率;Ai为第i 个零部件或系统可利用率。

对于系统，包括电控系统、安全系统和液压系统等元器件的选择应考虑平均故障间隔时间(MTBF)和平均维修间隔时间(MTBM)，以满足整机可靠性要求。

对于重要承力零部件，总体还应规定其使用寿命，使用寿命是可靠性要求不可缺少的指标。

据中国风能协会信息，我国风电机组设备的平均利用率在20%左右，而国际平均水平在25%～30%之间，因此，我国较国际水平偏低约7.5%。而当前国内绝大多数机组设备制造公司仅为“制造商”或“组装厂”，没有核心技术，买图纸造风机已不是新闻。但制造风机不是简单的拼装游戏，由于多数国产机组运行时间不长，随着设备磨损、腐蚀、蠕变等“故障冰山”逐渐放大的显现，设备质量故障高发期应该在设备投运以后。因此，必须运用设备综合工程学方法，将设备的先天设计创造、制造装配质量放在首位，关注设备综合效率，建设方应从设备源的监造开始实施科学控制，可有效避免机组设备运行到中后期所造成的各种故障损失。

3 风电机组监造的依据、目的和监造人员素质

(1)风电机组的监造须根据设备监造合同约定、建设方和设备厂商签订的采购(或供货)合同的要求以及设备制造的一般规律，遵循国家有关法律、规章、行业技术标准等开展工作。风电机组涉及机械、电力、电气、液压、散热器等多种专业，各相关技术标准都是监造依据。

应严格执行设计图纸、技术协议、合同及有关标准和规范的要求，具体地说:原材料、外购件、外协件的监造依据为采购合同、供方合格评审记录、相关标准及规范、技术协议、质量保证协议、入库检验记录等。

设备供应商自制件的监造依据为产品图纸及技术资料、相关国家和行业标准、工艺规程、工艺卡、作业指导书、包装运输协议等。

(2)风电机组监造的目的是通过对该设备工程制造过程的监督和管理，力求各项结果达到委托方的质量、投资、进度等预定目标要求。保证风电机组的整体质量能在全寿命周期内以一个相对稳定可靠的利用率正常运行，确保投资方的利益。

(3)风电机组监造的单位和个人须具备相应的企业资质和个人资格条件。监造人员还应有良好的职业道德、丰富的设备专业知识和复合型知识结构、与该监造工作相适应的从业经验等。

4 设备监造前的准备工作

(1)熟悉合同及其附件提出的技术、质量要求和相关标准、规范，了解设备制造厂商的具体情况，重点了解影响设备制造质量的人、机、料、法、环五个方面的因素，如技术力量、加工能力、质量体系运行情况、检测设备、仪器、计量器具、工装情况等。

(2)根据风电机组的特点和有关合同要求，对监造过程进行策划，确定质量目标和要求、过程及方法手段、所需资源、所需记录及服务结果(产品)的接受准则。

(3)编制委托人认可的设备监造质量计划，表明监造的目标、提供的过程、内容、方法和人员设施等能够满足委托人的要求。

(4)在设备监造质量计划的基础上，根据组成风电机组各设备的特点，按专业特点编制相应的监造细则。主要说明所监造风电机组各设备的专业特点、依据、监督检查点设置及检查内容和检查方法、监造记录的表格方式等，可在制造过程中调整。

(5)就设备监造质量计划和监造细则向制造厂商交底并充分沟通、交流，以利于监造工作的开展。

5 设备监造工作的主要内容

5.1 与设备质量有关的监造工作

5.1.1 设计过程

主要内容包括:审查风电机组设计分包人的资质，对设计过程进行监督;监督设计过程中的设计评审和验证;审查设计所依据的各种资料、数据、规范等技术文件的有效性和完整性;监督对设计输入和输出的评审;检查各设备专业的接口问题，检查综合技术方案的合理性;当设计过程中出现不合格或委托人要求更改设计方案时，应要求设计单位采取有效措施进行纠正或更改设计，并对其处置结果进行跟踪和验证;检查设计图纸、技术资料的完整性。对设计过程的监督，可以避免将一些问题带到制造过程中进而影响产品质量。

5.1.2 制造过程

主要内容有:审查风电机组设备制造分包人的资质和能力、质量保证体系运行是否有效;审查主要标准和规范、重要工艺方案与重要工艺评定;审查生产计划与采购计划;审查人员资格，尤其是特种专业人员的资格;适时检查加工能力和工装能力及状态、检测设备和装置的有效性和适用性;审查主要原材料、外购件和外协件的质量证明文件及入库检验报告;对重要过程、主要工序、关键件的加工和设备装配进行见证，并作好具有追溯性的详细记录;抽查检验人员的资格;检查检测仪器的校准状态、检验工器具的有效性;见证设备的出厂检验和试验。

5.1.3 设备储运过程

主要内容有:审查设备的包装与运输方案，包括设备的防腐、防锈情况，吊装、运输方式等;审查运输计划;检查随机技术资料、附件是否齐全等。

5.1.4 设备安装过程

风电机组安装于户外，很多在高寒山区，装有主要设备的机舱位于几十米高的空中，需要高空作业，因此要特别注意安全方面的因素。设备安装过程的监造内容主要有:审查设备安装单位的资质及安装所依据的技术标准、工艺标准和验收规范;审查人员资质，尤其是起吊工、焊工及电工等特殊工种的资质;审查安装单位制定的设备安装技术方案和安装措施，特别是审查重点部位、关键工序安装措施的技术可行性、安全可靠性;监督设备现场开箱和验收工作;对安装过程进行监督，并对重要部位、重要工序、重要时刻和隐蔽工程进行见证和确认;协调各方的工作，及时督促解决影响安装质量的问题。

5.1.5 设备调试验收过程

由于风电机组的动力来自于自然风力，故应选择风力相对稳定并按设计规定的时间进行设备的调试验收。主要工作内容有:审查调试单位提交的设备调试技术方案和措施的可行性、安全可靠性;审查调试工作的安全措施和安全防范应急措施;监督检查各润滑点加足润滑脂或润滑油;监督试验液压系统动作可靠、灵活;电气系统工作正常;监督检验风力发电机组的工作精度，单位时间发电量符合设计要求，叶片、齿轮箱、发电机组运转精度和动平衡符合要求，齿轮箱、发电机温升在设计要求的范围内;随时检查调试过程中的不安全因素，发现问题及时督促相关方解决;参与项目的验收并检查验收资料。

5.2 进度控制

风电机组项目按计划工期完成是投资人为尽早获得投资效益的要求，因此，对项目进度的控制也是监造人员的一项重要工作。主要内容有:审核项目进度计划，内容为工期的符合性，进度计划的完整性、可行性和匹配性;监督项目进度计划的执行，对经审核批准的进度计划进行跟踪和检查，实施动态检查并随时检查项目实际进展与计划进度的偏差，如发现偏差过大，应及时督促调整进度计划或报告委托人协调纠偏。

5.3 与安全有关的工作

主要是安装调试现场的安全监督工作。内容包括:监督安装单位建立健全安全保障体系，适时审查有关人员的资格;发现不安全因素和安全隐患时，应及时要求安装单位采取有效措施予以整改，或者及时报告委托人协调处理;针对风电设备的特点确定重点安全监控点等。

5.4 沟通工作

沟通协调也是监造人员的一项重要工作，包括:信息交流和信息管理;与委托人和被监造单位之间、与其它监理机构的沟通协调;建立对外协调、项目参与方之间的协调、监造机构内部协调的工作程序。

5.5 重点监督检查点

风电机组的质量主要由设计和制造确定。由于制造商的水平参差不齐，在制造过程中会有疏忽，或者仅从自身利益考虑而放过了一些问题、继而留下隐患。第三方设备监造的任务就是要在制造过程中发现问题并督促解决，最大限度地将隐患消除。为此，需要抓住重点进行监督。

5.5.1 叶片

风电机组的工作是通过风力由叶片将动力输入开始的，如果叶片断裂，整个机组就会瘫痪;如果叶片上有裂纹，就会留下极大的隐患，而且叶片悬臂很长，工作于露天，在冰冻环境下尤其恶劣，故监造叶片制造时应注意:严格审查原材料的质量证明书和材质报告，必要时要求进行材质化验;监督严格按叶片工艺流程制作，消除应力;监督检验叶片的平整度;监督叶片的防腐防锈层和油漆层达到设计要求;发现叶片有裂纹等重大缺陷时应立即下令重新制作或报告委托人协调处理。

5.5.2 齿轮箱

齿轮箱为增速传动，大扭矩传小扭矩，其监造要点有:审查设计计算书，重点审查低速传动轴及齿轮的强度是否与叶片能产生的最大扭矩相匹配;监督检查齿轮的齿面硬度及成对齿轮的啮合面与设计相符;审查关键外购件轴承的相关资料;监督检查齿轮箱体、齿轮与主轴毛坯无缺陷，材料符合要求。

5.5.3 发电机

发电机为主机，应由专业厂家制造，制造厂应具有CE 认证。监造要点:审查制造厂的资质;审查原材料特别是电气方面的原材料的质量证明;审查关键外购件轴承等的相关资料;监督检验组装后主轴的精度及动平衡满足设计要求;监督试验发电机发电量是否满足要求。

5.5.4 装配质量

叶片轴、齿轮箱和发电机组装后应重点监督:检查各轴体的同心度符合要求;不装叶片外接动力进行空运转试车，监督检查在设计规定的时间内转动灵活、无异常、发电机壳体和齿轮箱体温升及各轴承温升满足设计要求;监督检查各轴承是否加足润滑脂。

5.5.5 塔筒及机舱

塔筒为圆台形结构，是风电装置的基础，承担着风电装置的所有重量且处于露天状态，有的高达几十米，机舱安装在塔筒顶部，有一部分悬空，其内装有主要风电设备，外装叶片，因此，这两个部件都要求有足够的强度和刚度。监督重点为:审查制造厂家的焊接资质和焊工的资格;审查原材料的质量证明文件;监督焊缝的热处理消除应力过程;必要时提出对焊缝进行探伤检验以保证质量;监督检查法兰的平整度;监督检查防腐、防锈及油漆层的厚度。

5.5.6 液压系统

液压系统主要用于制动。其关键液压元件采用进口。重点审查液压系统元件的质量证明;监督试验液压系统的灵活性、可靠性。

5.5.7 冷却器

重点审查质量证明文件及试压报告，保证无泄漏。

6 结语

由于风力发电没有燃料、没有辐射和空气污染等各类环境与资源限制问题，故其在世界范围已经很普及并形成一股热潮。就目前来说，我国风力发电设备和电气控制系统的可靠性和利用率与先进国家相比还存在一定的差距，关键件还依赖进口。为了提高产品质量，国外已经普遍采用独立的第三方对设备进行监制，国内对设备的监督制造也在逐渐推行，正在普及和进一步规范。对风力发电设备进行监造，不仅仅是为了满足委托人的需要，履行程序化的工作;更为重要的是让风电设备生产商发现问题、解决问题并持续改进，最终得到好的产品质量，对提高风电设备的可靠性和利用率，缩短与国外先进水平的差距具有显著的作用。

［1］中国设备监理协会，编写.设备工程监理导论［M］.北京:中国人事出版社，2012.

［2］中国设备监理协会，编写.设备工程监理技术与方法［M］.北京:中国人事出版社，2011.

［3］宫靖远，主编.风电场工程技术手册［M］.北京:机械工业出版社，2005.