风电设备运行预防性维护工程项目绩效评价分析

孙海涛

（青岛华丰伟业电力科技工程有限公司）

0 引言

在过去，风电设备运行维护通常是事后开展，在风电设备运行故障或事故发生后，依靠现场工作人员排查故障，经常发现维修计划与设备运行状态不匹配，这种事后维护方法无法有效应对风电设备故障情况。目前，我国部分风电企业采用了风电设备预防性维护方案，在很大程度上解决了过去风电设备维护存在的滞后性弊端。风电设备预防性维护工程项目主要是安装风塔、开发系统软件、实时监控设备运行状态，这样能在风电设备运行中检测故障问题，实现风电设备故障的早期预报，对故障部位、严重程度、系统影响情况进行分析判断，从而掌握最佳维护时机。但目前风电设备预防性维护工程项目绩效评价在行业没有统一标准，各大企业也在不断摸索，如何保证预防性维护工程绩效评价的有效性成为了各大风电企业重点考虑的问题。本文对此提出一种绩效评价方案，为该类工程绩效评价提供一定参考。

1 风电设备运行预防性维护工程相关概述

风电设备运行预防性维护工程（后续简称“预防性维护工程”）建设十分复杂，其中包含了多个项目目标，并且不同目标的权重也存在一定的差异［1］。良好的预防性维护工程对保证风电设备良好运行有着重要意义，有助于推动风电企业长足发展。因此，开展预防性维护工程要注重长远效益，预防性维护工程主要包括安装测风塔以及软件开发与使用。软件系统包括风电设备运行状态分析，借助计算机技术辅助管理风电设备运行，预防性维护工程中的监测系统可以分析风电设备运行状态，从而对风电设备运行情况和故障进行在线评估，更好地开展风电设备后期预防性维护工作。

2 风电设备运行预防性维护工程建设

2.1 测风塔

测风塔可以实时显示气象信息，包括温湿度、气压、指定高度的风速与风向，使工作人员实时掌握气象信息，并对气象信息变化情况进行分析，得出报表。

2.2 设备状态监测系统

该系统主要包含了服务器、交换机、防火墙、信息备份系统、显示器、同步器以及测风塔。服务器负责系统运行以及信息存储，客户端借助网络访问服务器。通过风电设备数据采集与监控系统可以快速掌握风电设备的运行状态，区域中心大屏幕可以实时显示数据信息并对其进行控制。系统可以通过图表形式呈现风电设备信息，包括风场名称、风机型号、风机数量、参考风速、额定功率、输出功率、风机故障情况、故障风机数量、设备状态等。其主要显示功能有：

（1）单个风电场信息查询。包括风电场名称、测风塔检测的风速与方向、设备运行功能、运行机组与停运机组数量、容量系数、变电站容量。风电场设置报警指示灯，可以根据测风塔采集的温湿度、压力、风向、电压、频率等信息变化情况报警。

（2）查询风电场运行情况。可以显示风机运行数量、停机数量、通讯中断风机数量以及一个月内事件。

（3）列表显示。采用列表的形式呈现风电设备运行数据信息，包括风机容量、风机状态、机舱风速等。

（4）地图显示。采用地图显示形式呈现风机大概位置，实时更新风机运行功率、风速等数据信息，并以风险程度由高到低（红、黄、蓝）三种颜色表明风机运行状态。

（5）风机运行查询。可以详细呈现风机运行数据信息，结合风机机舱内部图所对应的数据传感器呈现数据，包括设备名称、风机型号、运行状态等。

（6）实时监控数据。操作中用户可以在响应的风机信息页面查看设备运行情况。

（7）实时绘图。系统根据采集的数据信息实时绘制可视图。

（8）风机控制。可以远程对风机下达控制命令，如启闭机、复位等。

2.3 生产运行分析系统

如图所示，该系统可以对以往采集的历史数据进行分析，结合风电场运行指标和工程管理指标，掌握信息变化态势，找出实时采集数据与设定阈值之间的差异。生产运行分析系统功能有：

（1）统计分析发电量。可以从单台风机或单个风电场来分析发电量，也可以根据时间来分析风机的发电量，除了分析发电量还可以分析电路损耗、容量系数、用电趋势等。

（2）统计分析风速。采集发电量以及风速信息，分析二者之间的对应关系，找出风电场风速变化周期规律，从而更好地安排风电场资源。

（3）生成风机功率曲线。对风机功率曲线进行分析，主要包括同时间段不同风机、不同时间段同一风机及不同风机与标准功率的关系，同时可以根据气象数据信息修正风机功率曲线。

（4）风机停机时间。根据不同时间段或不同风速段，对风机停机时间、类型进行统计，分析在不同时间、不同风况下的风机运行稳定性。可以根据系统提供的数据信息，查询在风速较大的情况下哪些风机频繁停机。

（5）分析统计可利用率。统计风电设备故障时长、正常运行时长、检修时间、通信中段时间等。结合统计的时间参数即可计算风机可利用率。

（6）故障分析。不同风速段停机故障时间、故障次数和故障原因可以用于查询风电设备的隐含信息。根据某一个时间段分析风机故障损失电量情况，找出影响发电的因素。

（7）风机故障信息统计。风机故障统计主要包括风机故障频率、故障类型、故障时间等，统计单台风机历史故障以及同一类型故障发生时的参数。

（8）风机运行故障参数诊断。统计在指定条件下风机故障运行10min内的数据变化情况［2］，以便了解风机运行故障参数。

图 系统软件整体架构

3 绩效评价体系构建

3.1 评价体系构建原则

（1）科学性

预防性维护工程项目评价标准应结合风电设备预防性维护工程的特点而建立，将指标与实际运行情况相结合，彰显评价体系的实用性，整个评价指标应能对预防性维护工程展开客观描述。

（2）通用可比性

第一，对同一天同一风电设备的不同时间点参数进行对比，确保评价指标的通用可比性，相关系数参数保持一致，在保持指标参照值不变的情况下，对风电设备运行数据信息展开对比分析。第二，查找风电设备运行的共同点，根据共同点数据完善评价指标体系，相同性质对比指标获取更加容易，同时也更易于用于对比分析。

（3）实用性

评价指标的选取应通俗易懂、言简意赅，将复杂信息数据简单呈现。评价指标获取简单，确保评价工作顺利进行，无论是采用定量指标还是定向指标，都应保证数据获取更加便捷、迅速。绩效评价指标的计算方法、评价规则应保证规范化，包括规范化操作方法、规范化计算标准［3］。

（4）系统性

通过横向关联来反映不同指标制约关系，通过纵向关联反映不同指标包含度。明确既定相同层次指标内容，确保分界清楚，保障绩效评价指标的系统性。

3.2 绩效评价体系的构建

结合风电企业发展特性，绩效评价指标体系构建应从以下几点出发： （1）选择适合风电场运行状态的绩效评价指标，预留改进空间，以便后续改进，不断提升绩效评价系统的实用性。 （2）采用通用的评估架构，便于本企业与行业其他企业对比。 （3）结合绩效评价结果改善经营管理模式。 （4）对比分析绩效参数。结合工程项目绩效评价理论，结合目前风电企业开展预防性维护工程特点以及绩效评价体系，从生产运维、设备可靠性、资源配置、经济效益四个方面展开评价。

3.2.1 生产运维水平评价

生产运维水平评价主要的评价对象包括维护时间、维护费用、故障修复率等内容［4］。 （1）例行运维时间。例行运维时间是指每台风电设备每年的例行运维时间，包括单台设备的历年运维时间、风电机组历年运维时间。 （2）部件更换时间。根据计算相关零部件历年平均更换时间和频率，提前准备零部件，一旦出现零部件故障，需在48h内完成更换工作。（3）平均修复时间。通过运行周期内设备总停机时间以及风电机组数量得出平均维护时间。 （4）度电运行维护费降低率。通过周期内运行维护成本降低额度以及周期发电量得出度电运行维护费降低率。（5）可利用数量增长率。结合风机在线运行情况，通常可利用率指标达95%以上即合格，采用预防性维护工程可以将其可利用率提升到90%［5］。

3.2.2 设备可靠性评价

（1）发电量评价。可以凭借期望上网用电量与实际上网用电量之间的差异进行评价。结合当年监测的风能数据、数字地图、风机功率曲线、风机布置方案等得出每年风电场上网电量。考虑设备运行的综合折减系数，估算风电场上网电量。

（2）上网电量。该数据指标是指在某个运行周期内风电场为电网传送的电能。

（3）损失发电量降低率。由于风速会直接影响风电设备停机时间，可以根据影响发电量大小得出发电量损失。同时，由于预防性维护工程项目绩效评价需要有计算机管理系统进行辅助管理，应重点考虑应用网设备是否可以让风电设备可靠运行，这也是绩效评价的重要指标。

3.2.3 资源配置利用评价

（1）备品备件库存水平。预防性维护工程的应用，让风电企业可以有计划、有准备开展风电设备运维工作，极大地改善了过去风电设备运维时配件的盲目选择情况，降低了风电企业备件库存压力［6］。

（2）人员配置水平。通过风电设备监测系统、运行分析系统判定风电设备故障情况，有效减少了人力资源投入和运维工作强度，可以有效降低重大故障发生率，避免发生大量检修人员抢修的情况，实现了人员的优化配置。

（3）资源优化配置。预防性维护工程项目绩效评价系统可以有效整合现有资源和原有资源，将其统一纳入到数据库中以供分析和查询，实现资源优化配置。

3.2.4 经济效益评价

（1）净现值。在预防性维护工程项目投入使用时，结合行业平均折现率及其相关折现率，得出不同年份净现值。

（2）内部收益率。内部收益率是在预防性维护工程运行中，计算净现值为零时的折现率。内部收益率是预防性维护工程绩效评价中的相对评价指标。

3.3 绩效评价方法选取

绩效评价方法有很多，包括简单加权和法、层次分析法、数据包络分析法、BP神经网络法、模糊评价法。在评价方法选取中，模糊评价法可以同时用于主观指标评价和客观指标评价，由于其具有模糊性特点，因此数据选取范围大、应用性广，特别是在评价主观指标时，可以确保评价指标的科学性。考虑到风电设备预防性维护工程是一个多目标的决策，采用模糊评价法可以对预防性维护工程多个数据维度展开综合模糊评价，从而得出相对科学客观的结论。

4 结束语

综上所述，通过介绍风电设备预防性维护工程项目绩效评价的指标与方法，分析了预防性维护工程绩效评价的设计理念，可以看到预防性维护工程在风电设备运维工作中的优越性。未来，风电设备预防性维护工程还会进一步发展，为了更好地保障风电设备运行，加强对预防性维护工程的绩效评价有着重要意义。