藺文都

　　中國大唐集團(tuán)有限公司寧夏分公司 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750002

　　摘要：風(fēng)能是一種清潔、安全、可再生綠色能源，目前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)突飛猛進(jìn)，單機(jī)容量越來越大，國內(nèi)外的總裝機(jī)容量也越來越大。我國已建成了大量的風(fēng)電場，但隨著風(fēng)力發(fā)電規(guī)模不斷擴(kuò)大，對電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生越來越多的影響，因此必須重視風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的維修問題?；诖?，本文將針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)展開探討，旨在推動風(fēng)力發(fā)電質(zhì)量的提升。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；系統(tǒng)；預(yù)防性；維修技術(shù)

　　引言

　　風(fēng)力發(fā)電電網(wǎng)建設(shè)速度加快，電力系統(tǒng)故障發(fā)生概率不斷增大，如何保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行是擺在電力系統(tǒng)面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。為了提高機(jī)組的可用率和安全性，必須采取主動預(yù)防維修方式。預(yù)防式的定期檢修策略成為提高電站運(yùn)行效率和減少停機(jī)時(shí)間的一種有效途徑。自從人類步入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的時(shí)代，設(shè)備維修決策方式在變化，在科技日益進(jìn)步的背景下，系統(tǒng)設(shè)計(jì)也就越發(fā)復(fù)雜，與之相適應(yīng)，維修技術(shù)要求也不斷更新。

　　一、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)的重要性

　　當(dāng)前我國風(fēng)力發(fā)電的建設(shè)進(jìn)程，風(fēng)電機(jī)組的種類以幾何倍數(shù)遞增，分布廣泛，各種設(shè)備的技術(shù)千差萬別，在實(shí)踐中故障頻繁，維護(hù)要求高。為了降低故障率，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率，需要加強(qiáng)對其進(jìn)行定期檢修，以保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。我國正積極發(fā)展風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，但是，對設(shè)備部件進(jìn)行維修以及故障預(yù)防技術(shù)上還存在著一些問題。由于風(fēng)能資源具有間歇性和不穩(wěn)定性特征，使得風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)無法完全掌握，這就需要定期對其進(jìn)行檢修與維護(hù)。整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)維護(hù)是一項(xiàng)長期而艱巨的任務(wù)，具體缺陷導(dǎo)致很難建立完善的預(yù)防性維護(hù)策略，很難從其他發(fā)達(dá)國家故障維護(hù)中吸取經(jīng)驗(yàn)。在電力體制的創(chuàng)新改革中，國內(nèi)電力市場不斷深入，資源合理配置亟需提升，風(fēng)電已成為目前電力市場上處于領(lǐng)先地位的清潔發(fā)電方式之一。由于其具有良好的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了快速發(fā)展，相關(guān)系統(tǒng)也隨之革新。傳統(tǒng)的預(yù)防性維修方法已經(jīng)無法適應(yīng)風(fēng)電發(fā)展要求了。

　　實(shí)際上，某些同類清潔能源發(fā)電系統(tǒng)在初期都嘗試著應(yīng)用更為有效的能源，著眼于可靠性，對裝備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)的運(yùn)用可以提高整個(gè)風(fēng)電場設(shè)備運(yùn)行效率、減少停機(jī)損失，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化。與此同時(shí)，關(guān)注發(fā)電設(shè)備所可能產(chǎn)生的多種效應(yīng)及故障程度，建立以預(yù)防性機(jī)會為基礎(chǔ)的故障維修策略，通過對預(yù)防性維修成本進(jìn)行評估，把握好保養(yǎng)時(shí)間及保養(yǎng)時(shí)機(jī)，可以在一定程度上提高發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行效率和延長使用壽命?，F(xiàn)有風(fēng)電系統(tǒng)多采用集中式風(fēng)電場作為其主要開發(fā)方式，很難從國外吸取很多成熟、可靠的預(yù)防性維修策略理論。我國的風(fēng)機(jī)大多處于單機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，缺乏必要的預(yù)防維護(hù)措施。因此，為提高系統(tǒng)使用可靠性，減少故障率和防患于未然的維護(hù)，應(yīng)發(fā)展適合本國國情的預(yù)防性維修策略模型及風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)方面。

　　二、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)缺陷

　　當(dāng)前國內(nèi)水電、風(fēng)電機(jī)組的維修模式主要遵循火電機(jī)組維修決策的方法。傳統(tǒng)的檢修模式是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，然后制定出相應(yīng)的檢修項(xiàng)目和周期，再由專業(yè)技術(shù)人員對其實(shí)施檢查維護(hù)。即主要計(jì)劃維修，采用反應(yīng)性維修模式作為補(bǔ)充，按計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代的工作定額制。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大和電力體制改革不斷深入，這種模式已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢發(fā)展需要。當(dāng)前，新開發(fā)的清潔能源用于發(fā)電，尤其是新開發(fā)的風(fēng)電運(yùn)維人員不足。同時(shí)，由于大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量大，維護(hù)成本高。安裝時(shí)，以至于傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域中難以對其進(jìn)行分離。由于設(shè)備數(shù)量大、種類多、分布廣，導(dǎo)致了設(shè)備間存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)又因?yàn)檫@些設(shè)備都具有一定程度上的可維修性，所以系統(tǒng)故障率較高，很難匹配真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，發(fā)電設(shè)備可靠性無法完全保證。因此，要加強(qiáng)對設(shè)備進(jìn)行日常維護(hù)和維修。

　　三、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)研究與實(shí)踐

　　1、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的配置

　　文章將分析風(fēng)電機(jī)組成的風(fēng)電場，一共由40 個(gè)組成，功率為 1.5MW，對于每臺風(fēng)機(jī)進(jìn)行規(guī)劃，設(shè)計(jì)的運(yùn)行時(shí)間為20 年。實(shí)踐中，收集了大量歷史數(shù)據(jù)分析這些設(shè)備在不同狀態(tài)下發(fā)生失效的概率，隨機(jī)抽取某風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行齒輪箱、主軸承的設(shè)計(jì)、發(fā)電機(jī)及主要應(yīng)用軸的每一個(gè)關(guān)鍵部件都考慮了機(jī)會性的維修措施。評估結(jié)果表明，在這些部件上發(fā)生了不同程度的失效或損壞現(xiàn)象，其中有一部分是由于風(fēng)機(jī)本身固有缺陷造成的。在認(rèn)識風(fēng)電場的基礎(chǔ)上，抓住大范圍異常問題資料，歸納分析了，得出了這4 個(gè)部位失效的時(shí)間規(guī)律性，滿足威布爾分布。通過這些結(jié)果，建立了一個(gè)簡單的概率分布函數(shù)，從而確定部件壽命周期內(nèi)可能發(fā)生失效的概率。接下來，對各組件模型進(jìn)行了決策過程分析，對參數(shù)進(jìn)行初始化，采用二次拋物線法，采用插值法優(yōu)化獲得最優(yōu)解。

　　2、機(jī)會性維護(hù)間隔

　　對關(guān)鍵風(fēng)機(jī)組件進(jìn)行了可靠性分析，兼顧了預(yù)防性維護(hù)。在關(guān)鍵風(fēng)機(jī)系統(tǒng)中，每個(gè)部件都有自己的壽命和失效模式，因此需要對其進(jìn)行定期或定時(shí)的維護(hù)。預(yù)防性維護(hù)間隔可計(jì)算出來，并且依據(jù)維修Margin公式，計(jì)算出了部分維修余量，計(jì)算機(jī)將保持一個(gè)時(shí)間間隔值，獲取各部分在這方面的時(shí)間間隔，最終得出機(jī)會維護(hù)間隔的判定結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，提出一種基于機(jī)會保持策略的關(guān)鍵風(fēng)機(jī)組件維護(hù)成本模型。根據(jù)機(jī)遇預(yù)留策略決策過程，能算出相應(yīng)費(fèi)用。通過實(shí)例說明了在不增加設(shè)備投資費(fèi)用的情況下，如何合理地選擇維護(hù)策略，使設(shè)備保持較高的運(yùn)行效率。在維護(hù)邊際的視角下，維護(hù)可靠性機(jī)會不同，相應(yīng)維護(hù)成本也不一樣。當(dāng)系統(tǒng)中某部件出現(xiàn)故障時(shí)，就需要在其上進(jìn)行定期維護(hù)。對風(fēng)機(jī)各部位來說，若有關(guān)維護(hù)成本因季節(jié)而異，還可對預(yù)防性維護(hù)成本進(jìn)行測算，固定維護(hù)與停機(jī)損失還可根據(jù)不同數(shù)值進(jìn)行測算。通過分析得到，在一個(gè)給定時(shí)間內(nèi)，預(yù)防性維護(hù)費(fèi)用等于停機(jī)損失與預(yù)防性維修費(fèi)用之和，從而得到不同可靠性維護(hù)裕度，給出總維護(hù)成本，并且給出二者之間的相互關(guān)系。當(dāng)使用一個(gè)新的設(shè)備時(shí)，需要考慮新設(shè)備對整個(gè)系統(tǒng)的影響。如果需要對某部件或者系統(tǒng)定期進(jìn)行維護(hù)，那么就必須考慮如何確定其最佳維護(hù)時(shí)間。

　　3、預(yù)防性維護(hù)策略

　　依據(jù)模型進(jìn)行決策，能得到每一個(gè)部件的情況、預(yù)防性維護(hù)計(jì)數(shù)及機(jī)會性維護(hù)計(jì)數(shù)。這些結(jié)果有助于提高維修效率并減少不必要的費(fèi)用支出。主軸承預(yù)防性維修在四年周期內(nèi)會產(chǎn)生一定的固定費(fèi)用及停機(jī)損失等等。通過使用一個(gè)基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)的方法來評估這些費(fèi)用。例如，在主軸承中安裝一個(gè)新元件或更換部分零部件時(shí)，可提高系統(tǒng)的可靠性。這樣和主軸承在一起，整體的維護(hù)成本也就減少了。因此，提出了一種基于最小費(fèi)用最大壽命模型來估算主軸承的預(yù)防維護(hù)時(shí)間。沒有考慮機(jī)會維修，直接通過關(guān)系式，算出各個(gè)零件預(yù)防維修次數(shù)，分析表明，預(yù)防維修的內(nèi)容是所獲得的預(yù)防維修次數(shù)的總和。相對于不計(jì)機(jī)會預(yù)防性維護(hù)的總數(shù)，次數(shù)顯然低于后一種情況。通過對備件費(fèi)用進(jìn)行優(yōu)化可以有效地節(jié)省維修經(jīng)費(fèi)，降低支出。同時(shí)，在設(shè)備壽命周期內(nèi)對重要系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)是非常有必要的。

　　四、結(jié)束語

　　風(fēng)能作為一種可再生能源，具有非常大的吸引力，全球范圍內(nèi)離岸及海上風(fēng)電場數(shù)量不斷增加。由于風(fēng)力資源具有隨機(jī)性和間歇性的特點(diǎn)，使得在開發(fā)大型風(fēng)電時(shí)需要花費(fèi)大量資金。風(fēng)電場的風(fēng)力渦輪機(jī)規(guī)模大，季節(jié)性與位置特征不同，加大了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)等生命周期成本。因此，對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行有效管理以減少其運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用具有十分重要的意義。

　　參考文獻(xiàn)：

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