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系列风电机组事故分析及防范措施(七)——提高机组的整机性能与机组安全

北极星风力发电网  来源:《风能》  作者:文丨王明军 邵勤丰  2017/5/2 11:19:29  我要投稿  

北极星风力发电网讯:风电机组的整机性能与部件质量有着密不可分的关系,提高机组的整机性能和机组安全,必须提高机组的部件质量,尤其是关键部件的质量。但是,机组的部件性能好、质量高,并不等于机组的整机性能好、安全性高。只有按照整机设计要求合理地配置机组各部件,并经风电场长期试验配套调整之后,才能达到各部件的最佳配合,整机综合性能最优。

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建立和完善质量管控体系

保证机组安全和运行质量,首先,要保证机组各部件的设计及生产质量。风电机组部件开发的测试验证流程大致分为厂内测试、机组测试(1 -3 台)和风电场测试(1 - 3 个风电场)三个环节。其次,保证整机设计、部件配套及生产装配的质量。最后,机组及部件的现场维护、维修和调试质量是保证机组运行、消除安全隐患的重要环节。

在机组及部件设计、生产的各个环节中,厂内工序的质量控制相对容易。保证机组的整机性能、运行安全及质量,还必须对机组及各部件的风电场试验、验证、现场调整及维护等现场工作进行良好的质量管控。

因风电场条件的限制,容易造成对现场工作的质量控制流于形式,或仅局限于对人员及工作流程的管理,难以对现场的实际工作直接进行管理。如能利用网络、手机 APP 等现代通信手段,对机组运行状况进行监控和管理,对风电场的关键工作过程实施质量管控,将有利于弥补现场管理的不足和漏洞。

为确保机组安全及运行质量,除了做好机组生产、安装、调试、运维和备件的质量管控以外,还要搞好对机组附属部件(箱变、塔筒等)的采购维护质量,风电场输电线路、线路保护设施及升压站建设的质量控制。

为了更好地进行质量控制,提高机组效率和可靠性,降低风电场的建设成本,不仅机组设备由整机厂家提供,而且风电场宏观、微观选址和风电场建设也均由整机厂家整体规划和设计。依照风电管理和设备要求进行风电场及其附属设施建设。当机组投入正常运行,或出质保后再把风电场整体交给业主,这也是一种切实可行的提高风电场建设质量,降低风电场建设成本的方案。

兼顾多个目标,提高整机性能,降低度电成本

在机组设计、 生产、 配套与调整时,需兼顾多个目标,达到机组的综合性能最优,如功率控制的控制算法相对较优、机组的年利用小时数高、安全性高、故障概率低、机组效率高、部件及机组寿命长、机组保护及运行参数较优、生产和维护成本低等多个目标。而这些目标之间又时常存在矛盾,例如,机组年利用小时数与大部件损坏、机组效率与部件寿命 ;机组安全、故障概率与生产成本。因此,需要综合权衡,而不是片面地追求机组效率、机组年利用小时数高及制造成本最低,以期达到整个寿命期内的机组度电成本最低。

在机组整机研发时,要以提高机组整机综合性能为目标 ;在部件采购时,不仅要看各部件的技术指标,更要参考机组部件的运行业绩和实际运行效果 ;在机组的叶片、变桨系统、主控系统、齿轮箱、发电机、变频器、通讯控制器、后台软件等部件及软件配套时,需在样机和风电场机组运行中不断调整,以达到最佳整机性能。

机组主控与后台软件统一。设备厂家在机组配套生产时,其机型可能有多种,但是,要对不同机型的主控进行统一设计,并使用同一个后台软件。主控在不同机型之间的差别可通过增加,或屏蔽其部分功能,或修改参数以实现与不同机型机组的配套,这样,有利于主控的备件供应和软件管理 ;有利于主控和后台软件的持续改进和完善 ;有利于减少编程人员的工作量。更重要的是 :便于风电场的故障判断 ;减小现场服务和运维的技术难度; 有利于“集中监控, 区域维修” ;有利于数据上传和功率管理 ;有利于通过远程排查机组的安全隐患 ;并且当机组事故发生后,更便于事故分析。

基本部件统一。在机组启机、功率控制、 停机时, 变桨系统(包括叶片) 、变频器与主控之间需要进行密切协调与配合,且这些部件对机组整机性能的影响相对较大。如果这些部件之间配合不佳,可能出现机组部件寿命缩短(如 :主齿轮箱等) 、振动超限和效率低等问题。因此,同一机型的这些基本配置应当完全一样,即 :这些部件的设计原理和生产厂家都完全相同。在进行大批量生产之前,这些基本部件和各种程序软件应经过了长时间、多种条件的现场调整和实践检验,以达到机组效率、部件寿命和故障概率等综合性能及指标的最优。例如 :当叶轮的输入功率超过机组额定功率时,采取具体的功率调节控制方式,除考虑机组发电量的提高,还需考虑机组及部件安全,是否增加主齿轮箱、塔筒等部件的载荷和冲击等,而不能单方面地追求发电量的提高和功率曲线的优化。因此,变桨系统、变频器与主控之间配合和调整时,应兼顾多个目标,实现机组综合性能的最优。

同一设备厂家的风电产品应实现标准化、系列化。不同机型主要是针对机组的不同功率和适用的条件环境做出相应变化,而机组的基本设计思路不应有较大的差别,应充分考虑不同机型之间部件的借用与互换,这样将有利于机组的持续改进、维护和维修成本的降低 ;在满足业主不同需求时,应当以不破坏设备厂家的产品标准化、系列化为基本前提。例如 :某设备厂家如果决定采用直流变桨系统,那么,在重大设计变更前,设备厂家生产的所有机型应采用统一设计思路的直流变桨系统,这将有利于减少研发、服务人员的技术难度和工作量。在变桨系统采购时,尽量采购同一配套厂家的变桨系统产品,以利于与部件厂商建立长期、稳定、互信的合作关系,实现部件生产的规模经济性,降低部件成本,同时,也有利于机组部件的持续改进。

在机组配套时,如采用了来自不同厂家的发电机、 齿轮箱、 润滑油泵等,这些部件可能在现场使用上有所不同,则应根据其性能和特点进行配套及维护。依据风电场的运行实践,确定来自不同配套厂家部件在使用上的细微差别,采取不同的参数、配套方式及维护措施。例如 :在进行机组的发电机配套时,应注意不同发电机前轴承的结构形式,针对其不同特点采取不同的维护和润滑方式,以避免机组烧毁事故的发生。

因此,设备厂家的整机配套设计思路,对机组质量、整机性能、备件供应、研发成本、技术服务难度、远期的机组运行和维护成本等均有着重要的影响。在激烈的市场竞争条件下,整机配套的总体设计思路正确与否,还关系到设备厂家竞争的成败。

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