电气及控制技术——北京国际风能大会展中报道

关于已出质保变流器的维护，首先看一下现状分析：前期一些过于变流器厂家，或是国内小规模变流器厂家，由于国内风电技术门槛提高，风电变流器市场竞争激烈，退出中国市场。遗留下的问题：没有相应及时得手后服务，备品价格昂贵，整体方面是整机批量替换。

案例：如果一个风场维护费用达到200万，如果用于置换国内变流器，大约可以置换5台左右，置换下来的5台变流器，可以作为其他变流器的备件，置换提供2年质保，而5台旧变流器的备件直说可以利用2年，这样维护成本可以降低一半，远期维护费用会逐步降低。对于故障率高，备件价格昂贵的在运行变流器，可以采用整机替换的方式进行后续维护。按照该思路，深圳禾望已实施过大唐山东平度风场双馈变流器替换，大唐国际内蒙古卓姿风场的变流器替换。

2、构建完善的产品完善服务体系。未来市场是技术实力和产品服务的竞争，如何构建一个完整的产品服务体系?简单介绍一下我们的经验。

首先需要一个高效的售后服务团队：这是服务部门的系统构架，我们招聘的培训机制，所有客服人员必须毕业于相关或者相近的专业，上岗前必须进行严格培训，实习结束之后有一个严格的转正答辩。目前我们这个团队33人的专业维护团队，维护机器超过2000台。我们的工作职责：及时解决现场问题，24小时服务响应电话，解答客户的产品问题。多样化的培训，现场调试培训，深圳禾望研发生产基地培训，产品前期安装和调试指导。提升产品性能。我们工程师很多工作是基于信息化电子流，我们每个服务工程师到现场维护，故障处理，结束之后必须填写这样的电子流程表。

问题反馈解决机制：现场问题反馈处理，我们有一个专门的质量管理范畴，现场有问题，客服工程师会把这个问题提交，服务经理把问题分流，然后相关人员进行问题分析，并把处理措施给出来。会签之后进行实时跟踪阶段，如果不能解决问题，研发人员要进行深入分析，给出一个正确的措施。

到了这一步研发部的问题会给出一个处理措施。到第三步，公司的主要部门领导对这个问题进行会签，看这个问题是什么问题，以及解决的措施恰不恰当，如果不恰当，会给出不同意的意见，还会再次处理，如果同意到实施步骤。

备件库建立和管理：分三级：现场备件服务中心备件、及公司级客服备件专用库存。备件损坏反馈也需要填写电子流。

产品信息库建立：产品生产信息、现场信息录入系统，包括故障系统，都会自动检索进去，并且信息库里面可以提供产品的巡检及维护建议。这是产品全声明周期管理的范畴。我们的产品从它的生产、运行到维护全部记录。

服务体系运行效果：我们有33人的售后队伍，超过2000台机器，80多个风场光伏电站的售后服务!

主持人：下面有请来自北京鉴衡认证中心的陈思敏发言。题目是风力发电机组功能安全失效分析及风险健小。

陈思敏：功能安全这个概念是在IEC标准61508里有所体现，里面延伸出来了关于车辆、铁路、核电、制造业、机电的一些标准。风险是对危害事件发生的概率、频率以及发生后的后果，安全设计要求基本点是要识别危险和降低风险。

功能安全安全在标准里的定义是：受控设备EUC五，或者受控设备系统总体安全中的一部分，其安全性是依赖于电气/电子/可编程电子安全相关系统，或者其他技术的安全相关系统或外部风险降低措施的正确机能。就是功能正确对输入的响应，并且能够正确的输出操作的安全性。

安全完整性：在所声明的时间段内的全部条件下，安全相关系统可靠的执行所需安全功能的可能性。

标准里给出了一个SIL：安全完整性等级，Safety Integrity Level，表示风险减小所需的等级，SIL分为四个等级。

功能安全标准的发展：1989年的时候IEC61508关于安全标准开始立项启动研究，1993年的时候DIN19250标准发布，1998年的时候IEC61508首版发布，2004年IEC61508延伸出来的机械安全标准62061首版发布，2010年61508第二版发布。功能安全为什么要提出来?评估是有这样的要求，传统技术下的安全相关系统，大部分是硬件之间，导性、电缆连接，硬件连接，分立元件，机械、液压、气动、电气控制，可以通过对最终产品的测试，检查评估。

国际上功能安全TUV是功能安全领域的开创者和领跑者。功能安全现在国际上广泛应用于汽车、电子、轨道交通、工厂自动化、电场控制、核电仪控、新能源光、智能电网等等。

国内目前功能安全产品基本对外国企业所垄断，国内功能安全大多数处于研发阶段或者概念阶段。随着中国先进工业化的发展进程而发展，随着工业产品越来越多的进出国际市场，需面对成熟市长的产品准入法规级标准要求，影响安全的重大事故和安全形势将推动国内功能安全的发展。

功能安全在风电领域现在是正在推动的阶段，IEC正在推动将ISO13849-1作为风机认证标准。13849是机械安全标准，分三个部分，第一部分是世纪通则，第二部分是确认，第三部分是应用指南。安全功能用于风机风险减小的话，应对风力发电机组控制系统有关安全部件进行评估。

将功能安全引入到风电领域，是因为风电领域作为一个新兴行业，希望能向更安全、可靠、规范、良性的方向发展。

控制系统有关安全部件的概念指的是控制系统中响应有关安全输入信号并产生有关安全输出信号的部件。I表现输入，L是处理模块，O是输出模块。

控制系统有关安全部件设计，是单一安全功能，可能有一个或者多个控制系统，有关安全部件来实现。几种安全功能可能由一个或多个SRP/CS来共同实现。一个简单的单通道电气系统示例：它只包括输入和输出子系统。后面这个是双通道的，风电控制系统里常提到的冗余系统，是有两个输入，处理模块，两个输出模块。能容忍一个部件单独的故障，仍然能正常安全的工作。两个通道出现故障的时候，系统才会失效。

控制系统有关安全部件的设计：它的目的最终是为了降低风险。开始是确定机械的限制，然后进行危险识别，识别运行过程中有什么风险?有什么危险?对风险进行评估，然后对风险进行评定，根据国标16856进行的风险评价，如果风险健小不是很足够的话，就要往下对风险进行减小过程，有两三个方法。一是通过本质安全设计，而是通过防护装置，三是通过使用信息。所有的保护措施是否依靠控制系统?要看迭代过程，然后评估是否产生其他的风险，如果产生其他的危险要返回去继续对风险进行危险识别，技术这样的过程。如果风险减小足够，过程就结束。接下来就是控制系统有关安全部件设计的迭代过程的详细流程，首先是识别由控制系统有关安全部件的执行的安全功能。规定每种安全功能所要求的特征，确定安全功能所需的性能等级，定义是每小时失效的概率，分为四个等级，接下来就是对安全功能技术实践，识别安全功能的有关安全部件。选型，选什么类型的部件。接下来考虑一些因素，来评估性能等级PL，验证评估性能等级，满足所需的性能等级，如果是的话，就结束，如果否的话还要继续回去上面的过程。

所需的性能等级：S代表的是伤害的严重度，S1表示轻微的伤害，S2是严重的，或者是不可恢复的伤害。F是代表频率，危险暴露的频率或者是时间，F1是很少的暴露时间段，F2实的是频繁暴露于危险中，暴露时间很长。P是指可能性，限制伤害的可能性，或者危险的可能性，通过这三个条件评定功能安全，它需要的性能等级，E是最高的。设计好了控制系统有关安全部件，就要对它的性能等级进行评估，看看到底达到了需要的等级没有，有几个因素：

一个是单个元件MTTFd额值，DC、CCF、结构、功能安全在故障条件下的性能、系统性失效、预期环境条件下完成功能安全的能力

PL估计就是根据上面几个因素古籍出PL的等级，有类别，还有基本等级，根据ISO13849标准，有低中高等级。

前面提到了IEC标准，62061用的是安全完整性等级，这里是性能等级PT，它俩有一个对应的关系。

故障考虑和故障排除： 对实现相关安全功能的SRP五/CS，应评价部件耐故障能力。故障排除可以用FEMA方法，这个方法国标7826里提出了是失效分析和影响分析。

CGC功能安全评估方面的工作：风电行业就是ISO13849和IEC622061：功能安全评估认证的意义：改进安全、防止生产人员和生产区外部人云的身体损害，避免破坏环境，避免生产损失。

功能安全认证主要涉及针对安全设备开发流程的文档管理FSM评估，硬件可靠性计算和评估、电气安全测试、软件评估、环境实验、EMC电池兼容性测试等内容。控制系统有关安全部件的评估：基本是在第四个等级D级。关于这些评估和系统安全部件设计，前面已经提到了!

主持人：下一个报告有请来自苏州华铜复合材料有限公司总工程师黄吉祥。报告题目是“节能导体材料铜铝复合母线在风电控制产品中的应用。

黄吉祥：首先对现有的三种材料做一个介绍：首先铜母线大家已经非常熟悉了，它的优点电气性能机械性良好，成本高，重量重。铝母线重量轻、价格便宜。70年代、80年代，我们国家经济政策以铝代铜，当时我们有的都是铝，但是以后为什么不用了?就是铝母线在通过电流以后，有几个问题影响电气寿命。第一它表面容易氧化，氧化以后它是绝缘的，会严重发热甚至烧毁，第二它比较软，易蠕变，电气寿命短。

我们研发的铜铝复合母亲线，解决了铝母线三大决点，成本低，重量青。它的安全性能和铜一样，但是重心用了铝重量减轻了。

实验这是加拿答应属哥伦比亚电力实验室对铜与铜、铜与铝、铝合金搭接的接头进行了2000小时的实验，相同条件下铝合金搭接和比铜和铜的搭配寿命短得多。铜和铜的搭接在实验中电阻变化很小，仅30%样本电阻有等大，实验证实铝和铝搭接寿命比铜和铜的搭接短得多。

铜铝复合母线，表面是铜，中心是铜。我们按照国标T9327-2008要求，做了一个1000次热循环的实验，做完之后这1000个数据要进行离散度的分析，如果离散度在标准范围之内，说明1000次做完了材料表面也好，内部也好，材质没有发生多大的变化。如果材质发生变化电阻会增大，这是寿命实验，这个实验连续做了八个月，充分证实了风电复合排长期通过大电流，其材质和铜铝界面的性能变化很小。

我们取得的资质：我们已经通过了中国电力认证，这是第三方认证。也有了国家电力行业标准和国家能源行业标准。我们这个铜铝复合母线得到了国家科技部、质量监督检验总局的人铺。我们这个产品在国家三个行业权威检测机构进行了检测，一个是国家有色金属及电子才料检测中心，国家电控设备检测中心做了全面检测。在我们机械工业电工材料及特种产品检验中心也做了测试。这是在三个行业最权威的检测机构。

我们1000次热循环是通电做的这考核了它的寿命。使用过程中，尤其分辨系统温差很大，这么大的温差，热胀冷缩产生的应力会不会破坏它?我们对这个产品做了不通电，在恒温箱里，由零下40度到120度反复做100次，看它的界面结合程度有没有变化?如果没有变化说明我们能承受热胀冷缩产生的应力。我们在电气设备里的使用超不过110度，风电系统使用超不过90度，所以它是安全的。

这个产品从2008年起已经做了100多项铜铝复合排母线槽工程，北京凤凰城、广州林俊汽车内饰厂，2012年做了大型汽车厂房项目。

铜铝复合母线在风电场设备中的用由于风电场现场环境恶劣，塔筒在运行过程中剧烈晃动，对电缆、母线的结构优特殊的要求，廉洁奉电机头和塔底控制柜的风电导电轨，要求耐低温、防辐射、重量轻、成本低，线路损耗也要尽量小，因为用的是自己产生的电能。

目前在风力发电机组内使用最多的仍是风力专用电缆，它并不满足上述要求：我们调研大约存在几个问题：

1、风力专用电缆受到线芯的限制，单芯载流量小，大容量输电时需多根并联，不但占用面积大，而且在运行过程中存在电量不平衡的问题，造成部分电缆过载而严重发热并酿成事故。

2、电缆多根并联时回路感抗大，电压降大，更次谐波多，线路损耗大，对塔内控制设备也有干扰。

3、大容量风电机组电缆数量特别多，线路长，由于高落差垂直布局时的自重和固定问题在塔筒内敷衍设难度大，周期长，而且电缆接头附件的制作工艺难度大、费用高，后期还存在故障测寻、维修困难等问题。

4、尽管绝缘层和护套采用了高强度、耐候、耐油材料，但其老化寿命只有10到12年，满足不了使用标准的30年的需求。

5、风电专用特种电缆价格高。