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近日,由金风慧能实施的双馈机组提质增效项目交付满一周年,据SCADA抽取的数据显示,与同风场未实施技改的6台对标机组相比,变流器及主控故障率分别下降91%和95%,累计发电量提升近6%,达成了安全性与可靠性提升的改造初衷。
该风电场位于我国“三北”地区,与国内较早建成的风电场相似,具有优质风资源的先天优势,项目核准电价较高(0.58元/ kW·h),当地有效风能密度达268~348瓦/㎡,年平均风速在6米/秒以上(20米高),是该省风能储量最具开发潜力的地区。
风电场共安装30余台1.5MW/82型双馈机组,自2009年全场投运至今,每年可向电网输送超过0.9亿千瓦时的清洁电能,能够满足3.6万个三口之家一年的生活用电。
由于机组在设计理念和配套件技术上存在瑕疵,随着运行年份的增长,这些问题逐渐暴露,导致机组运行安全风险加大,发电收益下降、运维成本增高。
据统计,该风电场近5年的年均可利用小时数不足1600小时,远低于设计可研值,与当地年有效运行时间2100小时的平均水平也存在较大差距,亟需进行深度技改与治理,实现对优质风资源的高效利用。
在此背景下,风电场运营方与金风科技全资子公司北京金风慧能技术有限公司(下称:金风慧能)携手展开了一次风电场深度技改的合作。
某风力发电场现场
前期调研,有的放矢
该项目涉及的技改机组,与金风慧能在甘肃、内蒙古等地实施的批量机组改造(相关链接:变流器故障率下降100%,双馈机组技改筑牢安全“防火墙”),为同品牌、同型号的1.5MW/82型双馈机组,但生产批次、运行年份和核心配置有所不同,在具体的故障现象上既有共性问题,也存在个性问题,需要重新梳理技改方向,定制个性化的技改方案。
首先是对各机组故障现象的根因分析。
经过对全场30余台机组,连续20个月内,49种故障子类,16000余次故障报警的数据分析可知,变流器类故障无论在故障次数还是故障时间上都“高居榜首”。
究其原因,在于原机组采用的变流器在保护与绝缘方面存在设计缺陷,导致现场故障频发,甚至多次出现IGBT击穿,仅2018年就损坏8台之多,严重影响风电场的安全运行。
大部件及齿轮油检测报告
除变流器故障外,变桨类故障的原因为滑环质量缺陷;绝大多数自检类、主控类、转速类、安全链类、振动类故障均由主控程序缺陷引起;电气类故障则集中在电池类和温度类故障;齿轮箱类故障多为油温高,导致限功率运行或停机损失。
基于科学严谨的故障分析结论,技改项目组与项目业主共同决定对故障率最高的6台机组优先进行系统性深度技改。技改方案以可靠性、安全性改造为先导,兼顾发电量和精细化管理水平提升;同时提出了安全、高效的整体解决方案和分步实施计划,以期让这些“带病”运行的老旧机组重焕生机。
以较小代价,实现预期效果
在技改方案的实施中,主要包括变流器、主控、齿轮箱散热和SCADA技改,以及其他多个技改子项。
·变流器技改
从经济性考虑,整体替换变流器代价较高,选择使用主流厂商新一代变流器板件对原部件进行替换,并做全面的硬件优化和程序升级,彻底消除原有驱动板件和机网侧过流故障,解决保护功能不完善和电磁兼容性问题。
配合主控程序升级和电气技改后,机组可具备故障电压穿越功能。
·主控技改
由于原主控PLC(可编程逻辑控制器)已停产,且在控制功能上存在局限性,故将其替换为技术更加成熟、稳定的主流品牌主控PLC,可解决故障率高、备件获取难的问题。
新的主控PLC上搭载了金风新一代控制策略,可有效降低故障率、提升发电效能,并降低传动链的高频疲劳载荷。
·齿轮箱散热技改
采用串联式大功率散热片,配合主控技改时优化的散热逻辑,可满足机组全生命周期的散热需求,杜绝因齿轮油过温导致的机组限功率运行和停机。
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