文 | 孟鵬飛，李強(qiáng)

由于目前風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)的故障報(bào)警功能不夠完善（未包含重復(fù)性故障的統(tǒng)計(jì)分析功能），而且當(dāng)前還存在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員故障分析水平較低的情況，如果無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)重復(fù)性故障及其背后隱藏的安全隱患，最終將導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)無(wú)法有效掌握機(jī)組的運(yùn)營(yíng)水平和健康狀態(tài)。若主軸或發(fā)電機(jī)軸承溫度高、機(jī)艙振動(dòng)等關(guān)鍵告警或故障未及時(shí)引起注意，可能會(huì)導(dǎo)致軸承損壞甚至機(jī)艙著火、葉片折斷等重大事故發(fā)生。

針對(duì)以上情況，本文提供了基于SCADA故障告警數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組隱患分析及處理方法，通過(guò)使用Excel的數(shù)據(jù)透視表功能快速對(duì)機(jī)組的故障報(bào)警記錄進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，標(biāo)定出重復(fù)性告警或故障，發(fā)現(xiàn)機(jī)組的安全隱患，由此開(kāi)展針對(duì)性的閉環(huán)消缺，并以處理V52-850kW風(fēng)電機(jī)組的“油過(guò)濾錯(cuò)誤故障”為例，闡述該方法的操作流程。該方法不僅可以快速定位機(jī)組的潛在隱患、高效地開(kāi)展運(yùn)行消缺、提高機(jī)組可靠性、避免設(shè)備的進(jìn)一步惡化損壞，而且可提升運(yùn)行維護(hù)人員的故障分析、處理能力。

案例分析

風(fēng)電機(jī)組隱患的分析及處理方法分為以下三個(gè)步驟：（1）發(fā)現(xiàn)隱患：通過(guò)對(duì)SCADA系統(tǒng)中的告警和故障記錄進(jìn)行分析，找到重復(fù)性告警或故障；（2）消除隱患：“診治”潛在隱患機(jī)組，通過(guò)油樣檢測(cè)、振動(dòng)檢測(cè)、磨損狀況檢測(cè)、探傷檢測(cè)等手段進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢查，再結(jié)合檢查或檢測(cè)結(jié)果給出診斷意見(jiàn)（檢修維護(hù)的建議）；（3）隱患跟蹤回訪：對(duì)“診治”后隱患機(jī)組的健康狀況進(jìn)行分析和跟蹤，直至轉(zhuǎn)為健康機(jī)組。

下文將以處理“某風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組油過(guò)濾錯(cuò)誤故障”為例，闡述隱患分析及處理方法的具體步驟。

表1 隱患總表

一、發(fā)現(xiàn)隱患

首先對(duì)全場(chǎng)風(fēng)電機(jī)組告警和故障記錄進(jìn)行分析，分析工具為Excel中的“數(shù)據(jù)透視表”。數(shù)據(jù)透視表可以根據(jù)不同的關(guān)鍵字對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn)行分類(lèi)匯總，匯總方法包括計(jì)數(shù)、求和、平均、方差統(tǒng)計(jì)等。進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組體檢的數(shù)據(jù)源，為風(fēng)電機(jī)組SCADA系統(tǒng)采集的告警和故障記錄數(shù)據(jù)，包含風(fēng)電機(jī)組編號(hào)、故障名稱(chēng)、故障代碼、觸發(fā)時(shí)間、故障恢復(fù)時(shí)間、嚴(yán)重等級(jí)等，不同風(fēng)電制造商的SCADA系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)類(lèi)別不同。利用數(shù)據(jù)透視表可以對(duì)SCADA告警和故障記錄按照機(jī)組編號(hào)、故障類(lèi)型、嚴(yán)重等級(jí)、故障時(shí)間等分類(lèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，從而判斷出全場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。以樣本量、統(tǒng)計(jì)時(shí)間范圍的大小來(lái)選定重復(fù)性告警或故障次數(shù)，判定機(jī)組是否處于隱患狀態(tài)。在本文隱患總表（表1）中，將單臺(tái)機(jī)組重復(fù)性告警或故障次數(shù)達(dá)10次以上的告警或故障標(biāo)定為紅色，表示機(jī)組處于隱患狀態(tài)；當(dāng)初次消缺后，標(biāo)定為黃色，表示運(yùn)行待觀察；后續(xù)跟蹤此告警或故障已完全消除，則標(biāo)定為綠色。

表2 機(jī)組隱患排名表

表3 故障總數(shù)排名表

以某風(fēng)電場(chǎng)機(jī)組2017年1－4月的SCADA告警和故障記錄作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)透視，分別得到該風(fēng)電場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組隱患總表（表1）、機(jī)組隱患排名表（表2）、故障總數(shù)排名表（表3）、單臺(tái)機(jī)組隱患排名表（表4）。因風(fēng)電機(jī)組數(shù)目、告警或故障種類(lèi)較多，不便一一列出，故以上各表只顯示部分風(fēng)電機(jī)組數(shù)據(jù)。

從表1中得出報(bào)“油過(guò)濾錯(cuò)誤故障”的風(fēng)電機(jī)組有：QA34#(348次)、QA38#(277次)、QA40#（2次，2017年3月2日和3日各報(bào)1次，3月中旬已更換齒輪箱）、QA41#（46次）、QA48#（329次）、QA50#（298次），共計(jì)1300次。

由表2可以看出整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)部分風(fēng)電機(jī)組對(duì)應(yīng)告警或故障總數(shù)的排名情況，其中故障次數(shù)排在第一位的是QA48#機(jī)組，故障總數(shù)為1812次；由表3得出部分風(fēng)電機(jī)組具體故障情況，其中排在第一位的是“油過(guò)濾器錯(cuò)誤”故障；由表4得出單臺(tái)風(fēng)電機(jī)組（QA34#）告警或故障次數(shù)分布情況，排在第一位的為“油過(guò)濾錯(cuò)誤”故障。

表4 QA34隱患排名表

由表1可知，“油過(guò)濾錯(cuò)誤故障”為各類(lèi)告警或故障中出現(xiàn)次數(shù)最多的故障，涉及的風(fēng)電機(jī)組有：QA34#、QA38#、QA41#、QA48#、QA50#，應(yīng)對(duì)這些機(jī)組進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)檢查消缺。

二、消除隱患

齒輪箱潤(rùn)滑系統(tǒng)中設(shè)有用于對(duì)油液中的雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾的過(guò)濾器，在其出口處（即過(guò)濾器下端）設(shè)有壓差開(kāi)關(guān)，可通過(guò)持續(xù)檢測(cè)過(guò)濾器入口與出口油壓差值（通常的設(shè)定值為3.5bar）來(lái)判斷組合過(guò)濾器中濾芯的清潔度，并向主控發(fā)出檢測(cè)信號(hào)。當(dāng)齒輪箱油溫小于等于40℃時(shí)，系統(tǒng)忽略過(guò)濾器壓差開(kāi)關(guān)發(fā)出的信號(hào)；當(dāng)齒輪箱油溫大于40℃時(shí)，主控開(kāi)始判斷過(guò)濾器壓差開(kāi)關(guān)信號(hào)，當(dāng)過(guò)濾器入口與出口油壓差值大于3.5bar時(shí)，壓差開(kāi)關(guān)會(huì)向主控發(fā)出報(bào)警信號(hào)，主控會(huì)報(bào)出該故障；當(dāng)過(guò)濾器入口與出口油壓差值小于等于3.5bar時(shí)，壓差開(kāi)關(guān)會(huì)向主控發(fā)出正常信號(hào)，主控不會(huì)報(bào)出故障。

可能導(dǎo)致此故障的原因有：（1）壓差開(kāi)關(guān)實(shí)際選型與程序中配置型號(hào)不符；（2）濾芯堵死；（3）齒輪箱壓差開(kāi)關(guān)損壞。

解決方案：（1）壓差開(kāi)關(guān)類(lèi)型分為常開(kāi)、常閉型，檢查是否與程序設(shè)置一致；（2）檢查濾芯是否堵塞，油液中是否有較多雜質(zhì)。若濾芯堵塞且油液中雜質(zhì)較多，則需更換濾芯并根據(jù)油液雜質(zhì)情況考慮是否進(jìn)行油液檢驗(yàn)；（3）檢查壓差開(kāi)關(guān)是否損壞，若損壞則予以更換。

（一）隱患初次消缺

2017年5月22日，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員處理QA34#風(fēng)電機(jī)組報(bào)油過(guò)濾錯(cuò)誤故障，檢查發(fā)現(xiàn)齒輪箱濾芯堵塞，故排除“可能導(dǎo)致此故障的原因中的（1）和（3）”。更換濾芯時(shí)，發(fā)現(xiàn)濾芯的油液中有較多鐵屑以及黑色橡膠雜質(zhì)，如圖1和圖2所示。更換齒輪箱濾芯后風(fēng)電機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行，待觀察。同時(shí)，抽取了該齒輪箱油樣進(jìn)行送檢化驗(yàn)。

（二）隱患原因預(yù)判

通過(guò)初次消缺處理，預(yù)判可能的原因如下：（1）QA34#風(fēng)電機(jī)組齒輪箱齒面因磨損而產(chǎn)生鐵屑，而黑色橡膠雜質(zhì)可能來(lái)源于齒輪箱加油口、空氣過(guò)濾器的密封圈或者外部潤(rùn)滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁；（2）其他4臺(tái)風(fēng)電機(jī)組（QA48#、QA50#、QA38#、QA41#）的齒輪箱情況可能類(lèi)似，齒輪箱內(nèi)有鐵屑以及橡膠雜質(zhì)，導(dǎo)致濾芯無(wú)法過(guò)濾，進(jìn)而報(bào)油濾芯錯(cuò)誤故障。

（三）預(yù)判結(jié)果驗(yàn)證

風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員于2017年5月23－25日對(duì)上述4臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)檢查，檢查結(jié)果為：（1）濾芯堵塞，濾芯的油液中均含有少量的鐵屑和黑色橡膠雜質(zhì)；（2）因齒輪箱的加油口、空氣過(guò)濾器無(wú)黑色密封圈等橡膠，故初步判定黑色橡膠雜質(zhì)來(lái)自于外部潤(rùn)滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁，因橡膠油管內(nèi)壁長(zhǎng)時(shí)間受熱老化運(yùn)行脫落，在齒輪箱內(nèi)部被嚙碎產(chǎn)生黑色橡膠雜質(zhì)。

（四）專(zhuān)項(xiàng)檢查消缺

1.齒輪箱內(nèi)窺鏡檢查

為找到故障發(fā)生的具體原因，避免故障擴(kuò)大，5月25日暫時(shí)停運(yùn)了以上5臺(tái)風(fēng)電機(jī)組（QA34#、QA38#、QA41#、QA48#、QA50#），對(duì) QA34#、QA38#、QA48# 風(fēng)電機(jī)組齒輪箱使用內(nèi)窺鏡（型號(hào)：IPLEX RX工業(yè)內(nèi)窺鏡）進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果如下：

圖1 鐵屑和黑色橡膠雜質(zhì)

圖2 黑色橡膠雜質(zhì)

（1）QA34#風(fēng)電機(jī)組：太陽(yáng)輪輕微點(diǎn)蝕；行星輪輕微磨損，如圖3－圖5所示。

（2）QA38#風(fēng)電機(jī)組：中速軸大齒輪輕微點(diǎn)蝕。

（3）QA48#風(fēng)電機(jī)組：行星齒輪面磨損，輕微點(diǎn)蝕；太陽(yáng)輪齒面輕微點(diǎn)蝕。

（4）檢查判定黑色橡膠雜質(zhì)來(lái)自于外部潤(rùn)滑系統(tǒng)軟油管的內(nèi)壁。

由上文分析可得結(jié)論：（1）齒輪箱運(yùn)行磨損產(chǎn)生的鐵屑和外部潤(rùn)滑系統(tǒng)軟油管內(nèi)壁脫落的黑色橡膠雜質(zhì)（被齒輪嚙合碾壓后產(chǎn)生）導(dǎo)致濾芯堵塞；（2）齒輪箱運(yùn)行情況待觀察，需定期做內(nèi)窺鏡檢查；（3）潤(rùn)滑油應(yīng)送檢化驗(yàn)。

內(nèi)窺鏡檢查完畢后，陸續(xù)使以上5臺(tái)風(fēng)電機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行，并根據(jù)油樣檢測(cè)結(jié)果作進(jìn)一步處理。

2.油樣化驗(yàn)

本次專(zhuān)項(xiàng)檢查更換了QA48#、QA50#、QA38#、QA41#風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的濾芯，并抽取齒輪箱油樣進(jìn)行送檢化驗(yàn)。油化驗(yàn)使用的儀器及型號(hào)具體如下：滴定儀（型號(hào)：702/瑞士萬(wàn)通）、光譜儀（型號(hào)：PRODIGY XP ICP/美國(guó)LEEMAN）、自動(dòng)粘度測(cè)試儀（型號(hào)：美國(guó)SPECTRO）、水份測(cè)定儀（型號(hào)：831KF /瑞士萬(wàn)通）、分析式鐵譜儀（維克森北京科技有限公司）、顆粒計(jì)數(shù)儀（美國(guó)太平洋-HACH）、鐵屑分析儀（型號(hào)：ANALEXPQ-M / KITTIWAKE公司）。QA34#風(fēng)電機(jī)組的油樣監(jiān)測(cè)報(bào)告如圖6所示，其中，油品理化、污染、磨損指標(biāo)均正常，光譜分析情況也正常；且由對(duì)比歷年數(shù)據(jù)變化幅度較小可知系統(tǒng)潤(rùn)滑情況正常，該齒輪油可繼續(xù)使用。其他4臺(tái)風(fēng)電機(jī)組機(jī)組油樣結(jié)果相同，故不再贅述。

三、隱患跟蹤回訪

此后繼續(xù)觀察以上5臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱的運(yùn)行情況，根據(jù)運(yùn)行情況開(kāi)展進(jìn)一步工作，若持續(xù)性報(bào)“油過(guò)濾錯(cuò)誤故障”，應(yīng)及時(shí)化驗(yàn)監(jiān)測(cè)齒輪箱油液，并做內(nèi)窺鏡檢查；若更換老化的外部潤(rùn)滑系統(tǒng)軟油管以及多次更換油濾芯仍然無(wú)效，需考慮過(guò)濾或者更換齒輪箱油。

隱患分析及處理的有效方法

利用數(shù)據(jù)透視表能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行中的一些缺陷及異常，以便及時(shí)控制和處理，使問(wèn)題在萌芽狀態(tài)就得到處理，從而保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。下文主要闡述了運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)如何利用好隱患分析及處理方法，以便更加高效地做好機(jī)組運(yùn)行維護(hù)及相關(guān)管理工作。

圖3 QA34#風(fēng)電機(jī)組太陽(yáng)輪齒面輕微點(diǎn)蝕

圖4 QA34#風(fēng)電機(jī)組行星齒部分齒面存在黑線

圖5 QA34#風(fēng)電機(jī)組行星齒部分齒面劃痕、磨損

（1）定期對(duì)風(fēng)電機(jī)組做數(shù)據(jù)透視，周期可為月、季度、年，形成月/季度/年隱患報(bào)告。

（2）做好隱患報(bào)告后，對(duì)機(jī)組重復(fù)性告警或故障進(jìn)行標(biāo)定，便于閉環(huán)處理跟蹤。

（3）建立隱患消缺臺(tái)賬，便于后續(xù)跟蹤對(duì)比分析。建議日常消缺時(shí)，若某故障處理完畢后，查找隱患報(bào)告中與此故障相同的機(jī)組進(jìn)行一并處理。遇到嚴(yán)重重復(fù)性的告警或故障，需及時(shí)開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)檢查整改工作。

圖6 QA34#風(fēng)電機(jī)組齒輪箱油樣監(jiān)測(cè)報(bào)告

（4）建議定期檢修維護(hù)某臺(tái)風(fēng)電機(jī)組前，查找隱患報(bào)告中該臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的重復(fù)性告警或故障，定檢時(shí)一并消缺處理，提高工作效率，減少停機(jī)率，降低維護(hù)成本。

（5）日常運(yùn)行維護(hù)期間，若當(dāng)日無(wú)故障，可核對(duì)隱患報(bào)告中重復(fù)性告警或故障，做好消缺計(jì)劃安排。

（6）重復(fù)性告警或故障處理完畢后，運(yùn)行人員務(wù)必做好分析總結(jié)及分享交流，以此來(lái)提高其故障分析、處理能力，積累維護(hù)經(jīng)驗(yàn)。

結(jié)論

本文提出了基于SCADA告警數(shù)據(jù)的風(fēng)電機(jī)組隱患分析及處理方法，包括發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、故障跟蹤回訪三部分，并以具體事例對(duì)該方法進(jìn)行全面論述。該方法有利于風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)人員快速全面掌握機(jī)組健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義。此外，也可提升運(yùn)行維護(hù)人員的技術(shù)水平。