馬金秋

（三峽新能源陽江發(fā)電有限公司，廣東陽江 529500）

0 引言

國內(nèi)裝機(jī)的海上風(fēng)機(jī)制造商均為國產(chǎn)品牌，新增大容量多為參考陸上機(jī)型擴(kuò)容后的近年新研發(fā)投產(chǎn)機(jī)型，甚至部分機(jī)型僅有試驗(yàn)樣機(jī)，大批量安裝投產(chǎn)后風(fēng)電機(jī)組能否適應(yīng)惡劣海況，保持在95%以上可利用率的行標(biāo)要求[1]，其設(shè)計(jì)可靠性及運(yùn)維質(zhì)量將迎來重大考驗(yàn)。

海上風(fēng)電運(yùn)維作業(yè)受海況、天氣、交通方式等因素影響明顯，因海況等因素影響將無法在短時(shí)間內(nèi)抵達(dá)海上對故障機(jī)組進(jìn)行及時(shí)檢修，甚至因大部件無法吊裝造成風(fēng)機(jī)長期停運(yùn)，機(jī)組故障停機(jī)時(shí)間和發(fā)電量損失將大為增加。對比分析定期檢修、狀態(tài)檢修、故障檢修及技術(shù)改造4 種提升設(shè)備可利用率手段的優(yōu)缺點(diǎn)和重要性，給出如何綜合利用4 種方法的運(yùn)行維護(hù)策略。

1 海上風(fēng)電機(jī)組的定期檢修

定期維修是各廠商根據(jù)風(fēng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、零部件固有檢驗(yàn)周期等因素綜合考慮制定的帶有強(qiáng)烈計(jì)劃性、周期性的維修方式。目前，陸上風(fēng)電機(jī)組的定期檢修周期一般選月、季、半年、全年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，海上風(fēng)電機(jī)組受限作業(yè)時(shí)間和運(yùn)維船舶限制，多數(shù)主機(jī)廠家可做到季、半年和全年的定期檢修周期。

風(fēng)電機(jī)組定檢項(xiàng)目主要包括：整體外觀檢查、力矩檢驗(yàn)、易磨損元件測量、傳感器距離調(diào)整、及電氣機(jī)械測試等工作項(xiàng)目[2]，由檢修項(xiàng)目及間隔時(shí)間的檢修方法可以看出定期維修較為趨向于風(fēng)電機(jī)組的定期維護(hù)保養(yǎng)，潛在故障的發(fā)現(xiàn)主要通過外觀檢查和電氣機(jī)械測試等手段，對明顯的缺陷點(diǎn)和電氣機(jī)械測試固有的缺陷暴露項(xiàng)目均可以及時(shí)提前發(fā)現(xiàn)并處理，是目前海上風(fēng)電行業(yè)發(fā)展不成熟階段采取的最簡單有效的維護(hù)方式之一。

圖1 2018 年風(fēng)機(jī)月度可利用率變化曲線

從圖1 可以看出整個(gè)風(fēng)電場風(fēng)機(jī)可利用率變化趨勢在5 月達(dá)到最低谷后有了迅速回升，在8 月和9 月再次下降后，自10 月開始再次回升，這與該海上風(fēng)電場5～7 月進(jìn)行全年定檢和10～12月進(jìn)半年定檢的定期維護(hù)后風(fēng)機(jī)維護(hù)消缺完畢可靠性提升吻合。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，系統(tǒng)性定期維護(hù)是保證可靠性的基礎(chǔ)手段，其可以直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān)測系統(tǒng)無法在線監(jiān)測到的故障點(diǎn)，強(qiáng)制性、固定的檢修項(xiàng)目可保障機(jī)組最基本的可靠性；但其也有弊端，主要表現(xiàn)在隱蔽缺陷維修不到位、非故障項(xiàng)目重復(fù)維修和維修時(shí)間固定且間斷等問題，會(huì)造成維修深度不夠、維修力量浪費(fèi)和維修不及時(shí)。

2 海上風(fēng)電機(jī)組的狀態(tài)檢修

狀態(tài)檢修是指根據(jù)在線監(jiān)測儀器持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)和成熟的故障模型分析判斷設(shè)備的異常狀態(tài)，預(yù)先發(fā)現(xiàn)缺陷，根據(jù)缺陷發(fā)展速度和檢修環(huán)境條件提前安排消缺的方式。根據(jù)材料顯示統(tǒng)計(jì)，海上因各類原因延遲維護(hù)的時(shí)間可占其總停運(yùn)時(shí)間比例的89.4%[3]，可見，海上風(fēng)電能否縮短故障停機(jī)時(shí)間，最重要的即在監(jiān)測設(shè)備能否更全面提前更長時(shí)間發(fā)現(xiàn)缺陷。

不可能無限制的增加海上風(fēng)電機(jī)組的各類監(jiān)測設(shè)備，這會(huì)增加建設(shè)投資成本，監(jiān)測設(shè)備的增加本身也變成風(fēng)電機(jī)組的零部件組成部分，零部件越多越復(fù)雜，反而會(huì)導(dǎo)致設(shè)備故障率的提升。分析《全國風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量狀況調(diào)查報(bào)告（2012 年）》[4]中各風(fēng)機(jī)廠家零部件的詳細(xì)故障情況統(tǒng)計(jì)見表1，具有大部件故障臺次少但排除耗時(shí)過長特點(diǎn)，海上風(fēng)電機(jī)組是由陸上機(jī)型演變而來，同樣具有該特性。圖2 是國內(nèi)某海上風(fēng)電場2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時(shí)間統(tǒng)計(jì)，同樣具有故障次數(shù)低停機(jī)時(shí)間長特點(diǎn)，因此風(fēng)機(jī)大部件在線監(jiān)測能否發(fā)揮作用是風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢修的重中之重。

表1 各風(fēng)機(jī)廠家零部件的詳細(xì)故障情況統(tǒng)計(jì)

圖2 2018 年大部件故障臺次和平均故障排除時(shí)間

目前，已出現(xiàn)監(jiān)測手段有齒輪箱油品在線檢測，齒輪箱溫度監(jiān)測、傳動(dòng)系統(tǒng)（包含主軸、齒輪箱）振動(dòng)在線監(jiān)測，發(fā)電機(jī)繞組和氣隙溫度監(jiān)測，發(fā)電機(jī)電氣參數(shù)監(jiān)測，針對葉片異常聲音和排水孔的監(jiān)測設(shè)備等；分別從各個(gè)方面對機(jī)組的關(guān)鍵部位進(jìn)行監(jiān)測分析。根據(jù)表1 測算，大部件故障率的降低將可每年提升單臺風(fēng)機(jī)可利用率約0.63 個(gè)百分點(diǎn)。

3 海上風(fēng)電機(jī)組的故障檢修

故障檢修亦稱事后檢修，是當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障之后再展開檢修工作，其具有節(jié)約前期監(jiān)測成本，避免過度維修等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是維修手段落后，易因一個(gè)部件損壞造成其他部件損壞。該檢修策略與定期檢修是目前陸上風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用最為普遍的檢修方法，海上風(fēng)電檢修因受海況天氣影響大，且隨著海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)逐步向深海發(fā)展，離岸距離越來越遠(yuǎn)，再加上船舶航速交陸上車輛速度慢的多，抵達(dá)風(fēng)機(jī)時(shí)間將更長，勢必增加故障修復(fù)的停機(jī)等待時(shí)間，進(jìn)而降低機(jī)組可利用率。受限于設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足、產(chǎn)品質(zhì)量限制及惡劣海況條件的長期侵蝕等因素影響，故障檢修方法將無法避免的成為一段時(shí)期內(nèi)重要的海上風(fēng)電機(jī)組檢修模式。

4 海上風(fēng)電機(jī)組的技術(shù)改造

技術(shù)改造是設(shè)備管理方根據(jù)機(jī)組的頻發(fā)故障或先天性缺陷的發(fā)生原因進(jìn)行分析，采用新設(shè)備新技術(shù)局部結(jié)構(gòu)和零件設(shè)計(jì)加以改造對機(jī)組進(jìn)行技術(shù)升級改造的友好檢修模式。

通常當(dāng)新機(jī)組投運(yùn)一段時(shí)期后，各個(gè)部件之間的協(xié)調(diào)配合性不足、設(shè)計(jì)或元器件上存在的未發(fā)現(xiàn)解決的原有缺陷、長期受環(huán)境影響部分元件性能迅速下降等問題將逐漸暴露，此時(shí)不應(yīng)簡單更換零部件，而是應(yīng)根據(jù)收集的大量故障參數(shù)數(shù)據(jù)，將故障共性問題發(fā)掘出來并進(jìn)行總結(jié)提煉，分析缺陷產(chǎn)生的原因過程，運(yùn)用新的成熟的技術(shù)處理方法進(jìn)行技術(shù)改造，從故障發(fā)生源上解決故障發(fā)生率高的問題。

圖3 技術(shù)改造后故障對比

圖3 是某海上風(fēng)電場針對風(fēng)機(jī)各系統(tǒng)內(nèi)元器件的技術(shù)改造后，風(fēng)機(jī)各技術(shù)改造后子系統(tǒng)的故障率均有下降，對海上風(fēng)電降低檢修維護(hù)頻次、減少風(fēng)機(jī)停機(jī)待修時(shí)間、減輕出海作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)等都具有重要意義，同時(shí)提高了設(shè)備可靠性。

5 結(jié)語

作為新興產(chǎn)業(yè)其建成后能否可靠運(yùn)行，并持續(xù)良好健康的發(fā)展取決于海上風(fēng)電場后期運(yùn)行維護(hù)管理的水平。就定期檢修、狀態(tài)檢修、故障檢修及技術(shù)改造4 種檢修模式在海上風(fēng)電機(jī)組管理中各自發(fā)揮的作用和重要性占比進(jìn)行分析；定期檢修是風(fēng)電機(jī)組長期可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)性保障，狀態(tài)檢修是預(yù)判問題病提前解決的維護(hù)方法最優(yōu)解，故障檢修是問題出現(xiàn)后的最終補(bǔ)救措施，是堵漏的最后一道防火墻，技術(shù)改造提升部件和系統(tǒng)可靠性是解決問題降低維護(hù)頻率的根本。