摘要：随着清洁能源的发展和进步，风力发电技术的逐步提高，风电机组（以下简称风机）的单机容量也由以往的千瓦级已提升到现在的兆瓦级。近年来，出于工程施工和运维成本等方面的考虑，投资者也更加倾向使用趋于成熟的国产机型。然而伴随着国产风电装机井喷式的发展，如何在这样的快速发展中同时确保机组安全稳定运行?机组的运行与维护技术会愈加彰显其重要性，甚至成为整个风力发电场的工作重心。这篇结合本人多年的风机运行和维护经验，阐述了一些方面的分析和研究，可为今后的发电机组运维提供参考。
关键词：风机可靠性；运行与维护；环境适应性；预防维修制度；失效预测与健康管理
引言：
风能是一种丰富的清洁可再生能源，其开发利用对于环境保护。优化传统能源结构具有重要意义。在当前气候危机下，为了扩大风速的可利用范围，近年来大型风力发电机组的开发设计得到了迅速发展。目前，风力发电能源供应了全球用电量的百分之三左右。本文围绕着风电机组运行维护现状与展望展开探讨，并提出一些相关问题和研究课题。
1机组运行维护现状与展望
1.1概述
备件的可用性对运维成本有显著的影响。所以，为了实现可靠性和运维成本的优化，事后维修应尽可能少。这可以通过以下途径来实现：1）高可靠性产品的开发；2）全面的预防维修计划；3）采用CM来尽早地识别早期故障，以便可以采取适当的行动计划。
后两个方面与维修理论是密切相关的。维修理论包括很多内容，包括可靠性建模，维修任务类型的确定，维修任务执行时间的优化，预防维修制度的设计，没维修物流和寿命终的处置策略。可靠性建模是维修决策的基础，已经有大量的研究。对于识别停机和性能不佳的潜在原因，以及针对预防失效确定适当的维修任务来说，以可靠性为中心的维修是一种非常受欢迎的方法。维修优化应该从风电场整个寿命周期出发，采用全寿命周期费用分析方法来实现。现代运维涉及质量工程，可靠性工程，维修理论，运筹学，工程经济学，供应链管理，信息技术等许多学科。下面对风电机组运行维护中三个值得关注的问题或者课题进行探讨。
1.2预防维修制度设计的现状与展望
风电机组制造商应该给产品用户提供或者推荐一个预防维修制度。如何设计这个预防制度是一个非常具有挑战性的课题。一个预防性维修制度的总体开发框架应该提供决策指南，包括维修制度的重点，选择正确的维护策略，以及它们的实现。预防维修实现的基础是成组维修。它们需要关键子系统和零件的可靠性模型和备件成本、人力成本等费用参数，生产损失和其他的间接费用参数。已有的研究多集中于单一部件或者失效模式的检查和预防替换，但是没有系统的预防维修制度设计理论[1]。研究如何将单一部件或者组件的预防维修优化结果组合起来，形成风机的预防维修制度。实际上，形成构建风机预防维修制度的理论方法，像汽车行业一样建立预防维修制度国家标准，对于提高风电运行可靠性和行业竞争力具有重要意义。对于设置费用高的部件，机电维修可能是最具潜力的策略。所以，对于风电机组来说，机电维修策略的应用研究是一个值得关注的课题。
1.3 CBM和PHM的现状与发展
（1）状态检测技术
风力发电组的维修对于维修工作人员来说并不容易。因此，我们希望风机有高的可靠性、可用性、维修性和安全性。如果失效后果非常严重，而重新设计又不可取，则状态监测就是唯一的选择。CM是状态维修和预测与健康管理应用的基础。CM新技术的发展有助于减少风力发电机组的维修费用。通过CM技术检测早期的故障可以帮助预防重大故障，显著减少由此而产生的费用。而且，它可以优化维护计划，减少停机时间，增加设备的可用性、提高安全性和操作可靠性。已有大量的研究投入旋转电机的状态检测。Tavner综述了旋转电机的状态监测。Marques等探讨了功率变流器故障的实时诊断技术。制动系统的故障可以导致风力发电机组的严重失效，因而受到特别的关注。En-tezami等基于电压和电流的监测对风力发电机组的制动系统进行故障诊断。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于风力发电机组来说，重要的监测技术很可能是绕嘴和冷却剂温升监测；通过功率、电流、速度和振动测量转子动力和轴承状态以及发电机绝缘绕组的局部放电监测。同时，CM信号的综合分析需要考虑不同信号之间的相互关系（例如，电信号和机械信号之间的相互关系），以一种多参数的方法将多个监测信号关联起来。
（2）CBM和PHM
CBM根据设备的状态信息安排维修计划，以预防故障的发生而不过多地损失寿命，对于大型装置尤为适用。PHM是一种集成的技术，可以减低维护成本，改善维修策略，提供产品使用的反馈到产品设计和验证过程。PHM可以在不同级别的规模和复杂条件下执行，其中根本的预测算法会影响PHM的整体效果。作为维修应用，PHM和CBM非常相似。但PHM在产品的整个寿命周期都有应用。例如：1）PHM能被应用于产品的设计和开发过程（通过收集和反馈产品的使用信息给产品设计人员）。2）利用PHM的数据存贮、处理和诊断功能，能显著地减少无故障发生现象。3）利用PHM的数据存贮和处理功能，通过提供产品的系统、子系统以及元器件的健康状况信息辅助产品的寿命末的处置决策[2]。
1.4 寿命末端处置策略
风电机组的寿命末端处置策略是一个尚未引起关注的问题。具体来说，包括（确定风电机组的寿命末端—计划水平、选择风机在寿命末端的处置策略以及选择风电场在寿命末端的处置策略）三个方面。计划水平可以是固定的，也可以是随机的。但是在实际应用中，风电机组的计划水平应该是随机的。因为在固定的计划水平下，接近计划水平时的部件更换或者维修将致使部分寿命不被利用。风电机组处置的可选策略包括：报废、再循环和再制造。应该如何去做选择，其中，“再制造”有巨大潜力，但技术变革可能导致技术过时，因此可能会增加整个再制造成本。风电机组报废后，风场怎样的处置策略：建立新的风电机组或是“沧海变桑田”。
2 运行维护研究的共性问题
从目前风电机组的实际需求出发，对各种运行维护决策优化，以下课题是值得注意和考虑。
2.1 环境影响分析
风电机组故障的发生往往是因为不断变化的环境和工作条件。在不同条件下，相同的部件可能有不同的失效机理。因此，对于风电机组的各种运行维护决策优化，应该考虑多源信息的收集和融合，包括环境条件、性能参数、使用和维修参数等，并建立多变量可靠性模型。
2.2 全寿命周期成本分析
运行维护成本随着风电场运营年数不断增长，且前端活动对整个运维阶段的影响力更大。所以，在运行维护的策略优化时，应综合考虑整个寿命周期内运行维护成本之和，全面控制成本，提高风场的整体运维效益。
2.3综合的计算机化运维管理系统
风电机组往往坐落在人烟稀少、交通不便的偏远地区，运维管理信息化是必然的趋势。风电机组的可靠性建模，PHM，运行与维修决策应该与现有的数据采集与监控系统集成。这也是测试研究结果的适当性和有效性的有效手段。
3 结束语：
我国风机的正常工作时间、发电量和装机容量不成正比，远低于世界平均水平。因此，提高风机的可靠性，减少故障发生率和维修成本已经是刻不容缓了。本文从运行维护管理角度总结已有研究工作，并识别了一些值得关注的问题和研究课题。随着人们对风电运行维护管理优化工作越来越多的关注，以上问题将会得到快速解决，显著改善中国制造的风机的可靠性，提高中国风机制造企业的全球竞争力。
参考文献：
[1]田洪海.风电机组运行维护现状研究与展望[J].企业技术开发月刊,2016,35(16).
[2]李垚,朱才朝,陶友传,等.风电机组可靠性研究现状与发展趋势[J].中国机械工程,2017,28(9):1125-1133.
论文作者:陈显满
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/22
标签：机组论文; 风电论文; 可靠性论文; 寿命论文; 风机论文; 运行维护论文; 成本论文; 《基层建设》2018年第4期论文;