风电机组零部件风险等级分类方法研究

2014-02-23张睿

风能 2014年9期

文 | 张睿

风电机组零部件风险等级分类方法研究

文 | 张睿

随着风力发电在中国的迅猛发展，中国已成为风电设备制造业大国。在风电机组产能位居世界前列的状况下，机组整机质量水平已越来越成为中国风电产业关注的焦点。而对于风电机组整机来说，零部件的质量状态是影响其质量最重要的因素之一。同时，不同类别的零部件对整机的影响也不尽相同。如何评估不同零部件对整机的影响程度是风电机组质量管理和零部件采购管理的重要课题。

通过分析不同零部件对整机的影响因素和程度，对零部件进行风险评估与分析，量化零部件风险系数，从而确定不同风险等级的零部件。风险等级高的零部件在采购与质量管理环节应重点关注，而风险等级较低的零部件则可以节省质量控制与采购的管理成本，从而有效提高整机质量水平。

零部件整体状态分析

风电机组零部件种类众多、数量庞大、涉及专业技术范围广阔，以某直驱型2MW风电机组为例，其一台整机零部件有550余种、6800余件，这些导致了零部件采购和质量控制的高风险。为有效控制风险，必须对零部件进行分类，按照类别对不同类零部件实施差异化管理。

（一）风电机组零部件分类

风电机组整机零部件可按照用途初步分为32大类，每大类零部件所包含的零部件种类和数量差别较大。

（二）零部件分类分析

该机型风电机组零部件通过分类，将550余种零部件简化为32大类零部件，大大提高了零部件管理效率，降低了风险控制难度。但仅从零部件分类来控制风险却远远不够。

图2 每大类零部件所包含的零部件数量

从上述图表所列零部件分类看，钣金件、普通紧固件、电缆、高强度紧固件包含的零部件种类最多，占所有零部件种类的85%；而高强度紧固件、普通紧固件和钣金件所包含的零部件数量最多，占所有零部件数量的96%。

若仅从零部件分类的种类和数量分析，高强度紧固件、普通紧固件和钣金件因所包含的种类和数量远远大于其他类别零部件而成为风险最高的零部件。但事实上，上述零部件对风电机组整体性能的影响较小，出现质量风险的可能性也较低。

为此，有效识别不同类别零部件的风险状况就不能仅考虑每大类零部件所包含的零部件种类或数量，而应该引入其他风险分析因素。

风电机组零部件风险因素分析

零部件风险贯穿于风电机组的整个生命周期，包括设计研发、零部件采购、整机装配测试、风场安装调试、运行维护维修等阶段，而零部件在其生命周期的不同阶段也将经历设计开发、加工制造、检验测试、采购到货、整机装配、风场运行、维护维修等环节，各环节将会产生不同的风险因素。本文从风电机组整机采购和质量控制角度，重点分析各阶段零部件对整机的影响和风险因素。

（一）零部件风险因素识别

零部件风险评估是通过对影响零部件风险因素的评分进行，其首要环节是识别哪些因素能够影响到零部件的风险水平。

（1）零部件风险因素特点

在对零部件风险因素进行识别时，应针对风电机组的不同阶段风险特点进行辨别，影响风电机组的零部件风险因素需具备以下特点

● 该因素在不同零部件上有所区别

● 该因素在绝大多数零部件上均会有所体现

● 该因素的不同会导致零部件处理过程中的不同方式

（2）零部件风险因素识别

在风电机组所处的不同阶段中，零部件因所处环节不同会产生多种风险因素。只有符合上述特点的风险因素才能够用来对零部件进行风险评估。

下图是对零部件风险因素的筛选表。

上述表格中标识为橙色的风险因素是筛选出的同时具备3项特点，用于风险评估的因素。

（二）风电机组设计研发阶段的风险因素

风电机组的设计研发复杂程度高、设计范围广，往往需要与一部分零部件供应商进行协同研发，同时受到零部件制造技术和检验技术的限制，不同零部件对风电机组整机质量和性能的影响也不尽相同。

（1）零部件设计制造过程及检验难易程度

不同零部件的设计往往影响到风电机组整机的设计形式，部分同类零部件的不同供应商设计不同往往也会导致不同的整机设计。在整机设计阶段，一部分零部件需要参与到整机设计环节中，而零部件本身的设计难易程度也是影响整机设计成功与否的重要因素。如直驱风电机组主轴轴承的不同设计将导致机组机舱、发电机和轮毂等结构件设计的不同。

表1 风电机组零部件风险因素筛选

另外，风电机组设计过程中也不得不考虑零部件的制造技术水平和检验难易程度，制造难度越高，检验越困难，将会导致机组的质量风险越高。

（2）零部件对整机质量或性能的影响程度

不同零部件对风电机组整机性能的影响程度不同，如可利用率、故障率等在不同零部件上的体现区别极大。对整机性能影响大的零部件，其自身的质量风险必然大于其他对整机性能影响小的零部件。在实施零部件采购和质量控制过程中必须重点关注影响大的零部件。

（三）风电机组零部件采购及整机装配测试阶段的风险因素

风电机组在生产阶段，其零部件须通过采购、装配、测试等环节，其间不同零部件的特点生成了不同的采购、装配、测试的方式，从而存在不同程度的潜在风险。

（1）零部件本身价值

风电机组零部件在采购环节，其本身价值体现在采购价格方面。价格越高的零部件，其采购、更换、质量问题的处理等难度都将大于价格低的零部件。零部件本身价值是不得不考虑的风险因素。

（2）零部件出现不合格的可能性高低

零部件在生产制造、运行使用过程中不可避免会出现不合格现象，而不同零部件出现不合格的可能性也不同。通常情况下，结构越复杂、制造难度越大、工艺过程越长的零部件，其出现不合格的可能性越大。而不同阶段，不同零部件所出现的不合格可能性也有所不同。如风电机组制造阶段，机械类零部件出现不合格的现象较多；而风电机组运行阶段，电气类零部件出现不合格的现象则更多。

零部件出现不合格必然会导致整机出现故障，而零部件不合格可能性的高低也在很大程度上影响机组的风险水平。

（3）零部件缺陷纠正的难易程度

当零部件在制造过程中出现缺陷时，需要通过返修、返工、更换等方式进行纠正，但不同零部件的缺陷后纠正方式差别极大，有的零部件一旦出现缺陷就只能报废处理，而有的零部件则只需简单的返工便可消除缺陷。零部件本身的制造特点决定了其缺陷纠正的难易程度，而纠正难度大的零部件会因其缺陷纠正导致供应商隐瞒缺陷或延迟交货，从而增加其采购及质量风险。

（四）风电机组风电场安装调试及运行维护阶段的风险因素

零部件完成整机装配后将进入风电场安装调试及运行维护阶段，该阶段将直接面对客户且零部件状态将直接影响风电机组的可利用率、发电率等关键指标。

（1）零部件对销售和客户满意度的影响

风电机组零部件中部分零部件的外观、性能、操作便利程度等会直接面对客户，对客户满意度的影响远大于其他零部件。如构成机组外观的所有零部件会影响客户的视觉感观；发电机的发电量会直接影响客户的生产需求；控制系统的操作会影响客户的用户体验等。

（2）零部件售后服务及维护的难易程度

风电机组运行维护过程中需要定期进行维护，不同的零部件所需的维护方式和周期均不相同。有些零部件终生不需要维护；而有些零部件则必须隔几个月进行一次维护；还有一些零部件维护周期较长，但每次维护的成本和难度都很大。

（3）零部件维修和更换的难易程度

零部件在风电机组运行过程中会发生故障，需要进行维修和更换。不同零部件进行维修和更换的难易程度差别极大。通常情况下，零部件的维修和更换跟其体积大小和内部结构复杂程度有关。维修和更换越难的零部件，在整机运行维护中的风险越大。

零部件风险评估

通过对零部件风险特征的分析，上述8项因素是风电机组零部件所面临的主要风险因素。在对具体零部件进行风险评估时，须从8个因素分别进行评价。为风险评估更加有效、客观，引入量化评估的方法，对每一大类零部件在8个因素方面进行评分。

(一)应用量化评分进行风险评估

通过对零部件8个风险因素分别打分，分值1分－10分，分值越高，代表该项因素的风险越高。打分完成后，再取平均值，从而可以计算出不同类别零部件的综合评估平均分，其范围也在1分－10分。最后按照平均分高低对零部件进行排列，得分高于等于7分的列为关键级零部件；得分高于等于5分，低于7分的列为重要级零部件；得分低于5分的列为一般级零部件。

（二）零部件风险评估表

以某直驱型2MW风电机组部分零部件为例，经过量化评分后可列出下述表格。

如上表，经过量化评分，发电机、叶片、机舱铸件、轮毂铸件、主控系统、变桨轴承的平均分高于7分，其风险最高，列为关键级零部件；滑环、偏航刹车盘、高强紧固件、远程监控系统、刹车系统的平均分在5分－7分之间，列为重要级零部件；其他零部件的平均分低于5分，列为一般零部件。

以风电机组铸件为例，经评估后列为关键级零部件。则在控制铸件质量时，其控制环节包括了供应商开发审核、制定铸件供货质量要求、样件审核、制造过程控制、成品验收、供应商定期审核等。在提高质量要求并加大控制力度后，陆续在检验过程中报废了价值数百万的存在不可接受缺陷的铸件，从而避免问题铸件进入到机组制造环节。

另一方面，以钣金件为例，经评估后列为一般级零部件。质量控制方式以委托总装厂来料检验为主，既能够有效控制质量，又能最大程度节约控制成本。

（三）零部件风险因素评估应用

零部件风险评估分类的结果将标注在风电

表2 部分零部件量化评分表

图3 零部件风险因素雷达图

另外，作为重要级零部件的远程监控系统，其在客户满意度方面的风险要高于关键级零部件机舱铸件，即对于监控系统，应重点关注其用户体验。

而作为一般零部件的钣金件，其出现不合格的概率则要高于监控系统。则钣金件通过到厂检验的方式进行100%检验，可有效控制其不合格率。

零部件风险评估为风电机组零部件采购、质量控制提供了基础依据，从而提高了零部件质量控制水平，并大幅降低了质量成本。机组零部件BOM表中，以作为采购和质量控制的重要依据。其中的关键级和重要级零部件将获得更好的关注，并集中更多的资源对其进行管理，包括供应商选择、零部件过程质量控制、成品质量验收等。

另外，不同零部件通过评估可以得到其在上述8个方面的不同得分，从而可以针对不同零部件有的放矢，实施有区别化的风险控制方式。

由上图，以同为关键级零部件的发电机和机舱铸件为例，其风险特点不同，发电机在本身价值、对产品质量或性能的影响、制造及检验难易程度、客户满意度方面的风险都更高。即在进行控制时，发电机的控制强度、控制手段都要强于或多于机舱铸件；如实际操作过程中，会对发电机的制造过程进行控制，质量检验会深入到供应商的生产过程的质量控制点进行抽检，成品验收时增加外观的检查项目、细化检查标准，同时在采购合同中增加更加严格的付款条件和制约因素。