海上风电场运维技术及通达方式研究

2016-03-04高宏飙孙小钎刘碧燕

风能 2016年11期

文 | 高宏飙，孙小钎，刘碧燕

海上风电场运维技术及通达方式研究

文 | 高宏飙，孙小钎，刘碧燕

我国海上风电正处于加速发展阶段，2015年底海上风电累计装机容量近100万千瓦，但国内海上风电运维经验缺乏。海上风电受到恶劣的自然环境、复杂的地理位置和不便利的交通运输等方面影响，在运行和维护中安全风险大。高昂的运营费用给海上风电场的维护带来了极大的挑战，亟待开展相关研究，提升风电场整体运营效率。

本文结合我国海上风电的实际情况，对运维现状进行调研分析，提出应对策略。

国内海上风电场运维特点

由于受到风电机组本身的特点以及海洋环境条件的制约，海上风电场的运行与维护，相对于陆上而言难度更大、要求更高。目前国内海上风电场运维有以下特点：

一、经验缺乏

目前已投运海上风电项目较少，规模小，整体尚处于摸索阶段，运维经验缺乏。

二、成本较高

海上风电机组单机容量的大型化，海上作业需投入船舶，大部件检修需用大型浮吊；易因天气、潮位延误工期；这些因素导致海上风电运维成本约为陆上2倍－4倍甚至更高。

三、通达困难、有效作业时间短

目前已投运的海上风电场主要布置在江苏海域，江苏沿海滩涂及浅水海床宽阔，运维作业受潮汐影响明显，通达困难，有效作业时间短。据统计，因气候影响导致取消检修次数达20%。

四、故障率较高

海上风电机组处于海水、盐雾的恶劣海洋腐蚀环境中，基础、设备、电气线缆更容易出现性能下降、提前失效。根据龙源如东海上风电场统计，成熟机组故障率明显高于陆上机组；而海上试验风电场采用国产样机基本没有密封防盐雾设计，故障率更高，如图1、图2所示。

由图1可见：海上试验风电场单台故障次数约为陆上2.6倍，最高达20倍。由图2可见：海上试验风电场单台故障次数，约为成熟机组2倍，最高达13倍。总体而言，海上风电故障次数明显高于陆上。

五、风电机组基础防腐维护工作量大

海上风电机组直接暴露在严苛的海洋环境中，面临严重的腐蚀威胁；海上交通、船只停靠、风浪影响，会对基础涂层造成损伤；海上风电基础海生物附着，如图3所示，易形成氧浓差电池，产生局部腐蚀，造成海洋生物腐蚀破坏。

六、大型维修装备缺乏

潮间带海上风电机组大型设备、部件更换需大型浅吃水专用船舶，但潮间带海上风电开发容量小，难以供养，导致缺乏。

七、存在重建设、轻运行维护的现象

我国海上风电仍处在初级阶段，为快速占据有利的产业市场地位和份额，海上风电机组制造、运营各方，对风电工程建设高度重视，而对运行维护精细化管理缺乏重视。

八、存在运行、维护脱节问题

由于海上风电机组供应商涉及较多的技术壁垒，海上风电场业主较少独立地进行风电场的运行和管理。加上运行系统和维护系统相对独立，系统在构建之初就不以业主为中心，主要满足销售合同的技术支持要求，不利于业主进行信息的深层次分析和利用。

海上风电场运维模式

海上风电场维护主要采用基于机组健康状况的主动预防性维护策略。应用运程监控系统，通过数据分析，在发现机组健康状况出现异常之初，但还没有造成机组停机或零部件进一步损坏时，进行检查和维护。及时发现机组异常及振动等问题，减少维护人员出海进行巡检的次数；实时监控机组运行状况，及时发现故障早期征兆及发展趋势，使运维人员能够合理安排维护计划，避免故障发生，减少维护人员登上机组探查故障原因的次数，有效减少维护成本和停机时间。

现已投运的海上风电场运维模式主要有以下三种：

一、整机厂家负责运维

风电机组出质保后仍然由整机厂家负责运维。此种运维模式的主要弊端是运维费用较高，且风电场运行厂商没有自己的维护技术人员储备，容易受制于人。

二、风电场人员负责运维

风电机组出质保后由风电场运维人员负责运维。此种维护模式运维费用较低，且可以培养锻炼风电场运维相关人员，但由于相关运维人员技术水平较低，无法保证风电机组可利用率。

三、第三方专业服务公司负责运维

风电机组出质保后交由市场上第三方专业运维服务公司运维。此种模式维护费用介于上述两者之间，但是可以通过第三方服务公司培训过的专业技术人员来保证运维的质量和风电机组可利用率。

海上风电场运维工作内容

一、海上风电场运维工作内容

共有6大项内容，如图4所示。

维护工作包括13项内容：风电机组（本体、环控系统、升降设备及起重装置）；海上升压站（本体，靠泊、防撞、起重装置，直升机平台、防冲刷结构及防腐系统）；风电机组基础（靠泊、防撞装置，防冲刷结构及防腐系统）；集控中心；海缆（J形管，场内和送出海缆及电缆接入等附属结构）；测风塔（含海洋水文监测系统）；航空障碍灯；助航标志；逃生及救生装置；消防系统；运维交通工具；通讯设施；防雷接地系统。

二、风电场巡视

（一）巡视种类

风电场巡视，可分为日常巡视和特殊巡视。日常巡视，主要对风电机组、基础、海上升压平台、测风塔、升压站、场内高压配电线路进行巡回检查，发现缺陷及时处理。特殊巡视，主要在发生异常天气，或机组、升压站非正常运行，或机组抢修/大修，或新设备（技术改造）投入运行后，增加的特殊巡视检查内容或巡视次数。

（二）巡视项目

巡视项目包括：海上升压站巡视、风电机组基础巡视和环境巡视。海上升压站及风电机组基础巡视内容：基础完整性，防腐系统；沉降观测系统；助航标志与信号。环境巡视内容：环境污染；风电机组噪声；生活垃圾及污水处理。

三、风电场定期维护

定期维护间隔时间一般不超过1年；整个风电场所有部件（包括海缆）在5年时间内至少检查一次。

（一）机械定期维护

机械定期维护项目，可分为11大系统部件：主轴、齿轮箱、联轴器、发电机、偏航、变桨、液压、散热系统、机架、起重机、罩体。检查内容，可分为12大类：表面破损或异常、堵塞、泄漏、转动部件、压力、力矩、间隙、信号、性能测试、程序试验、校验，噪音。维护内容，可分为5大类：打磨后补漆、清洁、补充（油、脂、气、液）、校验、更换。

（二）电气定期维护

电气定期维护项目，可分为9大系统部件：塔筒电缆及接地、塔基控制柜、机舱控制柜、变浆系统、偏航系统、变频器、箱变、发电机、防雷保护系统。检查对象，可分为13大类：各种线缆（电缆、电缆夹、接地铜带、接地线、屏蔽线、通讯电缆）、接线端子、保护开关、接触器、紧急停机按钮、控制柜内元器件、harting接头及针、充电器及浪涌器、散热系统、加热器、防雷模块、电气连接、机械连接。检查内容，可分为9大类：松动、过热、拉弧、吸合阻滞，输入、输出信号、油污、灰尘、积水。维护内容，可分为5大类：清洁、紧固、打力矩、维护、排水。

（三）基础定期维护

基础定期维护项目：海上升压站、风电机组基础。主要内容：基础完整性，结构变形、损伤及缺口，钢结构节点焊缝裂纹，混凝土表面裂缝、磨损，基础冲刷，助航标志。

（四）防腐定期维护

防腐定期维护包括钢结构、混凝土基础的涂层、包覆、阴极保护防腐系统维护，具体包括：涂层损坏位置打磨后补漆；对水下结构涂层、牺牲阳极块通过潜水员或ROV遥控水下机器人进行检测；阴极保护系统电位检测；对结构焊缝进行无损检测，力求对腐蚀疲劳进行早期检测；钢构基础过度腐蚀位置，进行钢板厚度测量。