风力发电机组实行状态检修方法的应用研究

国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西 桂林 541199国家电投集团广西电力有限公司 广西 南宁 530000

随着风力发电场规划不断扩大和不断投产,风力发电机组数量不断增多,电网消纳风电发电能力不足将日益凸显,风电发电将面临参与竞价交易的问题,加上风力发电平价上网政策的出台,对风力发电机组检修工作提出了更高的要求,传统的风电发电机组检修模式已经无法满风力发电生产运营需要。而状态检修的出现,能从根本上克服解决传统检修模式产生的问题,从而进一步提高风力发电机组检修水平。

一、风力发电场简介

国家电投集团广西公司在桂林区域规划风电总装机2000MW,投产容量718.5MW,在建容量298MW,已核准容量130MW,前期容量860MW,预计2020年将建成桂北百万千瓦清洁能源基地。金紫山风电场位于广西桂林市资源县瓜里乡金紫山上,海拔1200～1800米,装机容量99MW,于2012年11月全部投产,是广西首座高山风力发电场；坵坪风电场位于广西桂林市兴安县兴安镇与严关镇之间山脉上,海拔500～1200米,规划总装机容量600MW,已投产容量547.5MW,目前为华南地区及广西电网统调单体升压站输出容量最大风力发电场；月亮山风电场位于广西桂林市兴安县界首镇月亮山脉上,海拔800～1300米,规划装机100MW,已投产24MW；福家田风电场位于广西桂林市灵川县灵田镇福家田村附近山脉上,海拔490～750米,装机容量60MW,已投产48MW。金紫山风电场、坵坪风电场、月亮山风电场、福家田风电场分别于2017年2月、2018年3月、2019年11月正式转入国家电投集团桂林新能源生产运营中心管理,国家电投集团在广西首个实现了新能源“集控进城,集中调控”和风电场“无人值班,少人值守”的目标。

二、风力发电机组情况

目前,国家电投集团广西公司在桂林区域共安装投运442台风力发电机组,金紫山风电场安装投运66台1.5MW永磁直驱风力发电机组,坵坪风电场安装投运265台1.5MW永磁直驱风力发电机组、50台2.0MW双馈风力发电机组、25台2.0MW永磁直驱风力发电机组,月亮山风电场安装投运12台2.0MW永磁直驱风力发电机组,福家田风电场安装投运24台2.0MW双馈风力发电机组。其中金紫山风电场66台1.5MW永磁直驱风力发电机组和坵坪风电场66台1.5MW永磁直驱风力发电机组已出质保,由国家电投集团广西公司所属专业检修队伍负责维护检修；坵坪风电场、月亮山风电场、福家田风电场共310台风力发电机组在质保期内,由风力发电机组生产厂家负责维护检修。

三、传统检修模式分析

风力发电机组定期检修分为半年检修和全年检修,全年检修工作基本上包含了半年检修项目,半检修工作主要包含润滑油脂加注、设备部件检查、变流水冷系统维护检修、安全链测试、发电机绝缘检测、变桨系统维护检修等,全年检修工作主要包含螺栓力矩检测、设备部件检查、变流水冷系统维护检修、安全链测试、发电机绝缘检测、润滑油脂加注、变桨系统维护检修等,两者之间主要差异就是半年检修不包含螺栓力矩检测。从现阶段看,国家电投集团所属风力发电企业乃至全国各大发电集团所属风力发电企业,对风力发电机组检修依然采取人工登机作业的传统检修模式,传统检修模式主要存在以下问题。

3.1 传统检修模式中,所有检修工作均是靠人工作业来完成,每台机组每次半年检修至少需要2个人登机作业,每台机组每次全年检修至少需要3个人登机作业。人工作业检修工作方式,不仅工作效率不高,而且也会造成人力资源浪费和材料不必要损耗。

3.2 传统检修模式中,大部分的半年检修和全年检修项目都需要人工登机来手动作业,随着登机次数增多和连续检修作业,检修作业人员将会产生体能消耗下降、身体疲劳、精力不集中等问题,这将会给检修作业人员带来了新的安全风险。

3.3 传统检修模式中,风力发电机组塔底以上的检修工作有较多项目是通过人工检查实现,检查中虽然有相应的安全保护措施,但是仍然存在较多未知安全风险,特别外出机舱的叶片、测风装置、防雷装置、机舱罩等检查,安全风险较明显。

3.4 传统检修模式中,发电机轴承、变桨轴承润滑油脂均靠人工手动加注,由于人工加注力量不均匀或力度掌握不均,将会发生轴承润滑油脂加注不均匀或过多或过少的质量问题,致使轴承原润滑油脂未能完全排出,将会加剧摩擦发热而影响轴承寿命。

3.5 传统检修模式中,半年检修大约需要停运风力发电机组5～7小时左右,全年检修大约需要停运风力发电机组7～9小时左右,由此每台风力发电机组每年在定期检修中大约造成12～16小时检修损失电量,由此可见风力发电企业每年在力发电机组定期检修中造成较大一部分损失电量,大型风力发电场检修损失电量就特别明显突出。

四、状态检修方法应用

4.1 叶片与测风防雷装置外观检查,可采取在机舱顶部安装视频智能监控系统,对叶片与测风防雷装置外观、结冰(结霜)、开裂、雷击、传感器失效等进行在线识别监测,代替人工登机出机舱检查,以提高巡视检查效率和工作质量,降低出机舱作业安全风险。定期收集开展数据分析,为机组检修项目优化提供数据支撑,以达到减少人工出机舱作业内容和降低机组停运检修损失电量的目的。

4.2 发电机轴承、变桨轴承润滑脂加注,可采用加装自动加脂装置,定期自动为发电机轴承、变桨轴承加注润滑油脂,实现在线自动加注润滑油脂及排油脂,不仅可以解决登机人工作业加油脂效率慢、质量不高的问题以及登机手动作业带来的安全风险,而且可为机组检修项目优化提供依据,以达到减少人工登机舱作业内容和降低机组停运检修损失电量的目的。

4.3 发电机绝缘检测,可采取安装绝缘在线监测系统,对风力发电机组绝缘电阻值进行在线监测,替代人工登机检测,同时定期分析发电机绝缘趋势,实时掌握发电机绝缘情况,可机动安排或延长发电机绝缘检测周期,同时为优化机组检修项目提供提供数据支撑,以达到减少人工登机舱作业内容和降低机组停运检修损失电量的目的。

4.4 塔筒链接螺栓力矩检测,可通过安装螺栓载荷监测系统,实现对塔筒链接螺栓力矩载荷在线监测,同时对螺栓载荷进行分析,及时掌握塔筒链接螺栓健康程度,为机动安排机组螺栓力矩检测周期和研究优化检修项目提供数据支撑,以达到减少人工登机作业内容、降低登机安全风险、减少机组停运检修损失电量的目的。

4.5 风力发电机组振动监测,可采取安装在振动在线监测系统,对风力发电机组进行振动在线监测,从而实时掌握机组的振动情况,定期开展振动数据分析,为机动安排机组检修和研究延长机组检修周期提供数据支撑,以达到降低登机作业安全风险、减少机组停运检修损失电量的目的。

4.6 基础塔筒监测,可采取安装塔筒倾斜和基础沉降监测装置,对风力发电机组基础沉降、塔筒倾斜进行在线监测,从而实时掌握机组基础沉降、塔筒垂直情况,定期开展倾斜和沉降数据分析,为机动安排机组检修或研究延长机组连接螺栓检查和基础维护周期提供数据支撑,从而达到减少机组停运检修时间和降低检修损失电量的目的。

4.7 变流系统维护检修,可通过在变流器柜内安装漏水在线检测仪和在变流器进出口水口安装流量压力监测传感器,实现对变流器冷却水泄漏、进出口流量压力进行在线监测,实时掌握变流器水系统密封和预判变流器内部绕丝结垢情况,为机动安排变流器系统维护检修和机组检修提供依据,从而达到减少机组停运检修时间和降低检修损失电量的目的。

五、结束语

随着科学技术的不断进步,风力发电机组实行状态检修将是未来风力发电检修的必然趋势,在风力发电检修模式改革中具有重要的意义。风力发电企业应该加大风力发电在线监测技术应用,不断探索研究风力发电机组状态检修方法,持续优化检修项目和检修内容,力争早日实现风力发电机组状态检修,从而进一步解放劳动生产力、降低安全风险、节约运营成本、增加企业效益。