风力发电机组可靠性的分配研究

张媛媛

（上海电气风电集团股份有限公司，上海 200235）

0 引言

在风电行业中，设备所具有的质量及可靠性是推动其发展的根基，同时设备也与风电企业的生存有着密切关系，更与工作人员的人身安全有着较大的影响。目前，风力发电机组所具备的可靠性已经成为该行业所普遍关注的问题。

风力发电机组进行可靠性分配主要是在集成商经过讨论验证之后明确的可靠性指标，由上而下的分配到各个分系统中。通过对这些相关的指标进行有效地分配，使设计者可以与供应商对自身研制产品的可靠性要求可以充分掌握，从而制定出有效的技术方案；可以显露出机组中可靠性较为不足的部分，以提高设计的有效性；为各个组成部分中部件的材料选择和可靠性设计提供有效的选择依据；同时也为由外采购的产品所具有的可靠性定量要求提供可靠的依据[1]。

因此，在对风电行业开展可靠性设计的过程中，必须要对风力发电机组实施可靠性分配，这是可靠性工程的技术决策点。

1 风力发电机组可靠性分配的原则

风力发电机组应当根据相应的原则来开展可靠性分配工作，迅速且保有余量地开展分配工作，以保证产品可以及时、高质量的完成设计工作。为了使可靠性分配工作得到顺利实施，还需要遵照下列几点原则。

（1）较为核心的部分，应当对其分配可靠性较高的指标，以确保机组具备较强的可靠性，因此一旦该部分出现故障，将会对人员、机组及环境造成极大的威胁，甚至会对社会产生严重的不良影响及危害，例如机组中一旦出现故障将会导致整个机组崩溃的部件[2]。

（2）较为复杂的部分，应当对其分配可靠性较低的指标，以确保机组实现可靠性的整体设计，这是由于越复杂的产品，将会具有越多的组成部件，若要实现较高的可靠性指标，就必须耗费更多的时间与成本。

（3）技术不足的部分，应当对其分配可靠性较低的指标，以确保机组实现可靠性的整体设计，因为如果要提出较高的可靠性指标，将会使研制时间极大提升，使研制费用极大增加，例如运用新技术元件[3]。

（4）可维修性较差的部分，应当利用一些较高的分配指标，以减少维修的频率，因为这个环节需要耗费较长的维修时间。

（5）处于环境较为恶劣的部分，应当利用一些较低的分配指标，以提升整个机组的可靠性水平，因为处于条件较差的环境下，产品产生故障的概率提升，使该部分的可靠性水平降低。

（6）在分配的过程中应当保有一定的余量，一般为15%～20%，以降低重复分配的频率。此外，还需要对其他可忽略的因素加以考虑。

对于机组中存在的复杂部件，相关人员应当根据实际状况来加以考虑。例如，一部分关键的大型部件，这种状况下就需要依据故障所导致的危害程度来进行分配工作，同时又要关注技术的完成水平与经费的约束。

2 风力发电机组可靠性分配工作的流程

该工作需要尽快执行，再与相应的预期值相结合来对其进行细化。其详细的流程如图1所示。

图1 风力发电机组开展可靠性分配的流程图

2.1 明确可靠性指标及约束因素

选择相同产品、国内外相似产品的可靠性水平及相关合同要求中的可靠性指标进行参照，再基于自身所具有的技术水平、投资状况、开发的时间要求等参数，最终明确科学的可靠性指标，同时实现该指标所提出的制约条件等信息[4]。

2.2 构建可靠性模型

针对机组进行的可靠性分配工作中，确定明确的范围及层次。根据已确定的可靠性分配范围及层次，对各个构成单元及整个机组之间存在的关系进行分析，创建起有效的模型。

2.3 选择有效方案

基于风力发电机组结构与功能的复杂性，及现阶段所运用机组部件的可靠性数据，再与各种可靠性分配方法的优势、适用性、存在的缺陷、数字模型所需要的各个数据等相互结合，选择科学有效的方案来开展分配工作[5]。

2.4 开展可靠性分配

根据已选择的分配方法所提出的各个要求来收集数据，再基于以往的模型、各个方法所对应的步骤来对机组中的各个可靠性指标进行分配，使其处于要求中的单元。

2.5 分析分配结果的合理性

对分配的结果进行有效的分析，明确其是否具备合理性，是否需要进行二次分配。基于相应的原则来分析结果所具有的合理性。若不具备较高的合理性，如果某些部件的指标不稳定，则需要基于实际状况来对分配结果进行有效的调整；如果某些部件取得了较高的可靠性指标时，就需要对这些指标进行重新设置和分配。若所开展的分配工作取得了较好的结果，就需要对结果是否与要求相符进行验证。在对结果是否与要求相符进行验证时：可以根据各个单元获取的分配指标，利用相应的模型来推断出系统所具备的可靠性指标，如果通过推导得出的可靠性值高于机组可靠性分配的指标，这就说明以完成分配任务；反之就表示需要进行重新分配。或者通过预测的结果来开展验证工作，当结果大于分配的结果，就表示分配完成；反之就表示需要重新分配[6]。

2.6 输出可靠性分配报告

当可靠性分配结束之后，应当将相应的报告进行输出，其关键内容为：产品的阐述、分配的层级、原则及方法、限制条件等等。

2.7 分配可靠性指标

将结束分配的可靠性指标先后传送到各个研发人员手中，设计人员可以与供应商相互合作来开展产品的设计、试验等一系列工作，以保证部件的可靠性实现相应的要求。最后将相关的报告上交，确定自身所进行的可靠性工作，验证产品自身所具有的可靠性水平。此外，在完成部件的设计之后，需要利用可靠性试验或者实际工作的评估来验证其是否满足要求。这种可靠性试验实际投入使用1个月，稳定运行之后对现场的数据进行收集来开展评估验证[7]。

3 风力发电机组可靠性分配方法

3.1 可靠性分配的常用方法

可靠性分配有着较多的方法，现阶段在可靠性工程中所应用的方法主要有5类，分别为等分配法、比例组合法、评分分配法、重要度分配法及可靠性再分配法。

3.2 可靠性分配方法选择

风力发电机组作为一个大系统，其拥有较长的寿命和较高的复杂性，由多个部件所构成，每一个部件都具有自身特定的功能，同时再将其与其他的部件相互连接。在工作的过程中，既不允许使用时间大于25年的重大核心零件产生故障，又不允许可维修部件频繁产生故障，对机组的可使用率造成影响。由于风力发电机组具有一定的特殊性，在对可靠性指标加以明确与分配的过程中，不仅要对核心部件进行考虑，而且要对其他不可维修部件加以考虑。可维修与不可维修两个系统所具有的可靠性存在较大的差别，因此需要分别对这两种系统实施可靠性分配。

3.2.1 不可维修部分

对于机组中不可维修部分的部件，如主轴、轴承座、叶片等，首先应当对这些部件所具有的可靠性及其缺乏信息量的状况加以考虑，再对可靠性分配方法所具有的可推广性与适用性加以考虑，建议这些核心部件采用可靠性分配的方法，将其以指标Rs为基础来创建有效的模型，同时进行有效的分配工作。

（1）专家评分分配法

当机组中的不可维修部件缺少相应的可靠性预期值或者相似产品以往数据的可靠性水平评估值时，而一些专业人对整机的散布状况十分掌握的时候，可以运用评分法。

安排经验丰富的专家或者设计人员，对于对各个不可修部件的可靠性造成影响的因素，遵照评分原则来进行有效的评分工作，并对结果开展详细的分析，以此来获取相应的可靠性分配因子，从而对不可维修部件进行合理分配。

（2）比例分配法

在设计与开发新系统的时候，可以基于原有机组的可靠性数据或者新机组的可靠性预测数据来对各个不可维修部件中的相关因子进行有效计算，同时再使用这些因子将新系统中具有各个可靠性指标进行分配，使其维持在下个单元中。

3.2.2 可维修部分

对于机组中存在的各个可维修部分，首先需要对其所具备的可靠性及其实际状况来进行考虑，再与可靠性分配方法所具有的特点相结合，如科学性、工程适用性等，建议可维修系统基于自身实际状况来采取下列几种方法，将可靠性指标分别分配到各个可维修部件中[8]。

（1）评分分配法

对于可靠性水平而言，在机组的可维修部件不存在其预期值或者相似产品的历史数据存在预期值时，或者一些专业人员对各个部件的众多因素加以掌握时，可以采取评分法。

（2）比例组合法

针对可靠性水平，若机组中的可维修部件具有相应的预期值或者相似产品具有一定的评估值时，可以采用这种办法。

根据其他型号的风力发电机组所存在的可维修部件的可靠性数据或者一种全新系统自身所具备的可靠性预期值为依据，使用可维修部件中的各个因子来分配新系统中所具有的可靠性指标，使其处于下个单元中。

（3）等分配法

对于具备相同功能结构的单元，可以选用这种方法。

在使用评分分配法来开展工作的时候，在对某些单元进行评分的过程中，专家们需要关注以下内容：针对某些因素来进行评分工作时，其分值的大小是经过本级各个部件之间的对比所得，因此可以事先选择出最小或最大的部件来进行评分，其他各个部件可以以此为基础来进行加减。

4 结束语

本文主要是以仪器仪表的可靠性分配为依据，对可靠性分配方法应用于工程中的可操性与可推广性进行考虑，进而提出了针对性较强的可靠性分配技术来应用于风力发电行业。由上述可知，在实施可靠性分配的过程中需要注意：在为风力发电机组设定可靠性分配指标时，应当采取成熟期的目标值；应当尽快的实施可靠性分配，使设计人员可以尽早明确目标，以防止浪费不必要的时间；在设计的过程中，应当不断实施可靠性分配指标，以保证设计过程中的各个参数都保持最佳状态。