状态检修在风力发电机组检修中的应用及影响因素

国家能源投资集团（济南）新能源有限责任公司广饶分公司 张进学

1 引言

当前，我国电力资源的使用量逐渐增加，而电力企业的发电量较少，能源消耗量成为制约电力经济发展的因素。为改变电力资源的发电现状，我国开始使用风力、水力等自然因素进行发电，其中最为受欢迎的是风力发电[1]。风力发电可以将风能转化为电能，风能作为大自然最为充足的资源，对于电力企业的发电具有重要意义。为适应电力企业的发电状态，风力发电机组应运而生。在国民经济水平逐渐提高的大环境下，电力资源是日常生活中不可或缺的资源[2]。电力企业需要风力发电机组在高强度的工作氛围中，提高发电量。

状态检修是根据先进状态监测与诊断技术，对相关机械当前状态信息做出分析的过程。可以判断出设备的异常状态，并提前预知设备可能出现的故障，进而根据故障信息作出设备安全检修与周期性检修，减少设备故障为产业造成的经济损失[3]。由于状态检修安全、可靠、低成本的特性，本文利用状态检修技术，设计风力发电机组检修方法，并对检修的影响因素做出分析。

2 分析风力发电机组检修影响因素

对于风力发电机组检修而言，影响因素存在两方面，一方面是管理因素；另一方面是检测手段的因素[4]。一些经验丰富的管理者没有“活到老，学到老”的精神，仅采用抱残守缺的方式，对风力发电机组进行检修，对于检修细节不加把控，造成风力发电机组常修常返的情况，不仅影响风力发电机组的发电效果，还会损害设备内部的元件，得不偿失。对于管理工作人员而言，管理水平不能满足实际需求，同样影响风力发电机组的发电效果[5]。除此之外，管理者不能从根本上意识到状态检修对于风力发电机组的重要作用，在检修过程中不加强数据信息的记录与管理，加大了后续寻找过程的难度，使状态检修不能发挥出原有的作用。

对于检修手段而言，直接检修与间接检修是应用较为广泛的手段，影响检修效果的因素有风力发电机组的相关参数、对内部元器件的检修状态、数据可靠性记录、状态分析，以及跟踪反馈结果等方面。无论是直接检修方式还是间接检修方式，检修数据均不能得到安全地存储，使状态检修无法有效进行。

3 采集风力发电机组检修实时信息

本文将检修信息采集归纳为检修计划信息、检修实施信息以及检修查询信息等三部分，其中检修计划信息与检修实施信息是检修过程的准备工作与实施工作，通过多班配合制，记录各个检修过程的细节。为了改变风力发电机组状态检修状态，本文从源头采集处对检修数据进行精准分析[6]。在风力发电机组进行状态检修的过程中，将相关信息进行初始化，通过对风机机舱检修、舱外检修、电气回路检修、液压系统检修、齿轮箱检修、变流器检修、轴系检修、现场复位检修、控制系统检修、升降机检修等检修信息作出实时同步，并将上述检修数据作出充分的记录，将每一个检修细节加以备注，上传到临时存储平台中进行存储，为后续数据库的设计提供先决条件[7]。在将相关数据进行实时采集后，在容易出现故障的区域进行标记，同时将标记的关键点存储在临时存储平台中，为状态检修过程提供安全保障。

4 基于状态检修设计风力发电机组检修数据库

在使用状态检修技术检修风力发电机组的过程中，主要包括三个方面，其一，现场元件检修；其二，通道信道检修；其三，专家分析平台。三者相辅相成，共同提高状态检修效果。也就是说，在进行状态检修的过程中，需要先对待检修的风力发电机组元件进行检修，并将元件的相关数据作出记录，上传至专家分析平台中；然后，对待检测的风力发电机组载波、光纤等内部元件进行检修，同样将相关数据作出记录，上传至专家分析平台中；最后，在专家分析平台中综合分析检修完成的风力发电机组的运行状态，并预测出可能出现的故障，完成一次检修内容。为了更加清晰地得出风力发电机组的各类数据，设计出检修数据库供后续查询，具体数据库内容如下表1所示。

表1 检修数据库

如表1所示，分别对检修名称、检修类型、元件检修数据、信道检修数据、系统检修数据、复位检修数据、控制功能检修数据、备注等方面进行数据库设计。其中，每一个方面点击进去均有一个近期检修数据表，在进行状态维修之前，需要对风力发电机组进行一次检修与多次检修的分析，如果是一次检修的设备，需要开设一个新的数据界面，将检修得到的数据保存在界面中并标记；如果是多次检修的设备，需要找到之前检修数据，作为最终数据的对比结果。数据库的设计不仅可以缩短相关数据的查找时间，还可以把控风力发电机组的检修细节，是检修方法的关键步骤。

5 实现风力发电机组的高精度检修

为了实现风力发电机组的高精度减小效果，首先对风力发电机组状态检修的影响因素进行分析，得出管理与检修手段的影响因素；其次，采集检修实时信息，从源头提高检修精度；最后，将得到的检修实时信息记录到数据库中，充分把控检修过程的细节，进一步提高风力发电机组的检修精度。

6 实验

为了验证设计的方法是否具有实用效果，搭建出一个仿真实验平台，模拟出风力发电机组在理想状态下的运行与检修效果，对上述方法进行实验验证。实验结果以传统风力发电机组检修方法与本文设计的风力发电机组检修方法对比的形式呈现。具体实验过程及实验结果如下所示。

6.1 实验准备

在进行实验之前，本文在仿真平台中，模拟安装风力发电机组，将塔架、机箱、叶轮进行吊装，并组装出风机叶片与轮毂，在仿真平台中组装风力发电机组不需要考虑自然环境影响因素，更加便于分析此次设计的检修方法的实际效果。在平台中安装好风力发电机组后，模拟出现场安装的流程，找出更加安全的安装节点，对于改进现场安装流程与零件布局具有重要作用。为了更加清晰地反映风力发电机组检修方法的实际意义，本文使用三维仿真的方式，在仿真平台中以1∶1的比例，还原出风力发电机组的实际安装环境。本次实验通过还原三维安装场景，将风力发电机组的各个零件组装起来，可以更加清晰地了解零件的空间姿态与位置变化，整体布局与检修模式更加清楚。

在风力发电机组安装完成之后，本次实验开始设定各个检修内容的约束条件。其中，塔架的约束条件为塔筒长度l；吊装约束条件为吊车平移量d；机箱的约束条件为旋转角度θ；叶轮、叶片，以及轮毂的约束条件为转速k。在上述条件下，利用公式计算出检修精度指标，公式如下：

公式（1）中，Maccuracy为检修精度指标；l 为塔筒长度；d 为吊车平移量；θ 为机箱的旋转角度；k 为风力发电机组运行时的转速；Mnode为检修节点；Cstandard为标准系数。将检修精度指标计算出来后，即可开始实验。

6.2 实验结果

在上述实验条件下，选取风机机舱检修、舱外检修、电气回路检修、液压系统检修、齿轮箱检修、变流器检修、轴系检修、现场复位检修、控制系统检修、升降机检修等检修内容作为实验条件，每一个检修内容均有一个标准检修精度指标。以此为基础，利用公式（1）计算出传统风力发电机组检修方法的检修精度指标，与本文设计的风力发电机组检修方法的检修精度指标，并将二者进行对比，实验结果如下表2所示。

表2 实验结果

如表2所示，在相同实验条件下，风机机舱检修、舱外检修、电气回路检修、液压系统检修、齿轮箱检修、变流器检修、轴系检修、现场复位检修、控制系统检修、升降机检修等检修内容对比图，如图1所示。

由图1可知，使用传统风力发电机组检修方法，得出的检修精度指标不能始终稳定高于标准检修精度指标，风机机舱检修、电气回路检修、液压系统检修、齿轮箱检修，以及现场复位检修等检修内容的检修指标低于标准检修精度指标，很容易出现检修事故，影响风力发电机组的最终检修结果。而是用本文设计的风力发电机组检修方法，得到的检修精度指标可以始终稳定在高于标准检修精度指标范围，其中，现场复位检修可以与标准检修精度指标保持一致，其余检修内容也远远超过标准检修精准指标，检修效果更佳，符合本文研究目的。

图1 实验对比图

7 结语

近年来，我国经济水平逐渐提高，人们的生活质量也随之上升，电力资源的消费量为国民经济水平的上升提供了保障。为了满足人们对电力资源的需求，风力发电机组应运而生。由于电力行业的特性，风力发电机组运行环境相对复杂，高温高压因素、有毒有害因素随处可见，再加上高负荷的工作，风力发电机组经常会出现损耗与故障现象。因此，本文设计了基于状态检修的风力发电机组检修方法，并分析出检修影响因素，通过仿真实验的方式，对检修方法的实际效果做出验证。旨在减少风力发电机组的故障隐患，为电力行业的发展提供建议。