1.無故障風(fēng)電場建設(shè)面臨問題

早期建設(shè)的風(fēng)電場雖擁有各地區(qū)最好的風(fēng)資源、優(yōu)越的地形條件以及相對較好的電價政策，但其同樣面臨著故障率高、發(fā)電性能差、安全可靠性低以及經(jīng)濟(jì)性差等嚴(yán)峻問題。

（1）故障率高

由于早期對風(fēng)機(jī)認(rèn)識的不足，在部件設(shè)計、制造、選型過程中存在不同程度的缺陷，加上部分零部件出現(xiàn)老化以及長期維護(hù)不到位，機(jī)組故障率較高，停機(jī)時間較長，運行穩(wěn)定性較差。

（2）發(fā)電性能差

早期投運場站風(fēng)資源相對較好，但由于機(jī)組額定風(fēng)速高、單位千瓦掃風(fēng)面積較小、風(fēng)能利用率較低，風(fēng)電機(jī)組容量系數(shù)、年利用小時數(shù)均偏低。相比最新機(jī)型，在同等風(fēng)資源條件下，早期機(jī)組利用小時低1000小時甚至更多。

（3）安全可靠性低

由于早期風(fēng)機(jī)設(shè)計制造技術(shù)及經(jīng)驗不足，配套產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，機(jī)組環(huán)境適應(yīng)性不強，老舊機(jī)組可靠性較低，故障頻發(fā)，安全隱患較多，葉片斷裂、飛車倒塔、機(jī)艙著火等重大設(shè)備事故時有發(fā)生。

（4）經(jīng)濟(jì)性差

部分風(fēng)電場風(fēng)機(jī)檢修工作量大、停機(jī)時間長、運維成本較高。盡管項目核準(zhǔn)電價較高，但受此影響項目經(jīng)濟(jì)性較差，甚至出現(xiàn)虧損。

2.無故障風(fēng)電場建設(shè)對策

建設(shè)無故障風(fēng)電場需從深度定檢、技術(shù)改造、智慧運維和性能提升等多個維度綜合考慮。

（1）數(shù)據(jù)分析，深度定檢

不同風(fēng)場風(fēng)資源條件不同，機(jī)組問題、維護(hù)水平參差不齊，對于風(fēng)機(jī)的整機(jī)、機(jī)械、電氣、各子系統(tǒng)進(jìn)行深度定檢是必不可少的過程，深度定檢是通過在線和離線的方式采集機(jī)組振動、油液、電氣指標(biāo)、發(fā)電指標(biāo)等數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析平臺和智能分析工具，對于風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面分析和診斷，了解機(jī)組當(dāng)前的運行狀態(tài)以及存在的潛在問題，提出針對性的運維策略和技改方案。

（2）深度治理，技改優(yōu)化

老舊風(fēng)場積累的問題較多，通過深度治理將風(fēng)機(jī)“煥然一新”，通過機(jī)械設(shè)備維護(hù)、電氣系統(tǒng)維護(hù)、嚴(yán)重老化器件換新、標(biāo)準(zhǔn)化運維等方式，在此基礎(chǔ)上，同步開展安全性提升和可靠性提升技改工作，如變槳防超速、超級電容改造、偏航防超速、并網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化、變頻系統(tǒng)優(yōu)化、機(jī)組可復(fù)位故障優(yōu)化、場群控制等，從根本上解決機(jī)組的“頑疾”。

（3）健康管理，精細(xì)運維

風(fēng)機(jī)可靠性提升之后，采用何種運維方式，將直接影響技改效果以及風(fēng)場同年無故障目標(biāo)的實現(xiàn)，基于健康管理的精細(xì)化運維是不二選擇。使用智能化的健康管理系統(tǒng)，集整機(jī)、機(jī)械、電氣、子系統(tǒng)狀態(tài)檢測、狀態(tài)評估和故障預(yù)警功能于一體，提前預(yù)判機(jī)組問題，為運維提供方案和建議，配合健康管理的精細(xì)化運維，才能夠讓風(fēng)機(jī)在發(fā)電時少報或不報故障。

（4）二次開發(fā)，提升性能

風(fēng)場發(fā)電量的提升不僅和故障率有關(guān)，還和發(fā)電性能有關(guān)，如何提高單機(jī)的發(fā)電性能是一個關(guān)鍵問題，葉尖延長、更換長葉片、軟件優(yōu)化、提升額定功率、場群控制等方法都可以實現(xiàn)上述目標(biāo)。通過對風(fēng)機(jī)和風(fēng)場二次開發(fā)，可提升風(fēng)電場發(fā)電性能，改善風(fēng)電場經(jīng)濟(jì)效益。

3.無故障風(fēng)場建設(shè)案例

甘肅某風(fēng)電場風(fēng)建于2009年。通過對該風(fēng)場2020年1月至2020年12月風(fēng)機(jī)運行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該風(fēng)場故障頻次較高，提升機(jī)組發(fā)電性能刻不容緩。

3.1 運行狀況分析

（1）故障分析

該風(fēng)電場2020年1月至2020年12月，從風(fēng)機(jī)故障分布來看，故障所屬系統(tǒng)分布見圖1、圖2，可以看出該風(fēng)電場安全鏈系統(tǒng)、變槳系統(tǒng)、偏航系統(tǒng)、變頻系統(tǒng)的故障率較高。通過對各故障系統(tǒng)的主要故障原因進(jìn)行分析，大部分故障可能是由于電氣元件損害、線路松動等原因?qū)е隆Ｒ虼诵鑼C(jī)組開展深度治理，優(yōu)化PLC程序，并結(jié)合相應(yīng)的技改或監(jiān)測方案，大幅度降低機(jī)組的故障率，提高可靠性，從而達(dá)到無故障風(fēng)場的建設(shè)目標(biāo)。

圖1：機(jī)型1故障所屬系統(tǒng)分布

圖2：機(jī)型2故障所屬系統(tǒng)分布

（2）項目技改狀況分析

結(jié)合電網(wǎng)部門的最新要求和風(fēng)機(jī)的運行情況，該風(fēng)電場進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造與升級。2019年至今，已實施的技改9項，即將開始實施的技改2項，涉及風(fēng)機(jī)安全性能提升、可靠性提升、便捷維護(hù)等各個方面，如偏航襯墊改造、變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控、平臺護(hù)欄改造等。

通過上述技改，風(fēng)電場的涉網(wǎng)性能、安全性能得到了明顯提升。結(jié)合2020年的故障統(tǒng)計來看，還需要對于現(xiàn)存故障進(jìn)行綜合治理、專項技改和軟件優(yōu)化，通過多種科學(xué)有效的大數(shù)據(jù)分析、技術(shù)評估和技改優(yōu)化，達(dá)到無故障風(fēng)場的建設(shè)目標(biāo)。

（3）備件消耗分析

備件更換是反映風(fēng)機(jī)運行狀態(tài)，進(jìn)行故障分析的重要參考指標(biāo)。對該風(fēng)場2020年風(fēng)機(jī)備件及大件消耗情況以及備件更換臺次TOP10機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)計，見圖3、圖4。

圖3：2020年風(fēng)機(jī)備件與大件消耗統(tǒng)計

圖4：2020年備件更換臺次TOP10機(jī)組

更換率排名TOP5的備件為變槳電池、主碳刷、接地碳刷、控制柜散熱風(fēng)扇、單向閥；更換率排名TOP2的大件為發(fā)電機(jī)、齒輪箱；更換率排名TOP3機(jī)組為30#、22#、29#。對于易損備件以及更換備件頻次較高機(jī)組，在進(jìn)行系統(tǒng)技改時應(yīng)重點關(guān)注，優(yōu)化的同時還需對各部件進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測及預(yù)診斷工作，以便在小風(fēng)工況下提前或加大頻次進(jìn)行維護(hù)定檢。

3.2 優(yōu)化方案

通過對該風(fēng)電場運行狀況進(jìn)行分析，可將存在的問題分為三類：（1）設(shè)備老化、維護(hù)不足。該風(fēng)電場風(fēng)機(jī)已運行超過十年，部分零部件出現(xiàn)老化，加上長期維護(hù)不到位，導(dǎo)致故障率較高；（2）由于早期對風(fēng)機(jī)認(rèn)識的不足，在部件設(shè)計、制造、選型過程中存在不同程度的缺陷，影響機(jī)組的穩(wěn)定運行；（3）技術(shù)不斷更新迭代，原有控制邏輯已不能完全滿足機(jī)組穩(wěn)定運行要求。

針對上述問題，通過風(fēng)機(jī)綜合治理、風(fēng)機(jī)專項技改、程序優(yōu)化等一系列方案措施來加以應(yīng)對，實現(xiàn)降低機(jī)組故障，提升機(jī)組能效的目標(biāo)

（1）綜合治理方案

對風(fēng)電場所有風(fēng)機(jī)進(jìn)行體檢是無故障風(fēng)電場建設(shè)過程中的重要環(huán)節(jié)。只有通過對風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面且深度的體檢，才能了解風(fēng)機(jī)存在的頑疾，以對癥下藥，提出針對性解決方案。

體檢過程中嚴(yán)格按照風(fēng)力發(fā)電機(jī)組巡檢表以及零部件測試方案執(zhí)行，對存在的問題進(jìn)行記錄。根據(jù)排查結(jié)果，對電氣線路進(jìn)行治理以及性能不達(dá)標(biāo)的零部件進(jìn)行更換，確保風(fēng)機(jī)各系統(tǒng)工作在可靠狀態(tài)，降低機(jī)組故障率，提高機(jī)組發(fā)電量。

（2）專項技改

針對選型不當(dāng)?shù)牟考约帮L(fēng)機(jī)存在的典型問題，采取專項技改方案，以減少備件損壞，降低機(jī)組故障，提高機(jī)組運行穩(wěn)定性和發(fā)電量。風(fēng)機(jī)專項技改共計11項，其所解決的問題詳細(xì)見表1。

表1：專項技改方案

（3）程序優(yōu)化

通過對該風(fēng)機(jī)運行狀況進(jìn)行分析，原有控制邏輯已不能完全滿足機(jī)組穩(wěn)定運行要求。從告警體系與告警邏輯、風(fēng)機(jī)運行參數(shù)、系統(tǒng)控制邏輯三個角度出發(fā)，深入分析與綜合判斷相結(jié)合，優(yōu)化風(fēng)機(jī)程序，以降低風(fēng)機(jī)故障率，提高其發(fā)電性能。

（4）風(fēng)電場管理軟件升級

風(fēng)電場當(dāng)前的管理軟件已無法滿足無故障風(fēng)場建設(shè)的需求，將原有系統(tǒng)升級為智慧風(fēng)場管理系統(tǒng)，從風(fēng)、機(jī)、場、網(wǎng)、環(huán)等層面實現(xiàn)風(fēng)電場高效運行。該系統(tǒng)包括智能電網(wǎng)和調(diào)度運行優(yōu)化、風(fēng)電場智能監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等功能。

同時引入“銳智”健康管理系統(tǒng)，將提升風(fēng)機(jī)可靠性與健康管理的精細(xì)化運維相結(jié)合，保證風(fēng)機(jī)少報或不報故障。該系統(tǒng)集成了整機(jī)、機(jī)械、電氣、子系統(tǒng)狀態(tài)檢測、狀態(tài)評估和故障預(yù)警功能，能夠提前預(yù)判機(jī)組問題，為運維提供方案和建議。

5.結(jié)語

建設(shè)無故障風(fēng)電場是風(fēng)電行業(yè)新的發(fā)展方向。風(fēng)電場運行情況復(fù)雜，全年無故障實現(xiàn)起來雖具有較多難點，但是從深度定檢、技術(shù)改造、智慧運維和性能提升等多個維度出發(fā)，提高風(fēng)電場發(fā)電性能與經(jīng)濟(jì)效益，建設(shè)無故障風(fēng)電場成為可能。