1.無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)面臨問(wèn)題

早期建設(shè)的風(fēng)電場(chǎng)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(duì)較好的電價(jià)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(wèn)題。

（1）故障率高

由于早期對(duì)風(fēng)機(jī)認(rèn)識(shí)的不足，在部件設(shè)計(jì)、制造、選型過(guò)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(zhǎng)期維護(hù)不到位，機(jī)組故障率較高，停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，運(yùn)行穩(wěn)定性較差。

（2）發(fā)電性能差

早期投運(yùn)場(chǎng)站風(fēng)資源相對(duì)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(shí)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(shí)低1000小時(shí)甚至更多。

（3）安全可靠性低

由于早期風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)不足，配套產(chǎn)業(yè)鏈不成熟，機(jī)組環(huán)境適應(yīng)性不強(qiáng)，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(shí)有發(fā)生。

（4）經(jīng)濟(jì)性差

部分風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)檢修工作量大、停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)維成本較高。盡管項(xiàng)目核準(zhǔn)電價(jià)較高，但受此影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性較差，甚至出現(xiàn)虧損。

2.無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)對(duì)策

建設(shè)無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)需從深度定檢、技術(shù)改造、智慧運(yùn)維和性能提升等多個(gè)維度綜合考慮。

（1）數(shù)據(jù)分析，深度定檢

不同風(fēng)場(chǎng)風(fēng)資源條件不同，機(jī)組問(wèn)題、維護(hù)水平參差不齊，對(duì)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(guò)程，深度定檢是通過(guò)在線和離線的方式采集機(jī)組振動(dòng)、油液、電氣指標(biāo)、發(fā)電指標(biāo)等數(shù)據(jù)，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)和智能分析工具，對(duì)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(yùn)行狀態(tài)以及存在的潛在問(wèn)題，提出針對(duì)性的運(yùn)維策略和技改方案。

（2）深度治理，技改優(yōu)化

老舊風(fēng)場(chǎng)積累的問(wèn)題較多，通過(guò)深度治理將風(fēng)機(jī)“煥然一新”，通過(guò)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(yùn)維等方式，在此基礎(chǔ)上，同步開(kāi)展安全性提升和可靠性提升技改工作，如變槳防超速、超級(jí)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(chǎng)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(yùn)維

風(fēng)機(jī)可靠性提升之后，采用何種運(yùn)維方式，將直接影響技改效果以及風(fēng)場(chǎng)同年無(wú)故障目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，基于健康管理的精細(xì)化運(yùn)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(cè)、狀態(tài)評(píng)估和故障預(yù)警功能于一體，提前預(yù)判機(jī)組問(wèn)題，為運(yùn)維提供方案和建議，配合健康管理的精細(xì)化運(yùn)維，才能夠讓風(fēng)機(jī)在發(fā)電時(shí)少報(bào)或不報(bào)故障。

（4）二次開(kāi)發(fā)，提升性能

風(fēng)場(chǎng)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(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，葉尖延長(zhǎng)、更換長(zhǎng)葉片、軟件優(yōu)化、提升額定功率、場(chǎng)群控制等方法都可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。通過(guò)對(duì)風(fēng)機(jī)和風(fēng)場(chǎng)二次開(kāi)發(fā)，可提升風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電性能，改善風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)濟(jì)效益。

3.無(wú)故障風(fēng)場(chǎng)建設(shè)案例

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

3.1 運(yùn)行狀況分析

（1）故障分析

該風(fēng)電場(chǎng)2020年1月至2020年12月，從風(fēng)機(jī)故障分布來(lái)看，故障所屬系統(tǒng)分布見(jiàn)圖1、圖2，可以看出該風(fēng)電場(chǎng)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(guò)對(duì)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(dòng)等原因?qū)е隆Ｒ虼诵鑼?duì)機(jī)組開(kāi)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(cè)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(wú)故障風(fēng)場(chǎng)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(xiàng)目技改狀況分析

結(jié)合電網(wǎng)部門(mén)的最新要求和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行情況，該風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了一系列的技術(shù)改造與升級(jí)。2019年至今，已實(shí)施的技改9項(xiàng)，即將開(kāi)始實(shí)施的技改2項(xiàng)，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(gè)方面，如偏航襯墊改造、變頻器遠(yuǎn)程監(jiān)控、平臺(tái)護(hù)欄改造等。

通過(guò)上述技改，風(fēng)電場(chǎng)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(jì)來(lái)看，還需要對(duì)于現(xiàn)存故障進(jìn)行綜合治理、專項(xiàng)技改和軟件優(yōu)化，通過(guò)多種科學(xué)有效的大數(shù)據(jù)分析、技術(shù)評(píng)估和技改優(yōu)化，達(dá)到無(wú)故障風(fēng)場(chǎng)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(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行故障分析的重要參考指標(biāo)。對(duì)該風(fēng)場(chǎng)2020年風(fēng)機(jī)備件及大件消耗情況以及備件更換臺(tái)次TOP10機(jī)組進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)圖3、圖4。

圖3：2020年風(fēng)機(jī)備件與大件消耗統(tǒng)計(jì)

圖4：2020年備件更換臺(tái)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(duì)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(shí)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，優(yōu)化的同時(shí)還需對(duì)各部件進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guò)對(duì)該風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，可將存在的問(wèn)題分為三類：（1）設(shè)備老化、維護(hù)不足。該風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)已運(yùn)行超過(guò)十年，部分零部件出現(xiàn)老化，加上長(zhǎng)期維護(hù)不到位，導(dǎo)致故障率較高；（2）由于早期對(duì)風(fēng)機(jī)認(rèn)識(shí)的不足，在部件設(shè)計(jì)、制造、選型過(guò)程中存在不同程度的缺陷，影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，通過(guò)風(fēng)機(jī)綜合治理、風(fēng)機(jī)專項(xiàng)技改、程序優(yōu)化等一系列方案措施來(lái)加以應(yīng)對(duì)，實(shí)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(duì)風(fēng)電場(chǎng)所有風(fēng)機(jī)進(jìn)行體檢是無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。只有通過(guò)對(duì)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(duì)癥下藥，提出針對(duì)性解決方案。

體檢過(guò)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(cè)試方案執(zhí)行，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行記錄。根據(jù)排查結(jié)果，對(duì)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(xiàng)技改

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

表1：專項(xiàng)技改方案

（3）程序優(yōu)化

通過(guò)對(duì)該風(fēng)機(jī)運(yùn)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(yùn)行要求。從告警體系與告警邏輯、風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)、系統(tǒng)控制邏輯三個(gè)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(chǎng)管理軟件升級(jí)

風(fēng)電場(chǎng)當(dāng)前的管理軟件已無(wú)法滿足無(wú)故障風(fēng)場(chǎng)建設(shè)的需求，將原有系統(tǒng)升級(jí)為智慧風(fēng)場(chǎng)管理系統(tǒng)，從風(fēng)、機(jī)、場(chǎng)、網(wǎng)、環(huán)等層面實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)高效運(yùn)行。該系統(tǒng)包括智能電網(wǎng)和調(diào)度運(yùn)行優(yōu)化、風(fēng)電場(chǎng)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(shí)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(yùn)維相結(jié)合，保證風(fēng)機(jī)少報(bào)或不報(bào)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(cè)、狀態(tài)評(píng)估和故障預(yù)警功能，能夠提前預(yù)判機(jī)組問(wèn)題，為運(yùn)維提供方案和建議。

5.結(jié)語(yǔ)

建設(shè)無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)是風(fēng)電行業(yè)新的發(fā)展方向。風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行情況復(fù)雜，全年無(wú)故障實(shí)現(xiàn)起來(lái)雖具有較多難點(diǎn)，但是從深度定檢、技術(shù)改造、智慧運(yùn)維和性能提升等多個(gè)維度出發(fā)，提高風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電性能與經(jīng)濟(jì)效益，建設(shè)無(wú)故障風(fēng)電場(chǎng)成為可能。