風力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)研究
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- 發(fā)布時間:2023-07-09 09:56
藺文都
中國大唐集團有限公司寧夏分公司 寧夏回族自治區(qū)銀川市 750002
摘要:風能是一種清潔、安全、可再生綠色能源,目前風力發(fā)電技術(shù)突飛猛進,單機容量越來越大,國內(nèi)外的總裝機容量也越來越大。我國已建成了大量的風電場,但隨著風力發(fā)電規(guī)模不斷擴大,對電網(wǎng)運行產(chǎn)生越來越多的影響,因此必須重視風力發(fā)電系統(tǒng)的維修問題?;诖?,本文將針對風力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)展開探討,旨在推動風力發(fā)電質(zhì)量的提升。
關(guān)鍵詞:風力發(fā)電;系統(tǒng);預(yù)防性;維修技術(shù)
引言
風力發(fā)電電網(wǎng)建設(shè)速度加快,電力系統(tǒng)故障發(fā)生概率不斷增大,如何保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行是擺在電力系統(tǒng)面前的一項重要任務(wù)。為了提高機組的可用率和安全性,必須采取主動預(yù)防維修方式。預(yù)防式的定期檢修策略成為提高電站運行效率和減少停機時間的一種有效途徑。自從人類步入大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的時代,設(shè)備維修決策方式在變化,在科技日益進步的背景下,系統(tǒng)設(shè)計也就越發(fā)復(fù)雜,與之相適應(yīng),維修技術(shù)要求也不斷更新。
一、風力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)的重要性
當前我國風力發(fā)電的建設(shè)進程,風電機組的種類以幾何倍數(shù)遞增,分布廣泛,各種設(shè)備的技術(shù)千差萬別,在實踐中故障頻繁,維護要求高。為了降低故障率,提高風機運行效率,需要加強對其進行定期檢修,以保證設(shè)備正常運轉(zhuǎn)。我國正積極發(fā)展風力發(fā)電系統(tǒng),但是,對設(shè)備部件進行維修以及故障預(yù)防技術(shù)上還存在著一些問題。由于風能資源具有間歇性和不穩(wěn)定性特征,使得風力發(fā)電機組的運行狀態(tài)無法完全掌握,這就需要定期對其進行檢修與維護。整個風電系統(tǒng)維護是一項長期而艱巨的任務(wù),具體缺陷導(dǎo)致很難建立完善的預(yù)防性維護策略,很難從其他發(fā)達國家故障維護中吸取經(jīng)驗。在電力體制的創(chuàng)新改革中,國內(nèi)電力市場不斷深入,資源合理配置亟需提升,風電已成為目前電力市場上處于領(lǐng)先地位的清潔發(fā)電方式之一。由于其具有良好的經(jīng)濟性與環(huán)保性等優(yōu)點,近年來得到了快速發(fā)展,相關(guān)系統(tǒng)也隨之革新。傳統(tǒng)的預(yù)防性維修方法已經(jīng)無法適應(yīng)風電發(fā)展要求了。
實際上,某些同類清潔能源發(fā)電系統(tǒng)在初期都嘗試著應(yīng)用更為有效的能源,著眼于可靠性,對裝備進行預(yù)防性維護的運用可以提高整個風電場設(shè)備運行效率、減少停機損失,從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。與此同時,關(guān)注發(fā)電設(shè)備所可能產(chǎn)生的多種效應(yīng)及故障程度,建立以預(yù)防性機會為基礎(chǔ)的故障維修策略,通過對預(yù)防性維修成本進行評估,把握好保養(yǎng)時間及保養(yǎng)時機,可以在一定程度上提高發(fā)電設(shè)備的運行效率和延長使用壽命。現(xiàn)有風電系統(tǒng)多采用集中式風電場作為其主要開發(fā)方式,很難從國外吸取很多成熟、可靠的預(yù)防性維修策略理論。我國的風機大多處于單機運行狀態(tài),缺乏必要的預(yù)防維護措施。因此,為提高系統(tǒng)使用可靠性,減少故障率和防患于未然的維護,應(yīng)發(fā)展適合本國國情的預(yù)防性維修策略模型及風力發(fā)電系統(tǒng)方面。
二、風力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)缺陷
當前國內(nèi)水電、風電機組的維修模式主要遵循火電機組維修決策的方法。傳統(tǒng)的檢修模式是根據(jù)經(jīng)驗確定設(shè)備運行狀態(tài),然后制定出相應(yīng)的檢修項目和周期,再由專業(yè)技術(shù)人員對其實施檢查維護。即主要計劃維修,采用反應(yīng)性維修模式作為補充,按計劃經(jīng)濟時代的工作定額制。隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大和電力體制改革不斷深入,這種模式已經(jīng)不能適應(yīng)新形勢發(fā)展需要。當前,新開發(fā)的清潔能源用于發(fā)電,尤其是新開發(fā)的風電運維人員不足。同時,由于大型風力發(fā)電機容量大,維護成本高。安裝時,以至于傳統(tǒng)發(fā)電領(lǐng)域中難以對其進行分離。由于設(shè)備數(shù)量大、種類多、分布廣,導(dǎo)致了設(shè)備間存在相互關(guān)聯(lián)關(guān)系,同時又因為這些設(shè)備都具有一定程度上的可維修性,所以系統(tǒng)故障率較高,很難匹配真實的運行環(huán)境,發(fā)電設(shè)備可靠性無法完全保證。因此,要加強對設(shè)備進行日常維護和維修。
三、風力發(fā)電系統(tǒng)預(yù)防性維修技術(shù)研究與實踐
1、風力發(fā)電系統(tǒng)的配置
文章將分析風電機組成的風電場,一共由40 個組成,功率為 1.5MW,對于每臺風機進行規(guī)劃,設(shè)計的運行時間為20 年。實踐中,收集了大量歷史數(shù)據(jù)分析這些設(shè)備在不同狀態(tài)下發(fā)生失效的概率,隨機抽取某風電機組進行齒輪箱、主軸承的設(shè)計、發(fā)電機及主要應(yīng)用軸的每一個關(guān)鍵部件都考慮了機會性的維修措施。評估結(jié)果表明,在這些部件上發(fā)生了不同程度的失效或損壞現(xiàn)象,其中有一部分是由于風機本身固有缺陷造成的。在認識風電場的基礎(chǔ)上,抓住大范圍異常問題資料,歸納分析了,得出了這4 個部位失效的時間規(guī)律性,滿足威布爾分布。通過這些結(jié)果,建立了一個簡單的概率分布函數(shù),從而確定部件壽命周期內(nèi)可能發(fā)生失效的概率。接下來,對各組件模型進行了決策過程分析,對參數(shù)進行初始化,采用二次拋物線法,采用插值法優(yōu)化獲得最優(yōu)解。
2、機會性維護間隔
對關(guān)鍵風機組件進行了可靠性分析,兼顧了預(yù)防性維護。在關(guān)鍵風機系統(tǒng)中,每個部件都有自己的壽命和失效模式,因此需要對其進行定期或定時的維護。預(yù)防性維護間隔可計算出來,并且依據(jù)維修Margin公式,計算出了部分維修余量,計算機將保持一個時間間隔值,獲取各部分在這方面的時間間隔,最終得出機會維護間隔的判定結(jié)果。在此基礎(chǔ)上,提出一種基于機會保持策略的關(guān)鍵風機組件維護成本模型。根據(jù)機遇預(yù)留策略決策過程,能算出相應(yīng)費用。通過實例說明了在不增加設(shè)備投資費用的情況下,如何合理地選擇維護策略,使設(shè)備保持較高的運行效率。在維護邊際的視角下,維護可靠性機會不同,相應(yīng)維護成本也不一樣。當系統(tǒng)中某部件出現(xiàn)故障時,就需要在其上進行定期維護。對風機各部位來說,若有關(guān)維護成本因季節(jié)而異,還可對預(yù)防性維護成本進行測算,固定維護與停機損失還可根據(jù)不同數(shù)值進行測算。通過分析得到,在一個給定時間內(nèi),預(yù)防性維護費用等于停機損失與預(yù)防性維修費用之和,從而得到不同可靠性維護裕度,給出總維護成本,并且給出二者之間的相互關(guān)系。當使用一個新的設(shè)備時,需要考慮新設(shè)備對整個系統(tǒng)的影響。如果需要對某部件或者系統(tǒng)定期進行維護,那么就必須考慮如何確定其最佳維護時間。
3、預(yù)防性維護策略
依據(jù)模型進行決策,能得到每一個部件的情況、預(yù)防性維護計數(shù)及機會性維護計數(shù)。這些結(jié)果有助于提高維修效率并減少不必要的費用支出。主軸承預(yù)防性維修在四年周期內(nèi)會產(chǎn)生一定的固定費用及停機損失等等。通過使用一個基于時間序列數(shù)據(jù)的方法來評估這些費用。例如,在主軸承中安裝一個新元件或更換部分零部件時,可提高系統(tǒng)的可靠性。這樣和主軸承在一起,整體的維護成本也就減少了。因此,提出了一種基于最小費用最大壽命模型來估算主軸承的預(yù)防維護時間。沒有考慮機會維修,直接通過關(guān)系式,算出各個零件預(yù)防維修次數(shù),分析表明,預(yù)防維修的內(nèi)容是所獲得的預(yù)防維修次數(shù)的總和。相對于不計機會預(yù)防性維護的總數(shù),次數(shù)顯然低于后一種情況。通過對備件費用進行優(yōu)化可以有效地節(jié)省維修經(jīng)費,降低支出。同時,在設(shè)備壽命周期內(nèi)對重要系統(tǒng)進行預(yù)防性維護是非常有必要的。
四、結(jié)束語
風能作為一種可再生能源,具有非常大的吸引力,全球范圍內(nèi)離岸及海上風電場數(shù)量不斷增加。由于風力資源具有隨機性和間歇性的特點,使得在開發(fā)大型風電時需要花費大量資金。風電場的風力渦輪機規(guī)模大,季節(jié)性與位置特征不同,加大了風力發(fā)電系統(tǒng)運行與維護等生命周期成本。因此,對風力發(fā)電系統(tǒng)進行有效管理以減少其運行和維護費用具有十分重要的意義。
參考文獻:
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