1.無故障風電場建設面臨問題

早期建設的風電場雖擁有各地區(qū)最好的風資源、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濟性差等嚴峻問題。

（1）故障率高

由于早期對風機認識的不足，在部件設計、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老化以及長期維護不到位，機組故障率較高，停機時間較長，運行穩(wěn)定性較差。

（2）發(fā)電性能差

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

（3）安全可靠性低

由于早期風機設計制造技術及經驗不足，配套產業(yè)鏈不成熟，機組環(huán)境適應性不強，老舊機組可靠性較低，故障頻發(fā)，安全隱患較多，葉片斷裂、飛車倒塔、機艙著火等重大設備事故時有發(fā)生。

（4）經濟性差

部分風電場風機檢修工作量大、停機時間長、運維成本較高。盡管項目核準電價較高，但受此影響項目經濟性較差，甚至出現虧損。

2.無故障風電場建設對策

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

（1）數據分析，深度定檢

不同風場風資源條件不同，機組問題、維護水平參差不齊，對于風機的整機、機械、電氣、各子系統(tǒng)進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組振動、油液、電氣指標、發(fā)電指標等數據，通過大數據分析平臺和智能分析工具，對于風機進行全面分析和診斷，了解機組當前的運行狀態(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

老舊風場積累的問題較多，通過深度治理將風機“煥然一新”，通過機械設備維護、電氣系統(tǒng)維護、嚴重老化器件換新、標準化運維等方式，在此基礎上，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、并網系統(tǒng)優(yōu)化、變頻系統(tǒng)優(yōu)化、機組可復位故障優(yōu)化、場群控制等，從根本上解決機組的“頑疾”。

（3）健康管理，精細運維

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

（4）二次開發(fā)，提升性能

風場發(fā)電量的提升不僅和故障率有關，還和發(fā)電性能有關，如何提高單機的發(fā)電性能是一個關鍵問題，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上述目標。通過對風機和風場二次開發(fā)，可提升風電場發(fā)電性能，改善風電場經濟效益。

3.無故障風場建設案例

甘肅某風電場風建于2009年。通過對該風場2020年1月至2020年12月風機運行數據進行分析，發(fā)現該風場故障頻次較高，提升機組發(fā)電性能刻不容緩。

3.1 運行狀況分析

（1）故障分析

該風電場2020年1月至2020年12月，從風機故障分布來看，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、線路松動等原因導致。因此需對機組開展深度治理，優(yōu)化PLC程序，并結合相應的技改或監(jiān)測方案，大幅度降低機組的故障率，提高可靠性，從而達到無故障風場的建設目標。

圖1：機型1故障所屬系統(tǒng)分布

圖2：機型2故障所屬系統(tǒng)分布

（2）項目技改狀況分析

結合電網部門的最新要求和風機的運行情況，該風電場進行了一系列的技術改造與升級。2019年至今，已實施的技改9項，即將開始實施的技改2項，涉及風機安全性能提升、可靠性提升、便捷維護等各個方面，如偏航襯墊改造、變頻器遠程監(jiān)控、平臺護欄改造等。

通過上述技改，風電場的涉網性能、安全性能得到了明顯提升。結合2020年的故障統(tǒng)計來看，還需要對于現存故障進行綜合治理、專項技改和軟件優(yōu)化，通過多種科學有效的大數據分析、技術評估和技改優(yōu)化，達到無故障風場的建設目標。

（3）備件消耗分析

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

圖3：2020年風機備件與大件消耗統(tǒng)計

圖4：2020年備件更換臺次TOP10機組

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

3.2 優(yōu)化方案

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

針對上述問題，通過風機綜合治理、風機專項技改、程序優(yōu)化等一系列方案措施來加以應對，實現降低機組故障，提升機組能效的目標

（1）綜合治理方案

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

體檢過程中嚴格按照風力發(fā)電機組巡檢表以及零部件測試方案執(zhí)行，對存在的問題進行記錄。根據排查結果，對電氣線路進行治理以及性能不達標的零部件進行更換，確保風機各系統(tǒng)工作在可靠狀態(tài)，降低機組故障率，提高機組發(fā)電量。

（2）專項技改

針對選型不當的部件以及風機存在的典型問題，采取專項技改方案，以減少備件損壞，降低機組故障，提高機組運行穩(wěn)定性和發(fā)電量。風機專項技改共計11項，其所解決的問題詳細見表1。

表1：專項技改方案

（3）程序優(yōu)化

通過對該風機運行狀況進行分析，原有控制邏輯已不能完全滿足機組穩(wěn)定運行要求。從告警體系與告警邏輯、風機運行參數、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合，優(yōu)化風機程序，以降低風機故障率，提高其發(fā)電性能。

（4）風電場管理軟件升級

風電場當前的管理軟件已無法滿足無故障風場建設的需求，將原有系統(tǒng)升級為智慧風場管理系統(tǒng)，從風、機、場、網、環(huán)等層面實現風電場高效運行。該系統(tǒng)包括智能電網和調度運行優(yōu)化、風電場智能監(jiān)控和數據分析、網絡和數據管理系統(tǒng)等功能。

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

5.結語

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