創新引領風電行業設備管理新理念

內蒙古華電蒙東能源有限公司 李清東

一、前言

內蒙古華電蒙東能源有限公司，屬于華電集團在蒙東區域的一個能源開發公司，主要開發以風電為主的電力開發公司，位于內蒙古通遼市，管轄3個風電場，總裝機45萬千瓦，2010年1月份投產發電。從2008年開發風電建設以來，面對風電行業的大規模發展，風電作為一種新興能源，呈現出風場位置分散、設備數量多、距離城市遠、自然條件惡劣等特點，風電場的位置特性給風電場的管理帶來很多挑戰。

華電蒙東公司通過管理創新和技術創新，打開了風電的管理思維，破解了風電管理難的難題，《風電場遠程集中控制》、《風電機組非能動自然冷卻降溫技術》、《風電場無功補償SVG室變頻通風系統》，這些成果都徹底的顛覆了風電行業的設備管理思維，在2016年度獲得全國電力設備管理創新一等獎、華電集團科技二等獎等榮譽、全國發明創業人物獎等。

二、實施背景

華電蒙東公司，負責華電在蒙東區域的能源開發，所轄三個風電場，三個風電場距離市中心均在120公里以上，并且三個風場之間距離也在100公里以上，多個風電場的分散性布局給風電場的管理帶來很多困難。

其中一個風電場北清河風電場屬于第五批國家特許權項目，安裝196臺華銳SL1500/82雙饋機組，2臺國內陸地首臺SL3000/82雙饋機組，面對風電的迅猛發展，同時帶了一些共性設備故障。

在2011年6月份開始，北清河風場以及行業內所有雙饋機組暴露出在夏季高溫季節出現高溫限功率和停機問題，面對風電行業的集中管理和風電行業中的共性設備治理難題，華電蒙東公司利用自身的人才和技術優勢，通過對風電場的管理創新和技術創新，在蒙東地區首先提出風電場的集中管控模式，對所轄三個風電場提出遠程集中管控，實現了集中運行、集中調度、集中管理。實現了風電場少人值守，多人檢修的管理模式，集控中心實現了精益管理、集中調度、大數據在線分析的管理布局。

針對設備普遍存在的在夏季高溫停機問題，成立雙饋機組高溫解決攻關小組，經過近4年的研究和實踐，總結出了一套適合所有雙饋機組的非能動自然冷卻降溫技術，此項技術徹底顛覆了整個風電行業的設備管理。

三、內涵和主要做法

（一）風電管理創新

華電蒙東公司經過幾年來的風電管理創新，總結提煉出一套適合風電特色的管理模式，這套模式不但大大提高了風電的管理效率，而且大大節約了生產人員的數量，同時也解決了風電行業中存在的一些共性管理痛點。

自2012年開始，華電蒙東公司就開始推行運檢分開的生產組織模式，即集控中心負責運行調度、電場負責檢修維護。經不斷探索完善現形成的生產組織結構為：生產技術部、安全監察部為職能管理部門，分別負責生產技術、安全監察管理；集控中心班組掛靠生產技術部，負責運行監控、集中調度、數據統計等；試驗班掛靠生產技術部，負責技術監督試驗項目的管理，與檢修班組共同做好試驗項目的實施；各風電場作為一個獨立的管理部門，根據裝機規模情況下設2～3個檢修班組，負責巡視、檢修、維護、技術監督、技改項目的實施。

風電的管理特點多為人員少、設備多、管理難度大，原來風電管理模式由于受檢修人員較少、技術力量欠缺、設備儀器短缺等因素影響，風場設備管理全部依托設備廠家的技術力量，通過風場成立自主檢修管理后，業主作為設備的管理單位行使了自我管理、自我負責、自我檢修的職責，保證了設備的有客服到自主檢修的順利交接。

2012年5 月，在通遼市區建設了華電蒙東能源風電遠程集控中心，實現了集控運行、集中調度、集中管理；2015年按照集團公司“兩個平臺”建設要求，進行了風云集控平臺改造。集控中心的設立和使用，將設備的管理創新顯現的更加突出，集控中心的三大職能，首先是實現三個風電場的運行和調度的集中控制，集控中心取代了三個風電場的運行值班室，將變電站設備和風電機組的運行全部接管，其次實現了三個風電場297臺風電機組的大數據管理，通過大數據云平臺，不但看到297臺設備的實時運行狀態，而且能夠通過大數據分析出風電場的共性問題和即將發生的個別和共性的設備問題，不但便于管理人員實時對風電機組的管理，而且為風電場的計劃管理提供了重要的參考，讓管理者將技改費用和檢修費用直接用于設備治理的短板上，保證了風電場的設備可利用率一直處于較高水平，生產費用降到最低。

（二）風電技術創新

1.顛覆風電行業降溫的非能動自然冷卻技術

目前風力發電行業，風電機組在夏季高溫天氣下普遍存在因溫度高引起的高溫限功率問題，給風電運營商造成巨大的經濟損失，因機艙溫度高引發的設備故障率高、火災等事故也常有發生。

華電蒙東能源公司緊緊的抓住設備技術創新這只手，充分利用開旗風勞模工作的人才技術優勢，通過技術攻關，利用一種非能動降溫技術，徹底的顛覆了整個風電行業的降溫方式，不用消耗電能，節能環保、免維護無噪音的解決了風電機組的機艙降溫問題，本項技術取得國家多項專利，在機艙上不需要外加任何動力裝置，科學利用風電機組的迎風特性和發熱特性，巧妙利用加裝聚風罩設備，讓風在機艙內外形成強大空氣對流，從而達到降低機艙溫度和齒輪箱油溫的效果。本技術創新產品具有結構簡單、節能環保、成本低廉、冷卻效果顯著等特點，專利產品極易實現轉化應用。

風電機組在風場中長期運行，通過機組部件的冷卻設備無法長期有效的解決機組機艙內溫度升高的情況。本技術的目的是設計一種新型的風電機組降溫方式，克服了現有的技術局限性，易于在風電場中實現推廣，結構簡單，使用方便，成本低廉。

《風電機組非能動降溫技術》在不改變機艙原有結構的前提下，在機艙逃生口處加裝聚風罩，與風電機組機艙殼上端面開口形成對流風道。聚風罩的開口方向朝向輪轂迎風面。冷卻裝置還包括具有濾網的安全蓋板，安全蓋板安裝在所述逃生口處。安全蓋板具有柵格。聚風罩通過螺栓與機艙殼固定連接。機艙殼上端面開口處安裝導流罩，其開口背對輪轂迎風面。聚風罩底部設有拉繩，拉繩一端通過螺栓固定在聚風罩下端面，另一端與機艙內部主機架相連。設計示意圖如圖1所示。

圖1 機艙散熱設計原理圖

傳統機艙散熱方法是在機艙后端加裝軸流風機，利用軸流風機對機艙內外氣進行交換。但機艙內部環境的封閉性使機艙內外空氣流通不暢，冷卻效果不明顯且消耗能量，增加軸流風機之后對風機后期維護造成不便。

區別于傳統的機艙散熱技術，本技術在逃生口部位加裝聚風罩，利用空氣對流原理，風經聚風罩進入機艙尾部，降溫路徑如圖1所示。外界冷空氣流經發電機、變頻柜和齒輪箱后，帶走設備上的熱量，空氣溫度逐漸升高。由于熱空氣密度較小，聚集在機艙頂部并從機艙殼上端面開口排出，此過程使機艙內外空氣形成對流。

聚風罩開口面向輪轂迎風面，模型如圖2所示。本設計利用風機的迎風特性和風能的運動性，實現降低機艙溫度的目標，無需消耗能源，不用外加電源。并在逃生口處增設帶有格柵和濾網功能的安全蓋板防止外界空氣攜帶的灰塵顆粒進入機艙，避免設備造成損壞。

圖2 聚風罩模型

機艙殼上端面開口處的導流罩，開口背對輪轂迎風面，既防雨雪，又能更好地形成風道，保護風電機組不受損壞。聚風罩底部與機艙內主機架通過拉繩相連，在遭受較大順時風速時，仍能保證聚風罩結構穩定。

系統設計原理圖如圖3所示。聚風罩1安裝在機艙逃生口5外，與機艙上端面開口導流罩2形成對流風道。聚風罩1的開口面向風機輪轂6迎風面，導流罩2開口背向風機輪轂6迎風面。聚風罩1通過螺栓固定在機艙殼10上。聚風罩1下端面方人拉繩8，一端固定在聚風罩1下端面，另一端固定在機艙內的主機架9上。為保證逃生繩安全聚風罩1開口的邊緣為光滑圓角[5]。

圖3 風力發電機機艙冷卻裝置的結構示意圖

其中：1—聚風罩；2—導流罩；3—主齒輪箱；4—發電機；5—逃生口；6—輪轂；7—開口；8—拉繩；9—主機架；10—機艙殼。

本設計以華銳SL1500機組為研究對象，機艙容積52立方米，設計的聚風罩迎風口截面積1.52平方米，2.2千瓦軸流風機參數為10000立方米/小時，在不同風速下與目前廠家技改方案對比，其機艙通風量、節約電能對比表4所示。

表4 SL1500機組實驗參數對比

由上表可知，本技術能實現大幅度增加機艙的換氣次數，從而降低機艙溫度。通過表4可知，風機發生高溫限功率風速一般在9～12 米/秒時，所以此方案設計合理利用風能特性，有效解決大風高溫時機艙通風降溫問題。本技術與目前廠家方案相比，在機艙通風效果、節約能源、實施成本等方面，都占有獨到的創新優勢。

風電機組非能動降溫技術在華電通遼北清河風電場198臺華銳SL1500機組上上大面積推廣應用，在華電代力吉風電場33臺華創CCWE1500機組上大面積應用，同時還在華能朱日河風場、烏力吉風電場南車1500機組、東汽東汽FD1500機組、國電聯合動力機組上大面積推廣使用。

專利技術在風電行業的大面積推廣應用，不但為企業創造了巨大的電量收入，而且明顯的降低了設備的故障率，創造了巨大的經濟效益和社會效益，截止 2016 年底我國風電裝機已達1.69億千瓦，如果此項技術在風電行業中推廣率達到60%，每年可以為風力發電行業創效至少 20 億元左右，此技術將對中國新能源風電的可持續發展產生巨大的推動作用。

2.風電行業首創風電無功補償SVG室變頻通風系統

目前，風電企業都根據電網要求進行了無功補償改造，靜態無功補償(SVG)系統采用的是全風冷冷卻方式。傳統SVG室通風方式無法滿足風電的降溫特性，導致SVG室的降溫效率低下，經常發生SVG 模塊故障和SVG跳閘事件，同時傳統SVG的通風設計導致場用電量升高。

本設計采用立式百葉和波形濾網混合除塵設計，具有高除塵率和重復使用特性，同時SVG通風方式設計成自動調頻通風控制方式，符合風電SVG室發熱特性，這樣不但解決了SVG室的除塵通風問題，而且大大降低了場用電量。

本技術解決了風電行業SVG室的降溫問題，具有節能降耗、除塵效率高等優點，廣泛被行業接受。以5萬千瓦風電場為例，經過測算，系統改造后可節約能耗60%左右，年可節約電量損耗41萬千瓦時，直接經濟收益為22萬元。

四、實施效果

華電蒙東能源通過設備管理的技術創新，不但大大提高了風電的設備管理水平，而且大大的提高了風電的盈利能力，風電機組非能動降溫技術實施以來，獲得了良好的經濟效益，技術自從2016年實施轉化推廣以來，2017年華電蒙東公司發電量屢次創下歷史單日發電量新高、單月發電量新高，2017年上半年45萬千瓦的裝機，創造了1.06億元利潤，位居蒙東區域和系統內風電經營創效新高。

目前華電蒙東公司擁有國家專利5項以上，技術成果12項，《風力發電機組機艙冷卻系統的創新和應用》成果在2016年獲得全國電力行業設備管理創新一等獎，《風電機組非能動自然冷卻技術》發明人在2016年度，獲得全國發明創業人物一等獎，《風力發電機組機艙非能動自然冷卻技術》獲得華電集團科技進步獎二等獎，《降低SVG系統損耗及通風除塵裝置》獲得2017年度華電集團創新創效金獎。通過設備的技術創新不但解決了華電蒙東公司面臨的技術難題，而且在風電行業中獨創了多項首創專利技術，大大推動了中國風電行業的技術進步，引領了中國風電設備管理的新思想、新理念。