風電技改必須講科學

文 | 秦海巖

經過多年的發展，我國風電技術取得巨大進步，促進了設計的完善、工藝的改進，質量和可靠性進一步提高，由此帶動對舊有風電機組進行技術改造提升的需求。首先，受制于早期的技術水平，部分投運較早的風電項目的設計方案未能做到最優，甚至存在缺陷，導致其運行表現不佳，經濟性較差。其次，前期風電機組技術不成熟，單機容量小，軟硬件配置低，不僅無法充分利用資源，而且經過多年運行，設備性能指標開始下滑，需要借助技改來增加機組發電量。此外，一些機組存在安全性風險，有必要運用新的技術和工藝對關鍵部件加以改造。

要解決上述問題，可以采取多種技改方式。比如，為了提高對風能資源的利用效率，將機組移到資源更好的機位點；加高塔架，以獲得更高的風速；引入扇區控制，從而降低尾流影響；通過優化主控程序、更換或者加長葉片、替換部件等措施，來提升機組性能。

然而，在技改過程中，實施方往往將著眼點放在提升效果上，而忽略了對機組安全性造成的影響，未能足夠重視科學的安全校核和評估。少數企業甚至在缺少機組原始設計資料、不了解設備性能指標的情況下，就開展技術改造，進而誘發諸多問題。因為技改往往導致載荷的提升、系統的失配。例如，對機組進行移機或加高塔架，將導致其所處環境及周邊環境發生變化，這不僅會增加技改機組的載荷，還對其他機組的風況條件也產生影響，致使它們的疲勞載荷加大；優化機組控制策略或更換其部件，可能會影響部件的工作條件，導致設備超負荷運轉。這些隱患，輕則導致技改失效，引發故障，影響機組和部件的使用壽命；重則造成重大安全責任事故。比如，延長葉片后，因未進行載荷復核、結構評估以及施工工藝未滿足設計要求等，會發生延長節脫落；更換葉片后，葉根載荷增加高于原設計載荷，由于未復核部件選型引發變槳軸承失效等；為滿足低電壓穿越要求進行主控制器與變流器技改，改變原有控制保護邏輯且未綜合考慮電氣部件之間的匹配性，發生電氣部件拉弧、打火等情況并引發火災。因此，開展任何技改都必須進行嚴格的安全評估，排除所有潛在隱患。

當然，具體采用何種安全評估方法，則需要根據技改項目而定。以移機等會改變工況條件的技改為例，在這種情況下，應當確定新機位點的風況條件，并與機組的原始設計條件進行比對。如果工況條件超出機組的設計水平，必須重新計算機組載荷，若超出設計載荷，還需校核各部件的極限和疲勞強度。對于更換或加長葉片、加高塔架、改變主控程序等機組設計優化項目，應當重新開展機組控制評估和載荷的仿真計算。如果載荷變大，需重新評估各部件的安全性，且在設計改動較大時，如葉片翼型變化、葉片長度變化超過2%，機組額定轉速變化超過2%等，必須按照IEC的相關要求重新進行型式試驗，內容包括載荷測試、功率曲線測試、安全功能試驗以及葉片全尺寸試驗等。對于齒輪箱、變頻器等部件散熱器的輔助功能改造，雖然造成的安全性影響較小，但同樣有必要通過試驗等手段來驗證改造后部件的安全性和有效性。

安全無小事，風電機組投運后要在復雜環境中經受20年以上的考驗，業界更需時刻緊繃安全這根弦。技改涉及對風電機組和項目初始設計的調整，必須做好事前的技改方案評估以及事后的安全性與效果驗證，在確保設備可靠運行的前提下，運用科學的技改手段達到提質增效的目的。