海上風電機組電氣設備狀態檢修技術探討

摘要：電力系統作為我國重要的能源供應系統，對穩定國家發展、促進社會進步有重要的作用，采用傳統的煤炭燃燒發電，會帶來巨大的能源消耗和資源浪費問題。因此，大力推廣清潔無污染等發電技術，充分利用太陽能、風能等各種可再生能源具有廣闊的應用前景，尤其是風力發電技術得到大規模推廣應用，在不同的地區環境，都有很好的應用效果。但是我國國土情況較為復雜，同時擁有較大的海洋面積，在不同區域所采取的風力發電技術有很大的差別。與陸地風電廠相比，海上風電機組所面臨的環境更加惡劣，海上氣候復雜多變，各項工作的開展具有更高的難度，需要更高的技術，一旦各種電氣設備出現故障問題時，需要采用空運或航運的方式運輸各種維修施工材料，維修成本較高，會帶來巨大的運行成本。因此，在風電機組設備運行過程中，要做好系統的維護保養工作，對可能存在的各種問題進行精準判斷，可以有效降低維修成本，保障海上風電技術電氣設備的安全運行。

關鍵詞：海上風力發電機組；電氣設備；狀態監測；狀態檢修

中圖分類號：TM315文獻標志碼：A文章編號：1009-9492 （ 2022 ） S1-0037-03

Liu Yang

（GUANGDONG HUA ER CHEN OFFSHORE WIND POWER ENGINEERING CO.LTD，Zhongshan，Guangdong 528400， China）

Abstract： As an important energy supply system in China， power system plays an important role in stabilizing national development and promoting social progress. Using traditional coal combustion for power generation will bring huge energy consumption and resource waste. Therefore， vigorously promoting clean and pollution-free power generation technologies and making full use of solar energy， wind energy and other renewable energies have broad application prospects， especially the large-scale promotion and application of wind power generation technologies， which have good application effects in different regional environments. However， China has a complex land situation and a large ocean area， so the wind power generation technologies adopted in different regions are quite different. Compared with onshore wind power plants， offshore wind turbines are faced with a worse environment. The offshore climate is complex and changeable. The implementation of various tasks is more difficult and requires higher technology. Once various electrical equipment fails， it is necessary to transport various maintenance construction materials by air or shipping. The maintenance cost is high， which will bring huge operating costs. Therefore， during the operation of wind turbine equipment， it is necessary to do a good job in the maintenance of the system and make accurate judgments on possible problems， which can effectively reduce maintenance costs and ensure the safe operation of offshore wind power technology electrical equipment.

Key words： offshore wind turbine； electrical equipment； condition monitoring； condition based maintenance

0引言

海上風力發電相比于陸地風力發電具有較多優勢，如風力資源豐富、風力穩定、可開發規模巨大、無需遠距離輸電等，所以近年開發規模逐漸加大。海上特殊的運行環境也給海上風力發電設備的運行和維護增加了更多挑戰。對于海上風機設備的故障，提出基于動態特征矩陣的近鄰風電機組故障檢測方法，采用的監測方式為定時巡查，保證海上風電機組設備的穩定運行，但只有當海上風電機組設備出現較大故障，監測系統才會發出報警，不能提前進行預警，給風電機組帶來損失。提出一種新的基于機器學習的風電機組變槳系統，但是受海上特殊環境影響，不能及時發現海上風電機組設備早期故障。為了解決以上問題，該文設計了海上風電機組故障監測一體化系統。

1開展海上風電機組電氣設備狀態檢修的意義

海上風電機組與陸地風電機組所面臨的自然條件有很大差別，在具體開展管理工作時，要結合實際情況制定合適的管理策略和維修保養計劃，但是，從當前海上風電機組電氣設備的管理模式來看，大多采用陸地風電機組電力設備的管理經驗，在實際開展維修工作時，采取提前制定系統的維修保養計劃與事后維修處理相結合的方式，這種方法在陸地風電機組的維護保養中有較好的應用效果，但是海洋風電機組電氣設備面臨的自然條件非常惡劣，電氣設備故障出現的頻率較高，設備停機事故的發生，將會嚴重影響發電效率，導致運行成本增高，因此，這種傳統的管理模式有很大的弊端，要不斷提高設備運行情況監測的自動化、現代化，對電氣設備運行過程進行實時動態監測，可以有效預測設備故障出現的類型，通過對各種信息的綜合判斷，確定最佳的維修時間，即可以保證電氣設備的正常運行，降低故障的發生率，同時還可以在很大程度上降低企業的運行維護成本，為企業帶來更高的經濟效益。因此，全面推廣海上風電機組設備檢測系統的自動化、現代化具有很強的應用意義。

2狀態檢測技術

由于海上風電機組運行所面臨的自然條件較為惡劣，所出現的故障類型也較多，不同的故障檢測類型需要采取不同的檢測技術才能取得良好的效果，因此在實際檢測過程中，檢測技術種類較多，當前常用的檢測技術有以下幾個方面：

（1）通過采用專業的檢測設備，對發電機組的運行情況進行系統檢測，可以有效對發電機組的振動、油液、熱成像等特點進行分析，從而判斷設備運行情況。

（2）通過引進自動化的檢測設備，對風電機組的運行過程參數進行實時監控，有助于及時調整設備參數，使設備的運行性能更加符合實際生產需求。

（3）對電氣設備的物理狀態進行檢查，判斷各部分組件結構是否完整、功能是否良好，對于一些先進的電氣設備來說，通過自身的傳感器進行數據監測，可以有效實現電氣設備的自我診斷，不同的檢測技術具有不同的應用范圍，在選擇檢測技術時，結合設備的自身構造運行情況等特點，選擇相匹配的檢測技術應用使用，可以起到良好的檢測效果。

3海上風電機組電氣設備狀態檢修技術要點

3.1海上風電機組電氣設備狀態評價體系

當前，對海上風電機組電氣設備的設備狀態評價體系還不夠完善，各項評價指標還沒有形成統一標準，在具體開展評價時，更多的是依靠專家評估、歷史數據、故障模型等方面，給予電機設備的運行狀態進行綜合評價，這在很大程度上具有一定的偶然性，會導致評價結果不準確，不能反應電機設備的真實運行狀態，不同的工作人員會有不同的評價結果，因此在未來的發展過程中，要結合行業的實際發展情況，盡快制定統一的評價體系，形成統一的評價標準，這對不斷提高電氣設備的評價準確性，推動海上風電基礎電氣設備管理的規范化、標準化有積極意義。

3.2狀態維修

海上風電機組電氣設備種類多、數量大，在開展具體維修安排時，需要結合設備的運行負荷、運行時間、磨損情況等，制定合理的維修計劃，從實際故障發生情況來看，大多數問題的發生不是偶然因素，而是由于設備長期處于高負荷運轉狀態下的結果，因此，在開展維修時，要充分監測設備的運行狀態，根據設備的磨損情況進行維護保養，通過開展合理有效的預防性維修，可以對各種安全隱患、有可能發生故障的零部件及時更換維修，從而降低事故發生的頻率，這也是在未來發展過程中，電氣設備狀態維修的發展趨勢。

3.3海上風電機組電氣設備檢修工作應用

我國的海上風力發電技術起步較晚，各項管理經驗和維修技術還不夠成熟，缺乏一定的工作經驗，當前大多數工作重點在于設備的運行狀態監測，通過對監測數據進行評價分析，從而制定相應的維護保養計劃。但是由于技術手段有限，大部分工作仍然處在不斷研究階段，還需要不斷提升檢測技術，優化管理流程，同時，海上所面臨的各種條件較為復雜，各種偶然因素較多，實際開展工作的復雜程度要遠遠高于模型的設計，因此，要根據實際工作中遇到的問題，不斷改進模型，使各項技術的應用更加符合實際需求。

3.4基于深度自編碼器的典型故障診斷模型

我國海上風電機組電氣設備的應用時間較短，典型故障的樣本數量較少，這導致神經網絡系統迭代學習模型的構建缺乏大量的數據支持，為了解決這些問題，一般采用深度自編碼技術對神經網絡系統進行重復訓練，從而提高對典型故障的分析判斷能力。海上風電機組故障的產生受多種因素的影響，并且這些影響因素與故障的發生并非成線性關系，具有一定的復雜性，通過對典型故障的深度學習，可以提高神經網絡系統對電氣設備故障判斷的準確性。

3.5直驅式風電機組研究

隨著用電設備數量的不斷增加，電能的消耗量越來越大，未來大功率的海上風電機組設備的投入使用成為必然的發展趨勢，從當前發展形勢來看，直驅式風電機組具有良好的應用前景，可以進一步提高電容量、提升發電效率，該技術的深入研究應用也將會成為熱門研究話題，推動海上風力發電機組的快速發展。

4結束語

目前，我國風電場的大量建設，更多的是海上風電機組大容量的建設，逐漸走向智能型風電場無人值守的發展趨勢，這就對風電場的日常檢修和維護提出了更高要求。除了要進行日常的每日巡檢和定期的檢修維護外，還需風電場工作人員對機組建立一套完整的工作流程，對主控、變流器等電器設備及發電機、葉片等機械設備出現不同形式的故障情況要采取不同的處理方式，確保風電機組的正常發電。

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作者簡介：劉洋（1991-），男，工程師，研究領域為海上風電機組電氣設備狀態維修。

（編輯：王智圣）