风力发电机组最终验收项目探讨王鑫

风力发电机组最终验收项目探讨王鑫

王鑫周波郑昌伟

(苏州热工研究院有限公司苏州215004)

摘要：我国风电发展较晚，在经过了近些年的大发展后，各大开发商都面临大批量风力发电机组出质保期的问题。由于标准体系的不健全，开发商与制造商对风力发电机组最终验收项目的认知上存在较大偏差，导致在机组交接验收时，不能客观准确的评估设备的可靠性水平和状态，造成制造商和开发商的推诿。本文际从机组的状态检查和性能验收两个方面对风力发电机组的最终项目进行分析与总结，提出了更具体的最终验收项目。

关键词：风电机组、最终验收、质保期

1、概述

我国风电装机容量从2008年的120万千瓦到2018年的20953万千瓦，在我国风电行业大发展后，目前各风电开发商都面临大量风力发电机组出质保的问题。一方面是国内风电行业标准的不健全，缺乏出质保验收的标准体系和检测认证体系等；另一方面是双方在出质保验收的内容、方法、指标等方面认知上的差异，导致双方不能达成一致，影响风力机组出质保。特别是近些年“边研发-边试验-边生产-边改良”的风电机组发展模式严重影响了设备的质量稳定性。相关研究表明，风电机组重大关键部件运行5-8年就会出现故障[1]；电气设备故障频次高，但停机时间短，而关键机械部件一旦出现故障就会造成长时间停机，乃至引起重大事故[2]；叶片、齿轮箱、发电机、变频器等大部件故障率较高，齿轮箱的故障率随着运行时间变长而升高[3,4,5]。对于开发商而言，出质保的机组性能与安全检查工作显得尤其重要，机组的可靠性直接影响未来风电场的收益。因此需要在机组交接前进行全面的外观检查，确保机组整体稳定可靠。最终验收的项目主要包括：1）机组整体检查，包括机组的各个零部件的外观检查；2）机组功能指标验证，包括功率缺、可利用率、故障率等和各系统内在功能验证。

为了能够更加客观准确的分析和评估设备的可靠性水平和状态，减少制造商和开发商之间的推诿，本文结合风电场实际情况对现有的最终验收项目进行了梳理，以期形成了更加合理的机组检查与验证项目。

2、风力发电机组最终验收状态检查项目

2.1叶片最终验收状态检查项目

风力发电机组叶片是将风能转化为机械能的重要部件之一，直接影响着整个系统的性能，但是叶片要长期在户外自然环境条件下使用，运行环境恶劣，同时还有承受交表载荷，叶片运行状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，据统计，风电叶片故障损失约占总故障损失的30%，因此需要在最终验收阶段对叶片的状态进行全面的检查。

叶片缺陷产生的原因是多种多样的，有制造过程遗留缺陷，有运输安装损伤，也有运行过程中的疲劳损伤等，运行阶段叶片存在的主要问题包括：砂眼、针孔、前缘腐蚀、前缘开裂、后缘损坏、叶根断裂、叶尖开裂折断、表面裂纹、雷击损伤等。

叶片检查包括内部检查与外部检查，叶片内部检查主要为人工目视，叶片外部检查可根据实际情况采用人工目视、望远镜、吊篮、蜘蛛人、无人机等方式。

2.2主机最终验收状态检查项目

主机的作用是将机械能转化为电能，包括电气部分与机械部分，电气部分是最常发生故障的部件，但是相对容易处理，造成的停机时间短，损失小；机械部分中的齿轮箱、液压系统等部件容易发生故障，造成的停机时间长，损失严重。比如我国风电齿轮箱故障率达30～40%，常见缺陷为齿轮损伤、轴承损伤、断轴、渗漏油、油温异常、异响、振动大、螺栓断裂等[6]，据统计，齿轮箱故障比例中齿轮、轴承、轴、箱体、连接螺栓和密封的比例分别为60%、19%、10%、7%、3%、1%。因此，在机组交接的时候应采对机组进行全面的检查，以便评估机组的整体状态，除了常规的人工目视检查之外，应有针对性的对采用检测设备进行子部件的功能检测。

3、风力发电机组最终验收性能验收项目

3.1机组整体性能验收项目

通过机组运行数据生产的功率曲线除了可以反映机组的功率特性之外，还可以反映出机组本身的性能、故障状态等，比如机组运行功率曲线可以反映叶片、风速风向仪等是否存在问题，因此机组交接之前需要对功率曲线进验证，可根据GB/T20319的规定进行测试与验证[7]。

可利用率和故障率是表征机组性能和可靠性的重要指标。可利用率通常采用单台机组的可利用率和整个风电场所有机组的平均可利用率2个指标，可利用率有多种计算方法，常规的是基于时间和基于发电量的计算方法，可参照IWC61400执行[8]。

故障率反映的是机组某部件是否存在频发性的缺陷，也是机组可靠性的重要指标之一，对于重要部件还应设定指标，以保证机组不会发生恶劣质量事件。

3.2机组各系统测试项目

机组的各系统测试项目主要包括：安全功能、停启机功能、变桨系统、偏航系统、由于缺少完善的标准体系和检测认证体系，因此，整机厂家和风电开发商在最终验收的测试项目上存在较多的分歧。

从机组安全与各系统功能验证的角度考虑，建议按如下测试项目进行验证机组各系统的功能：

1）安全链测试：急停按钮功能试验，超速保护试验，机舱振动保护功能试验等；

2）机组停机方法试验：人为设定故障，测试机组的正常停机、快速停机以及紧急停机功能；

3）启动功能测试：风机接受到启动指令后，机组应能顺利通过自检，完成并网，无异常；

4）变桨系统：抽查变桨系统手动变桨，紧急顺桨等安全功能正常，检查变桨电机、变桨齿轮箱、变桨轴承应能正常运行，无明显噪声和异常振动，润滑正常不漏油。限位开关应能正常动作，限位位置正确，回桨正常。变桨齿轮箱油位应符合设计要求，电机制动装置正常；

5）偏航系统：抽查偏航试验，顺时针及逆时针各偏航3次，偏航过程中动作平稳，无异常；抽查偏航解缆试验，偏航系统应能正常解揽；抽查扭缆保护试验，扭缆保护触发后，机组应能紧急停机；

6）限转速/功率试验：设定转速和功率为某一定值，观察风机转速和输出功率；

7）冷却系统试验：修改发电机、齿轮箱及控制柜风扇参数，观察风扇运行状态；

8）防雷系统测试：测试各防雷系统的导通情况。

4、结论

本文对风力发电机组最终状态检查和性能验收的项目进行了归纳和总结，由于国内风电机组的迭代更新快，不同场站的机组存在较多的差异，特别是部分时间段内生产的机组质量问题相对较多，风电场可根据历次定检情况合理选择符合自身场站的检查和试验项目，确保最终验收的项目能覆盖充分验证机组的状态和可靠性。

参考文献：

[1]TavnerPJ,XiangJ,SpinatoF.Reliabilityanalysisforwindturbines[J].WindEnergy,2007,10(1):1-18.

[2]HahnB,DurstewitzM,RohrigK.Reliabilityofwindturbines,experiencesof15yearswith1500wts[R].Berlin:WindEnergySpringer,2007;

[3]RibrantJ,BertlingLM.SurveryoffailuresinwindpowersystemswithfocusonSwedishwindpowerplantsduring1997-2005[J].EnergyConversion,IEEETransactionson,2007,22(1):167-173.

[4]SpinatoF,TavnerPJ,VanBusselGJW,etal.Reliabilityofwindturbinesubassemblies[J].JetRenewablePowerGeneration,2009,3(4):387-401.

[5]P.J.Tavner,SpinatoF,BusselGJWv.Machineandconverterreliabilitiesinwindturbine.[C].Proccedingonthe3rdIETInternationalCorferenceonPowerElectronics,MachinesandDrives,2006,2006(127-130).

[6]风电机组齿轮箱故障分析及改进措施，2012年第10期于良峰、赵登利、吴树梁

[7]顾越，朱孟喆张岩.风电机组功率曲线出质保评估方法的研究和应用，风力发电[J]，2017.1.

[8]朱燕，李景才，任旦元等.基于IEC信息分类的风电机组可利用率分析与提升方法，山东大学学报[J]，2017（013）：1672-3961.