风力发电系统预防性维修决策技术分析

风力发电系统预防性维修决策技术分析

张勤

身份证号：622427199410144454甘肃酒泉735000

摘要：在国家最近几年重视电力体制改革的大背景下，在强调可持续发展战略的情况下，形成了一种新能源发电模式。因此，在具体的使用过程中，特别要注意到发电设备的故障预防性维修问题。以可靠度为核心，构建风力发电系统的预防性维护策略，构建风力发电系统的预防性维修时机模型，分析风力发电系统在实际工作过程中的失效几率，实现风力发电系统的高效预防策略。这种技术的运用，可以保证风力发电机组在任何时候都能保持在一个较好的运行状态。

关键词：风力发电；预防性维修；可靠性；维修策略

引言

目前，全球面临着越来越严重的资源短缺和越来越严重的环境问题，人们对清洁能源的要求也越来越高。风力发电作为一种新型的、可再生的、绿色环保的新能源，在我国的电力系统中越来越受到重视。最近几年，随着风力发电技术的持续发展和产业发展的日益成熟，使得风力发电机组的最大风力装机容量和内部结构的设计复杂性也在逐步增加，然而，由于其属于以电力机械结构为主体的复合型系统，其内部的磨损、退化和故障等问题也迫切需要解决，所以，在当前的风力发电行业中，做好风力发电系统的预防性维护工作显得尤为重要。

一、目前我国风力发电的现状

风力发电系统的运营费用较高，维修费用也很高，因此，对大型部件进行预防性维修是一种常用的方法。风机中的回转系统由耦合器、高速轴、齿轮箱、主轴轴承和主轴相互构成。能源的传输，主要依靠的就是它们，除此之外，它们还可以将风能转化为电能。然而，因为零部件的工作状况处于一种变负荷、变速的工作方式，所以变速箱通常也安装在传动系统内，而接头和主轴轴承又是失效最为频繁的部位，若不经过检验而让其正常工作，将会造成很大的损失。齿轮是风能转化的核心，齿轮是风力发电的核心，发电机就是靠着这个非常重要的机械部件，也是传动系统的一部分，风轮捕捉到的风能，也是靠着它传递到其他的部件。风能比较丰富的地方，比如海边，比如高山，比如沙漠等。如果这套设备出了问题，维护起来就比较困难了，所以做好风力大点的预防性维护十分重要，本文以风力发电机的实时运行的数据为基础，对齿轮箱故障的出现位置进行了检测，并确定了其是否存在了故障，而这些数据通常都集中在齿轮箱和轴承上。它能有效地降低装置的失效频率，防止严重的失效，增强装置的可用性[1]。

二、风力发电系统的预防性维修原理

风力发电机组内部存在大量的设备，可以假定其为N个组件，对每个组件按照可靠度要求进行维护，可以在降低维护成本的前提下，提高失效维护的效率。通过对机组失效资料的分析，得出了相应的元件在使用中的可靠性随使用年限的增加而降低的结论。以可靠度为基础的风电设备预防性维护技术，是在风力发电系统各组成部分的工作可靠度达到某一指标时，判断其预防性维护时机，实现风力发电系统的预防性维护。一般来讲，在设备进行检修之后，将会出现三种状态，分别是恢复如初，恢复部分功能，以及与维修前相同。在这种情况下，将λ设置为修理系数，并定义上次修理工作。当修补系数为1时，说明修补后的零件已被修补，可以正常工作；如果λ=0，说明这一次的修复工作并没有完成，零件还在失效的情况下，很难进行正常的操作。而0<λ<1，说明目前的维护工作起到了一些效果，但是只是一些零件在正常运行，并没有完全恢复到原来的模式。如图1说明了风力发电系统组件的预防维护的可能性。其中，i为任何组件，在组件i运转到设定的修理时间T o（i）时，必须根据设定的修理计划对其进行必要的失效修理。这种预防性机会维护决策技术最显著的优点在于，它可以有效地防止长期的故障停机，可以在故障出现之前，根据对其运行时点的猜测，对其进行检修，从而减少了维护费用，并达到了独立维护的作用[2]。

图1 预防性机会维修示意图

三、风力发电系统的预防性技术维修策略

1、预防性机会维修策略

在对风力发电系统进行预防性技术维修之前，风力发电机组必须先对参数值进行筛查，然后才能对其零件进行编号。利用二次抛物线内插方法对求解方程进行了优化，得到了最佳的维护方案。然后，利用有关的方程得到一个修复N个零件所需的一个周期。然后把第一个超过极限和极限的零件都记在心里，然后把它们列为预防性维护零件。之后，还需要对其它组件的状况进行判断，看看是否存在着符合要求的组件，如果存在，就将符合条件的组件进行记录，并将它们设置为机会维护组件，对所有符合条件的组件进行6次修理，如若未进行之前的维修，将直接对它们进行预防性组件的维修。这样就可以实现对全部零件进行升级的目的。其次，还要对单元工作的周期进行判定，确定单元工作的周期大于T周期。若有，请对有关资料进行整理，并计算最终的维护成本。否则的话，就必须将第一个到达最大值区域的零件，再进行后续的判定与计算。从而达到了在风力发电系统中进行预防和维护的目的，并降低了维护成本。

2、加强风力发电设备的维修质量

在传统的设备维修理论中，以维修的时机为依据，将设备维修的方法划分为预防性维修、故障事后维修和改变设备设计维修。(1)预防维护，也叫周期性维护，即按规定的维护时间，按一定的维护时间间隔，对设备进行检修，监测设备的状况，对设备的工作状况进行分析，对设备的维护状况进行分析，并进行预防维护。(2)故障后维护，即在设备发生故障时，对其产生的原因进行相应的维护，以确保其能够继续工作。(3)改变设备的设计维护方法，即设备的设计有一些不足或者有一些可优化之处，以改变设备的设计来减少设备的失效率。在风力发电机组的维护过程中，需要对机组的维护模式进行科学的配置，以保证机组的长期稳定工作。

3、做好预防维修策略

根据预防性维修决策，能够得出每一个零件的状况，从而得出每一零件的状态，从而得出预防维修的数量。若设定每四年为一个循环，对主轴承进行预防保养，将会造成一定的固定费用，并且还会牵扯到停机的损失等等。在主轴承的修理过程中，其它三个零件也不需要进行维护，将其他零件与主轴一起进行维护，可以有效降低总体的修理费用。在未将机会维修因素纳入考量的情况下，每个零件的预防性维修的数量就能根据这个关系式计算得到，从分析中可以看出，采用预防性维修策略可以获得总的维修次数，与之前为进行预防性维修相比，减少了维修的次数，对主轴而言维护次数的增多，可以有效降低总体的维修次数，减少了维修成本，因此，机遇维护战略能够实现分担处理，更加反映出预防性维修的科学化、合理化[3]。

结语

总而言之，在风力发电技术快速发展的同时，风力发电的一些问题也逐渐凸显出来，其中最突出的就是风力发电场中的设备失效，导致了风力发电的利用率降低。造成设备失效的因素，包括自然环境的影响，设备本身的质量，维护管理体系的不健全等。因此做好风力发电系统设备的预防性技术维修可以大大提高工作效率，保证风力发电机组的安全稳定运转，风力发电机组需要采取行之有效的维护管理模式，构建风力发电机组的维护决策体系，以提升设备的品质和维护人员的业务水平，从而有效地提升风力发电机组的维护管理水平，促进风力发电系统的可持续发展。

参考文献：

[1]罗听.大型风力发电机组电动变桨距控制的研究[D].河北工业大学，2019(5):122-124.

[2]都烁然，高丽新，胡志栋等.基于AN-SYS的风机蓄能器抱箍疲劳分析[J].森林工程，2014，30(4):110-112+116.

[3]李明昕.基于马尔科夫模型的海上风机可靠性分析[D].哈尔滨工程大学，2019(11):102-104.