哈电风能邓栋:征程·数字化运维

能见APP 2021年10月19日 4008

2021年10月17日-20日,2021北京国际风能大会暨展览会(CWP 2021)在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一,这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会,再次登陆北京。

本届大会以“碳中和——风电发展的新机遇”为主题,历时四天,包括开幕式、主旨发言、高峰对话、创新剧场以及关于“国际成熟风电市场发展动态及投资机会”“国际新兴风电市场发展动态及投资机会”“风电设备智能运维论坛”“碳达峰碳中和加速能源转型”等不同主题的15个分论坛。能见App全程直播本次大会。

在风电设备智能运维发展论坛上,哈电风能有限公司运维工程技术总监邓栋发表了题为《征程·数字化运维》的主题演讲。

邓栋:各位专家,各位同仁,大家下午好!今天我的题目是征程数字化运维,工业4.0大背景下,数字化运维是一个长期不断发展的话题。我会从数字化运维的理解、准备、应用以及展望等几个方面和大家一起交流。

在交流之前,回应刚才主持人所讲的,我们今年最大的变革,就是从原来湘电风能有限公司转变为哈电风能有限公司,先简单介绍一下这两个企业。哈尔滨电气集团作为共和国制造业的长子,经过70年的发展,基本上涵盖了核电、水电、气电、风电各个领域的布局,为国民经济的发展以及国防事业做出了重要的贡献。哈电风能有限公司作为哈电集团一个子公司,我们成立于2006年,主要是从事兆瓦级风电机组的整机设计和部件设计,目前累计装机容量已经超过七千台左右。

回到正题,首先想跟大家交流的是,我们对于数字化运维的理解。数字化运维的层次,从简单到复杂,从低端到高端可以分为五个层次:经济性运维、计划性维护、预测性维护、自迭代自学习以及虚拟现实。应急性维护,当你的机组出现故障,我去解决故障进行的一个维护。计划性维护,就是根据一些文件手册,你提前制定这种运维的计划,预测性维护就是经常所讲的,根据故障预警主动的运维,自迭代自学习,机组根据自身的运行数据,机组自主发出运维指令,最后的虚拟现实,通过现在AR、VR技术,本部人员一样可以身临现场进行远程的指导。

对于数字化运维内涵可以分为三个阶段,分别是电气化、数字化和智能化,对应这三个阶段,我们需要做的工作是打造能量流、业务流和信息流。目前已经完成电气化和能量化的打造,如何做好数字化和信息流的打造,未来实现智能化满足业务流。换句话说,从原来人机物联到现在应该如何做好万物互联,以及到未来如何实现万事互联,不同的三个阶段。数字化运维也做了很多工作,为数字化运维做了一些准备,首先是一个平台的建设,我们依托于国家工程实验室建立了大数据中心,大数据中心主要是服务于优化设计,优化设备运行性能等等。目前我们的大数据平台以及完成了包含设计、服务、管理等等在内的设计模型大概有一百多个。

第二个就是团队建设,我们的运维团队主要是有三支团队组成的,一支是服务团队,服务人数大概是八百人左右,主要是负责风机的安装调试以及维护。第二个团队是质量管控团队,人数大概是70人左右,主要负责机组的质量建造以及产品检验和风场巡检,第三支团队是技术支持团队人数大概是二百人左右,主要是负责现场的技术支持,技改以及重大问题分析以及重大的技改等等。

第三个准备工作,我们这么多年在运维事业上面一些技术的积累。我下面简单介绍几个,我们在运维技改或者运维方式上的一些比较经典的案例。第一个,我们在运行过程中或多或少在自动盘的表面会形成一定的凹槽,久而久之如果不去处理它,严重地不仅仅是影响制动的性能,甚至会影响风机的安全。如果更换自动盘维护费用是非常的,主要是吊车的费用非常高昂。那么我们所采用的这种自动盘在线制造技术,通过焊接工艺,一体化加工对它切削,在线的修复。修复完成之后,我们修复后的自动盘在尺寸和性能上,和原自动盘基本上保持一致。但是它的施工周期是大大的降低了,它的维护费用下降了90%左右。偏航噪音也是比较偏见的问题,严重会引起居民的投诉,很多业主深有同感引起居民的投诉,甚至会影响发电,因为不让你发电。对于偏航噪音这一块,我们主要是对偏航刹车片的机构和材质进行了优化,结构上主要是采用表面45的沟槽以及导源角的结构,材质原来硬质变成软质材质,来降低偏航的噪音。

水冷噪音也是机组主要噪音来源之一,我们主要是采用镰刀形叶轮结构电机,从根源上降低配合控制策略,从根源上降低电机的运行频率,来降低噪音的源头。高强度螺栓,刚才有专家也介绍了,也是非常关注的一个点,高强度螺栓涉及到风机的安全。我们同样也建立了一套高强度紧部件全服役周期的检验与分析平台,通过检测的数据进入平台,它有一个一体化的分析。叶片的优化,它是机组提质增效这一块最有效的方式之一,我们在叶片优化这一块主要是有两个,一个是叶片延长技术,一个是气动辅件。叶片延长技术包含的叶尖、叶根,以及叶根的以小换大技术。气动辅件主要是涡流发生器和扰流板。根据我们的案例,我们发现叶片延长技术的年发电量可以提升10%左右,气动辅件可以提升2%以上。

偏航系统也是非常关键的一个子系统,对于偏航系统效能的优化,主要是从硬件、软件以及系统改造。硬件方面主要是气压站结构的优化,以及新型的抗冰冻型的。软件主要是采用参数定制化开发,以及常说的一级预测。系统改造像早期这种直接偏航的方式,我们改造为变频偏航的方式,不仅起到柔性启动,还包括偏航系统长期运行之后,因为漏油造成的一系列问题,制动力下降问题,都通过变频偏航系统起到一定的缓解作用。

第四部分想跟大家交流的是,因为数字化运维离不开数据,我们对于数据应用的一些典型案例。主轴承是非常关键的部件,对于主轴承,简单介绍一下几个预警模型。第一个预警模型就是主轴承温升异常模型,这个模型是根据机组,它跟自身历史数据的纵向对比,再加上它跟全国同类机组的横向对比,发现主轴承温升的异常点。第二个就是主轴承健康状态预警模型,主要是采用振动数据,将时域的振动数据映射到特征,然后再进行分类。目前振动模型准确率是非常高的,可以达到96.7%,能够清晰地分辨出主轴承三种状态,健康状态、轻微磨损状态和严重磨损状态。

发现主轴承的问题之后怎么办呢?也不是说一定马上更换掉,当然严重损坏的主轴承要更换,对于轻微磨损的轴承怎么办?我们肯定要采取一系列的措施延长它的使用寿命。现在主要采用一种在线清洗的方式,应用这种专用的清洗油脂注入进去,通过熔解的方式再排出去,再加入新的油脂。右边这个图可以看出来,清洗后的轴承温升下降的是非常快的,大概有10度左右。第二个比较关注的就是叶片,叶片无论是南方还是北方,到冬天或多或少都会出现结冰的状态。严重的可能会影响到,不仅影响发电量,严重可能会影响到叶片的损伤,我们采用这种方式对结冰进行预警,因为时间的关系讲快一点。叶片的显性问题,叶片有早期损伤的时候,我们认为它的气动性能总会有一些改变,通过曲线分析得到这个叶片早期一些显性故障。这是叶片除冰技术,最早两兆瓦的气热除冰,这个不多介绍了。

最后想跟大家交流,我们对于数字化运维后续还应该做一些什么样的事情。第一个应该是突破数据的壁垒,我们应该形成各类数据除了机组数据之外,各类数据要形成标准的数据体系,才能真正地挖掘数据的价值。第二个应该要建立线上备件平台,说白了就是应该有形成像淘宝、京东一样,让我们的备件的价格可以公开化。第三个就是刚才所讲到的虚拟现实和混合现实,能够让我们进行远程作业,培训包括虚拟现实的安装调试,以及后面的数字孪生。我的交流完毕,谢谢大家!

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)