金风慧能钱毅泽:老旧机组核心部件“养生之道”

能见App 2021年10月21日 3555

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20日上午召开的风电机组优化升级专题论坛上,北京金风慧能技术有限公司售前解决方案总监钱毅泽发表了《老旧机组核心部件“养生之道”》的主题发言。

以下为发言全文:

钱毅泽:各位行业同仁大家上午好,我是来自金风慧能的钱毅泽,本次由我跟大家分享关于老旧机组核心部件的“养生之道”,一提到养生大家会想到一个俗语,人到中年不由己,保温杯里泡枸杞。虽然说这是一句俗语,但是可以看到养生对中年人的重要性,所以反观到风电机组上,目前有很多机组已经步入老龄化的情况。这是我们统计运行10年以上的机组,在2021年的时候整个装机可以达到了将近4.2万,其中70%都是兆瓦级机组。随着这个数据的推演,达到运行10年以上的机组每年以20%的基数往上增长,每年将近有1万台次机组进入中年期,步入老龄化这个阶段。

面对这么多中年期的机组进入老龄化,我们如何开启“养生之道”呢?主要是以三个方面,第一个祛体之诟病,主要是通过日常的维护去防患于未然,对机组运行进行全面检测,包括部件的各个状态进行异常的判断。第二个阶段固体之根本,去保证设备安装质量的高效性、工艺的要求,可以保证机组的可靠性。第三个就是强体之机能,要保证整个机组能够顺利的完成它的使命任务,所以就需要把这个机组根本性的问题进行彻底的改造,同时是为了改造它整体性能的提升,让设备出现故障的几率无限降低,这样才能迈向机组无故障的状态,以后无故障也是今年热门的话题。我们本次跟大家分享的是强体之机能的一些措施。

如果说10年前风电设备,重点是放在满足机组稳定性的条件下尽可能降低成本,那么10年后关注的重点是在机组的发电能力、以及产品的寿命、成本收益做一个综合性的平衡,反馈到机组就是关于机组的安全性问题、高效性以及整个投资收益率的收益性的问题。我们回溯一下客户目前对老旧机组的痛点,第一个机组设备不满发,很多时候降容运行的状态,同时会产生部分备件失效率高达15%的情况。第二个痛点电控部件运行时间较长,大量备件失效换新,生产成本增加20%。第三个风电场大部件失效概率比较高,给机组的安全性、生产成本带来了巨大的增加,同时还带来了整个发电量的损失,环比上升30%。

面对这么多痛点问题,要采取什么措施去强体之机能?下面主要介绍几个方面。第一个关于机组的活动关节的部分,也是机组的轴承,机组轴承的安全性、可靠性是基于安全性运行的可靠性保障。关于机组的运行,主轴、变桨、偏桨轴承,运行长时间之后会发现轴承漏油、发黑、板结的电化,严重导致变桨轴承卡死,还有主轴过温造成机组有失火的隐患。从专业的网站获取到轴承常见失效类型有四类,第一个装备不当、润滑不当、密封不当、疲劳损伤,可以看到具有可控因素的润滑不当与密封不当占比整个轴承失效的50%,这也是导致整个润滑油脂污染层的主要原因。图中是轴承寿命系数以及轴承污染系数的曲线,可以看到在轴承污染系数比较低的切断下,使用寿命会衰减的很快,所以说我们在日常维护中如果保证整个轴承的污染等级在轻度以上,轴承使用寿命会大幅增加,但是现场实际情况润滑油脂性能是大幅衰减的,也是造成轴承失效主要的因素。行业老专家跟我们说轴承寿命主要依托的是三分靠质量,七分靠保养,所以突出了整个轴承保养的重要性。

通过轴承保养以及治理整体性的措施,可以将轴承的剩余使用寿命增加80%。对于轴承的治理、保养,主要是通过对原有旧机组的油脂进行清理清洁,加装新油脂,最后达到充分润滑的目的。在轴承解决方案过程中关注的三个点,第一轴承的密封性。第二保证清洗的有效性,现场轴承很多油脂是硬化,而且是长时间运行的,溶解的难度比较大。第三个是腐蚀性,因为轴承是高精密的设备,它的滚动体需要有很高的要求,所以说我们清洗不能对轴承有损伤。基于此我们自主研发了3+2清洗的方式,就是需要进行三重的清洗,包括有机冲洗、水基清洗、清水冲洗,保证整个废旧油脂清洗有效性。第二个是两步清洁,包括高速气体的清洁、切水剂的清洁,保证清洗之后内部表面清洁程度达到很高的标准。依托3+2清洗方式可以实现废旧油脂95%以上油脂的清除,同时开发这样的设备也是具有数字化、可量化,在清洗过也是可以看到排除油脂的质量、数量。

我们再了解一下机组主要的心脏变流器的情况,其实变流器随着运行时间比较长,可靠性下降比较严重,包括故障频法、过温导致运行,同时整个变流故障占整个机组36%,所以备件率失效成本也是占整个备件成本的70%的份额,所以特别影响整个风电场的度电成本。

目前一些治理方式主要通过常规的清灰,对工艺的检测提升变流器的稳定性,现在这种情况已经不能保证变流器稳定运行,所以我们通过升级优化结合整个性能的提升,提升之后变流器故障频次可以下降75%-80%。同时结合变流器的冷却系统优化,软件系统升级,控制器EMC的优化以及整个模块替代,增强模块的容错机制,IGBT误报率降低80%。同时可以把运维成本下降15%的空间,可以实现发电量损失占全场1.5%的比例,这也是变相能效提升的一种方式。

变流器还有另一个顽疾,水冷变流器有一个水冷故障。虽然是小故障,但是影响的效果还是比较大,一般都是出现在温度变化比较大的情况。

下面说一下关于“养生之道”的升华篇,对于整个器件的再制造过程,很多备件由稳定期已经向末期进行过渡,整个可靠性急剧下降。所以说常规的检修、维修的方式已经无法达到性能的提高,就需要根据整个机组全生命周期的特性去定制运维的方式,比如在5年关注日常维护和标准化维修。第二个五年注重标准化检修和深度治理,保证机组运行的稳定性。第三个阶段建议采用治理的标准以及再制造的方式,它所带来的价值可以把系统核心的部件通过预防治理、立旧置换再制造,进一步降低整个风电场的运维成本,再制造的备件不是维修的备件,是借用原备件有效的残值,通过新的技术、工艺、方式方法,采用新品出厂的方式进行新的产品。

下面介绍一个实际案例,滑环再制造的实际案例,现场有运行10年以上的滑环,发现滑环批量更换的情况,就是因为滑环运行时间长,刷丝、滑道出现了问题。所以我们通过深入挖掘关键技术,比如把原有可运用滑环的残值更换成一体式的架构,主要是增强系统的结构性,同时主轴部分做了二次优化,把主轴的半径变小,可以减少整个速度,也降低了整个摩擦的情况。并同步进行了整个刷丝跟滑道的升级,增加了刷丝的基础面积,减少了视效的概率。

以上就是通过三个方面,包括轴承延寿、变流器系统的优化治理、器件再制造,通过技术驱动响应整个机组的治理标准的升维,最后达到强体之机能的目标,实现轴承延寿80%,整个变流器系统故障和发电量明显的提升,达到整个器件在生命周期真实的降本,由于时间的关系,本次分享就到这里,谢谢大家。

 

(根据演讲速记整理,未经演讲人审核)