国电思达庄勇：技改创新-为风电机组高效稳定运行注入活力
东方风力发电网 2020年10月16日 539
2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）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“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。 
在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上，北京国电思达科技有限公司副总工程师庄勇发表《技改创新-为风电机组高效稳定运行注入活力》主题演讲。 以下为发言实录： 庄勇：大家好，我今天跟大家分享的内容是技改创新为风电机组高效稳定运行注入活力，主要是分三个部分，首先背景介绍，近年我国风电累计装机量在持续增长，截至2019年年底已经超过两亿千瓦，达到2.1亿，同比增长达到14%，随着新增装机两的增加，现役机组特别是早期安装运营时间比较长老旧机组在安全性上、运行稳定性上机组故障率比较高，还有性能方面问题越来越凸显，针对这些问题思达做了一些专项的技改，下面跟大家分享一下我们思达公司在安全可靠性以及性能优化方面具体的方案。 关于安全可靠性我介绍三个方案，风机自动润滑系统，它主要包括发电机、主轴、偏航、变桨系统，现役老旧机组在早期它的发电机主轴往往采用人工手动，采用加油枪或者电动加油泵，甚至气动加油泵进行人工手动润滑，手动润滑的缺点可能润滑的时间周期比较长，单次润滑量比较大，润滑次数比较少，影响轴承润滑效果，长期就会发生轴承高温甚至是辊轴损坏的情况，因此机组有必要进行自对润滑的改造，通过PLC控制对轴承实现定量加油。发电机自动润滑改造，新增加了一套润滑系统，通过PLC来控制，两个出油口分别给发电机前后轴承进行加油，通过PLC控制可以在润滑周期上做一个控制，比如在机组运行的时候才计算润滑周期的时间间隔，这项改造也是在山东某风电场批量改造之后，对它的运行情况进行了分析，剧组也是在满发的时候，前后温度都在70度以下，整个数据分析时间段轴承温度变化也是正常值。主轴自动润滑，这是我们利用了原有偏航自动润滑油泵，在这个基础上直接加了一套润滑油路，这样由PLC统一去控制，同时对偏航跟主轴实现自动润滑，然后我们同时将油位低故障加入控制逻辑中，可以根据预先设定的预值进行报警。 第二个方案是齿轮箱高速轴密封改造，齿轮箱高速轴漏油也是行业内的难点问题，截至今年8月份，思达公司统计的渗油问题大概有1500多台，因此我们也是设计了一个双F迷宫密封，安装在端盖和刹车片之间，不需要拆卸高速轴联轴器，就可以解决渗油问题。这是我们设计的双F迷宫密封具体的图纸，主要包括动环和进环两个部分，通过两个配合实现了双向密封的作用，现场运行结果也是比较好的，在张北风电场做了之后，三个月之后我们进行了闭环观察，发现端盖并没有油渍。第三个是SCADA国产化，目前电网公司对各个新能源的场站、电力监控系统有基本的防控要求，要求监控区全部采用国产化设备，我们自研了新一代的windEYE监控系统，目前已经适配了主流的操作系统，以及中可再生能源、浪潮、华为等全国产的服务器硬件，在监控系统基础上我们也是增加了一部分装配监测的点项，像技术沉降、塔筒螺栓、塔筒倾覆等，结合运行数据以及专家库，也可以对机组进行一个状态预警。 第二大部分是在机组性能提升方面做的几项改造工作，首先是控制策略优化，主要有下面五项优化，功率曲线优化、有功超发、防超速功能、机组降载以及辅助控制技术，从左边这个图可以看到，我们是在保证机组扭矩恒定的情况下，将额定转速以由C1点提升至C2点，保证并网转速至到额定转速阶段跟踪最优CP，实现有功超发跟功率曲线优化，同时提升之后，为了防止机组超速的发生，加入了风速的控制，避免在大风情况下出现机组超速的情况。机组降载主要两是个方面，一个是传动链跟塔架控制，左边这个图可以看到，通过阻尼控制之后，传动链载荷以及塔筒晃动幅值明显降低，我们是针对电网故障，对顺桨策略实施了收桨，这样就可以降低机组在停机过程中塔筒的振动。辅助工程技术优化了三个方面，第一个是机组自耗电的优化，主要针对一些风扇、电机、加热器启停逻辑跟启停参数做了修改，达到降低自耗电的目的，第二个偏航策略优化，对高低风速偏好动作逻辑、参数进行了调整，在高风速且满发情况下尽量减少偏航动作，在低风速下执行较快偏航对风策略。第三个是机组的防共振功能，也是通过修改机组的参数去改变机组通过频率，防止它与塔筒的固有频率重合，可以批盖一个共振区。做了优化之后，对机组的载荷进行了计算跟评估，计算结果也是目前机组载荷在设计安全范围之内，也做了第三方的测试，测试结果跟我们目前已经实施的31个项目，实际数据分析是一致的，场站年均发电量提升都能达到2%以上。 第二个方案是一个桨距角优化方案，机组在设计上桨距角肯定是0度，但是叶片在制造、安装、实际运行过程中往往气动0度会产生一定的偏差，直接体现在发电量上，通过功率曲线或者从发电量上直接能看到影响还是挺大的，我们对此也是增加了一个监测点项，通过对机组运行时的风速、功率、转速等等之间相互关系挖掘，去监测一个异常的情况，如果发现为异常，首先对机组理论稳态进行仿真，通过测试的安装角度，通过计算对桨距角实现精准的校准，目前已经监测的风场有20多个，某一台经过我们校准后的机组算了一下发电量提升能够达到1.21%。 最后一个方案是叶片加长的方案，也是为了保证加长后的叶片与原叶片相同，我们采用了叶尖套的方式，在生产测试环节按照严格生产工艺，采用是真空灌注，保证叶尖套与叶片整体一致性，在测试方面经过了标准化的静载测试，包括轴向加载、摆阵测试。目前也在山东、内蒙、山西等多个项目完成了叶片加长的改造，下面两个图是82机型，实际测算了一个运行数据，年发电量可以提升3.19%。 我的分享就到这里，谢谢大家。 （根据速记整理，未经本人审核）
在16日上午召开的风电机组技改专题论坛上，北京国电思达科技有限公司副总工程师庄勇发表《技改创新-为风电机组高效稳定运行注入活力》主题演讲。 以下为发言实录： 庄勇：大家好，我今天跟大家分享的内容是技改创新为风电机组高效稳定运行注入活力，主要是分三个部分，首先背景介绍，近年我国风电累计装机量在持续增长，截至2019年年底已经超过两亿千瓦，达到2.1亿，同比增长达到14%，随着新增装机两的增加，现役机组特别是早期安装运营时间比较长老旧机组在安全性上、运行稳定性上机组故障率比较高，还有性能方面问题越来越凸显，针对这些问题思达做了一些专项的技改，下面跟大家分享一下我们思达公司在安全可靠性以及性能优化方面具体的方案。 关于安全可靠性我介绍三个方案，风机自动润滑系统，它主要包括发电机、主轴、偏航、变桨系统，现役老旧机组在早期它的发电机主轴往往采用人工手动，采用加油枪或者电动加油泵，甚至气动加油泵进行人工手动润滑，手动润滑的缺点可能润滑的时间周期比较长，单次润滑量比较大，润滑次数比较少，影响轴承润滑效果，长期就会发生轴承高温甚至是辊轴损坏的情况，因此机组有必要进行自对润滑的改造，通过PLC控制对轴承实现定量加油。发电机自动润滑改造，新增加了一套润滑系统，通过PLC来控制，两个出油口分别给发电机前后轴承进行加油，通过PLC控制可以在润滑周期上做一个控制，比如在机组运行的时候才计算润滑周期的时间间隔，这项改造也是在山东某风电场批量改造之后，对它的运行情况进行了分析，剧组也是在满发的时候，前后温度都在70度以下，整个数据分析时间段轴承温度变化也是正常值。主轴自动润滑，这是我们利用了原有偏航自动润滑油泵，在这个基础上直接加了一套润滑油路，这样由PLC统一去控制，同时对偏航跟主轴实现自动润滑，然后我们同时将油位低故障加入控制逻辑中，可以根据预先设定的预值进行报警。 第二个方案是齿轮箱高速轴密封改造，齿轮箱高速轴漏油也是行业内的难点问题，截至今年8月份，思达公司统计的渗油问题大概有1500多台，因此我们也是设计了一个双F迷宫密封，安装在端盖和刹车片之间，不需要拆卸高速轴联轴器，就可以解决渗油问题。这是我们设计的双F迷宫密封具体的图纸，主要包括动环和进环两个部分，通过两个配合实现了双向密封的作用，现场运行结果也是比较好的，在张北风电场做了之后，三个月之后我们进行了闭环观察，发现端盖并没有油渍。第三个是SCADA国产化，目前电网公司对各个新能源的场站、电力监控系统有基本的防控要求，要求监控区全部采用国产化设备，我们自研了新一代的windEYE监控系统，目前已经适配了主流的操作系统，以及中可再生能源、浪潮、华为等全国产的服务器硬件，在监控系统基础上我们也是增加了一部分装配监测的点项，像技术沉降、塔筒螺栓、塔筒倾覆等，结合运行数据以及专家库，也可以对机组进行一个状态预警。 第二大部分是在机组性能提升方面做的几项改造工作，首先是控制策略优化，主要有下面五项优化，功率曲线优化、有功超发、防超速功能、机组降载以及辅助控制技术，从左边这个图可以看到，我们是在保证机组扭矩恒定的情况下，将额定转速以由C1点提升至C2点，保证并网转速至到额定转速阶段跟踪最优CP，实现有功超发跟功率曲线优化，同时提升之后，为了防止机组超速的发生，加入了风速的控制，避免在大风情况下出现机组超速的情况。机组降载主要两是个方面，一个是传动链跟塔架控制，左边这个图可以看到，通过阻尼控制之后，传动链载荷以及塔筒晃动幅值明显降低，我们是针对电网故障，对顺桨策略实施了收桨，这样就可以降低机组在停机过程中塔筒的振动。辅助工程技术优化了三个方面，第一个是机组自耗电的优化，主要针对一些风扇、电机、加热器启停逻辑跟启停参数做了修改，达到降低自耗电的目的，第二个偏航策略优化，对高低风速偏好动作逻辑、参数进行了调整，在高风速且满发情况下尽量减少偏航动作，在低风速下执行较快偏航对风策略。第三个是机组的防共振功能，也是通过修改机组的参数去改变机组通过频率，防止它与塔筒的固有频率重合，可以批盖一个共振区。做了优化之后，对机组的载荷进行了计算跟评估，计算结果也是目前机组载荷在设计安全范围之内，也做了第三方的测试，测试结果跟我们目前已经实施的31个项目，实际数据分析是一致的，场站年均发电量提升都能达到2%以上。 第二个方案是一个桨距角优化方案，机组在设计上桨距角肯定是0度，但是叶片在制造、安装、实际运行过程中往往气动0度会产生一定的偏差，直接体现在发电量上，通过功率曲线或者从发电量上直接能看到影响还是挺大的，我们对此也是增加了一个监测点项，通过对机组运行时的风速、功率、转速等等之间相互关系挖掘，去监测一个异常的情况，如果发现为异常，首先对机组理论稳态进行仿真，通过测试的安装角度，通过计算对桨距角实现精准的校准，目前已经监测的风场有20多个，某一台经过我们校准后的机组算了一下发电量提升能够达到1.21%。 最后一个方案是叶片加长的方案，也是为了保证加长后的叶片与原叶片相同，我们采用了叶尖套的方式，在生产测试环节按照严格生产工艺，采用是真空灌注，保证叶尖套与叶片整体一致性，在测试方面经过了标准化的静载测试，包括轴向加载、摆阵测试。目前也在山东、内蒙、山西等多个项目完成了叶片加长的改造，下面两个图是82机型，实际测算了一个运行数据，年发电量可以提升3.19%。 我的分享就到这里，谢谢大家。 （根据速记整理，未经本人审核）