系列风电机组事故分析及防范措施（六）
——风电场运维与安全隐患

文 | 邵勤丰，王明军

系列风电机组事故分析及防范措施（六）
——风电场运维与安全隐患

文 | 邵勤丰，王明军

业主在风电机组选型时，通常考察的是最优机组性能价格比，即以最低的价格购买到性能、质量最好的风电机组。首先以发电成本最小为指标，充分考虑发电机组的投资经济性。其次，还有产品的质量认证，制造商业绩，风能资源因素，如：额定风速、极限风速、切出风速以及特殊环境要求等。但对机组的使用和维修方便与否，是否便于远程管理，远期维修维护成本及机组安全性高低等却考虑较少，或没有考虑。然而，这些因素也是体现机组综合性能和判断机组优劣的重要方面。

下面就风电机组的一些特殊性能、管理方式以及行业问题等进行分析和阐述。

风电机组综合性能及行业问题

一、相关人员缺乏对风电机组特性的深入认识和了解

我国“三北地区”风电场限电问题相当严重，风电机组及部件生产大都处于产能过剩状态，行业内出现了低价竞争的恶性循环，还出现了重权势不重技术，重关系轻质量等不正常现象，导致机组及部件的生产和服务质量难以保证。

在我国风电发展初期，不少风电从业人员是初次涉入风电，缺乏对风电机组综合性能的辨识能力，不能全面、深入地认识和了解风电产品。采购时，普遍对机组安全、机组使用、运维便捷性等方面考察较少。更有甚者，已安装机组的主控系统本已具备数据上传、完善的权限管理和远程故障判断等功能，可以远程定位机组故障和排查安全隐患，使用方便。但是，由于对其所引进技术缺乏深入研究，主控的这些功能没有得到设备厂家和业主的广泛运用，反而被貌似配置更高、采用国外品牌硬件的主控改造掉，而这些主控的软件普遍还不够完善。风电企业对机组的管理仍然沿用以往的方式进行设备管理：每个风电场必须固定地配备规定数量的维修人员；只有到现场登机，才能对机组实施安全检查和机组故障判断等。

我国的风电技术大都是从国外引进，从无到有。部分风电企业因缺乏对所引进技术的深入研究，没能掌握引进机组的整体设计思路及关键技术，导致了机组事故频发；由于机组配套随意造成了整机性能差；因缺乏适应风电场管理经验以及风电思维方式，导致了研发和现场服务模式严重偏离正常的风电发展方向；有的厂家在技术引进时，因决策者缺乏对机组综合性能的判断能力，在引进技术时就存在某些不足或缺陷。

就我国风电市场情况而言，机组购买商往往是大的电力公司，这些企业里的很多风电决策者及员工从事火电或水电多年，如不及时学习，转变观念，时常会带有很深的其他行业理念来理解和处理风电问题。例如，在机组选型时，对长叶片机组有着特殊的偏好；在考核机组性能时，过度强调功率曲线；在机组采购时，对机组更多的是考虑设备购买价格以及机组的年利用小时数；在机组投入运行之后，不顾设备安全提高机组利用小时数，如：调高额定功率参数、提高最大切出风速等。而对机组的年利用小时数与机组寿命、大部件损坏的关系，以及机组的维护和使用便捷性、远期维护成本、安全性以及是否可通过远程对机组进行故障诊断、检查和管理，这些潜在关键点缺乏了解和考察。

在机组选型、部件质量、吊装、维护、机组改造和风电场管理等环节上埋下的隐患，经过多年运行之后，如今都集中体现在机组的运行状况、大部件损坏和重大事故的发生上。

二、劣质产品充斥市场

风电企业采购机组及部件时，在招标之前，通常所有部件的供应商均需经过设备厂家质管、技术、采购等部门的审核，方能成为合格供方，再通过竞标取得销售权。由于产能过剩，这些合理的工作流程有时变成了一道道关卡，低价中标又使质量优异的风电产品难以进入市场。

由于产能过剩，在取得订单时，有时设备厂商不得不满足业主招标文件中一些不合理的要求和条件，在实际的合同签订中，有的合同规定则成为了单方面约束条款。在机组配套时，有的机组部件必须要按业主或电网公司所指定的配套厂家进行采购。而这种指定有时依靠的是权势，而非产品的质量和技术。为了在激烈竞争中取胜，风电企业需要打通各种关系，从而达到通过各个关卡（产品的技术、质量、资格认证以及检验、卸货等）销售产品的目的。设备厂家及部件厂商不仅要在提高产品质量和风电场服务上下功夫，而且，还需通过各种手段去拉关系。这样势必会影响到整机性能、质量的提高和机组的运行效果。例如，某风电场业主在采购风电机组时，变频器必须是业主指定品牌，而此产品是新近开发的双馈变频器，刚投入市场形成销量，其产品结构和性能还相当不成熟，机组投运之后，出现了不少的问题，出问题后业主不负任何责任。有时因变频器对发电机转子的励磁电压不能进行良好控制，会发生转子导电轨烧毁事故，出现问题后业主找设备厂家，设备厂家找导电轨厂家，换了又烧，烧了再换。因导电轨厂家除了证明导电轨没问题外，没法证明变频器存在问题，当然，变频器厂家更能证明变频器也没有问题，而同样的问题必然还会在现场出现，导电轨继续烧毁，更换导电轨的工作也继续由导电轨厂家承担，因此，此问题长期不能得到根本的解决。

机组研发和运维脱节，加之风电场的条件限制，对机组性能及部件质量会出现判断错误的情况。例如，从理论上说，功率曲线确实能反映出机组的部分综合性能，但是，功率曲线受外界因素影响很大。因环境和机位条件造成机组的发电量低、功率曲线差，而判断为机组本身的性能存在问题，然后，采取各种手段和措施对机组进行“改进和完善”。而问题是因判断和认识错误所致，机组本身没有问题，其结果必然是：经过了多年的努力，浪费了大量的人力、物力，且功率曲线问题必然不能得到良好解决，得到的效果只能是使机组的综合性能变得更差；即便是功率曲线改善了，机组效率也有所提高，然而，大部件损坏、机组寿命及远期运维本所付出的代价远远超出机组效率提高所能带来的收益。

行业的低价无序竞争，低价中标的招标体制将价高质优的机组部件产品排除在市场之外。不少质量过硬、设计合理的机组部件反而没有销量，在风电行业中，这种“劣币驱良币”的现象不在个别。

风电企业之间拖款问题严重。业主欠设备厂家，设备厂家欠部件厂商，而不少部件厂商成为最终的受害者。有的部件厂商因长期得不到应有的款项，不得不退出风电市场，或因资金链断裂而倒闭。产品质量优异的配套厂商因资金及销量问题而退出风电市场，这又从另一侧面促成了劣质风电产品的泛滥。

三、机组配置过多、过杂及资金分散造成整机性能差和质量降低

风电机组及部件产品的生产属于批量生产，而非单件生产。风电企业可以通过产品的规模化、系列化，降低机组及部件的研发、生产、吊装及远期维护成本，同时，还有利于机组及部件的持续改进及机组综合性能的不断提高。

如果设备厂家的机型过多，同一机型的配置过杂将会带来一系列问题。个别设备厂家同一机型的叶片、变桨系统、主控系统、齿轮箱、发电机、变频器等均须有三个以上供应商竞标，把这些部件进行排列组合后其种类相当多，导致同一机型的配置相当复杂，同一机型机组的整机性能不一致，机组的维修维护、备件供应和技术服务难度加大。因同一机型有多种主控、多种变桨、多种变频，机组整合配套难度大大增加，不利于制造的规模经济性、机组综合性能的提高和持续改进。有时因业主要求（如：箱变信号上传等）以及对与不同变桨系统配套的需要，同一机型、同一生产厂家的主控，其控制程序也不尽相同，又再次给机组维修、功率管理以及数据上传等带来了不便和麻烦。

另外，由于设备价格一路走低，在风电机组关键部件资金投入严重不足的情况下，有的设备厂家开发的新型机组仍然得按照业主要求把不小的资金投入到安装自动消防系统、实时监控摄像装置、在线监测等机组附属设施上。这无疑是从另一角度和方式降低了机组部件的质量和安全。

四、不适当的改造降低机组性能和质量

为了满足电网要求，或提高机组效率，不少风电场在运机组已经或正在实施改造，然而，真正性能良好的风电机组是经历了一个漫长的配套调整后才得到的。在机组配套调整过程中，需达到多目标综合指标的最优，如：发电效率高、机组安全性高、故障几率低、部件及机组寿命长、生产和维护成本低等多个目标。最终达到叶片、变桨、主控、变频器、发电机、偏航系统以及通讯控制器、后台软件等部件之间的最佳配合。如果随意改变这种成熟配套产品的某个部件或几个部件，一般只会使整机性能变差。在没有通过原设备厂商，或权威机构从整机性能角度充分论证的情况下，就随意对机组的主控系统进行改造升级，可能带来：故障率增加；部件寿命缩短；远期运维成本增加；主控与变桨、变频器之间的配合变差；不可预知的安全隐患以及使机组的发电效率降低等。因此，实施提高机组效率改造时，首先应从机组整机性能和安全性的角度充分考察其可行性，其次才是经济性评估和方案的实施。

在火电行业曾经有过提高机组效率的改造，并且现在仍在改造，实践证明其改造大都是成功和必要的。而这些改造一般是由原设备厂家，或资质相当的设备厂家进行，在风电项目改造时，这一点值得借鉴。然而，火电与风电的行业差异巨大，火电的成功经验对风电不一定适用。首先，对于火电来说，在初次投运后，机组的度电成本不仅包括设备和维护、维修成本，还应包括每度电的燃料成本，机组效率对营运企业的经济效益有着至关重要的影响；而风电设备在初次投资后，除了维修、维护成本之外，发电所利用的风能则没有成本，因此，机组的使用寿命、大部件损坏及维修维护成本则更为重要，将直接影响机组的度电成本、投资回报率和营运企业的远期经济效益。

对风电设备来讲，提高机组效率所能增加的收益，与减少机组维修维护成本和后期改造的投入，究其效果来看，都能达到降低机组度电成本的目的，但是，如果以增加投入、降低机组及部件寿命为代价来提高机组效率和发电量，不仅投资风险大，更可能得不偿失。因此，在通常情况下，与其投资旧机组改造，提高机组效率，还不如把改造资金用于购买质量优异、技术更加先进的新机组，这样，既能保证原机组的整机性能及部件安全，又能降低投资风险。

从机组及部件的设计思路去分析、判断和处理机组故障

设计完善、综合性能优良的风电机组，设计人员除考虑机组部件所要达到的基本功能和要求外，还考虑了现场维修、维护便捷性的需要。

因此，在检查机组故障，拆卸元器件时，如遇见拆卸困难，空间不够，或者是螺钉和垫片容易掉、难找等问题时，维修人员应考虑拆卸方法是否存在问题。对于设计完善、成熟的风电产品，设计人员还考虑到风电场的现场条件，对于可能需要在现场维护和更换的部件，一般不需要太多人参与，例如：成熟的风电变频器，在现场检查和更换部件时，一般只需一人，如果需要多人协助才能进行维修和更换，维修人员应该考虑方法可能有误。

在检查机组故障以及排除安全隐患时，运维人员首先应该考虑在远程检查，利用后台软件通过主控的远程故障判断工具对机组进行检查和故障判断，经过初步故障定位后，其次才是到现场检查和判断故障。到现场以后，能在塔筒下面检查和判断的故障，应首先在塔基进行检查，其次才是登机检查，这样，能大大提高工作效率，减少处理故障的时间。

在分析机组及部件问题时，应从机组的整体设计思路，或相关部件去思考问题。如仅局限于某个部件，则往往难以准确锁定机组故障。尤其对于主控程序还需完善的机组，可能因主控本身存在问题造成报故障有误。因此，在判断机组故障时，更需多方求证。如果仅按主控所报故障进行检查，可能会导致判断错误，更换不该更换的部件。为了分析和迅速处理机组故障，运维人员还需详细了解主控的控制逻辑和程序报故障的方法。

总之，对于设计完善、技术成熟的风电产品，在满足部件、机组的基本功能前提下，还会考虑现场维修的拆装方式和方法，以及现场的检测手段和工作条件。对于成熟的风电产品，如按照设计者的思路进行维修和维护，可缩短机组维修时间，减少工作量；对于不够成熟的风电产品，多从机组、部件的整体设计思路考虑问题，有利于机组、部件的改进与完善。

结语

优化机组的整机配套，提高机组整体性能和机组安全，寓机组安全、维修和机组管理于部件生产和整机配套之中，让综合性能及质量优异的风电机组具有更好的发展空间。有关提高风电机组整机性能与机组安全的应对措施，在《系列风电机组事故分析及防范措施（七）》一文中将继续进行分析和阐述。

（作者单位：邵勤丰：东方电气自控研发中心；王明军：东方电气风电有限公司）