海上风电场风电机组状态监测及故障预警系统的研究

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1、海上风电场风电机组状态监测及故障预警系统的研究陈晓云董英瑞(中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司510663)摘要：海上风电场，由于其离岸距离远、所处自然环境恶劣，日常巡视维护和事故抢修十分不便，一旦岀现故障将造成重大经济损失，因此海上风电场的设备维护是风电场建成运行后的主要问题。风电机组作为海上风电场的重要组成部分，同时也是最容易出现故障的部分，一旦出现问题,造成的损失是不可估量的，因此对海上风电场的风电机组进行实时状态监测，并在故障出现前一段时间作出准确的警告是非常关键和必要的。关键词：海上风电；状态监测；故障预警0引言近年来由于化石能源逐渐枯竭、温室效应造成的地球暖化现象日益严

2、重，因此可再牛能源发电得到了极大的关注和发展，尤其是风力发电。2010年底，我国风电装机总容量达到4182.7万千瓦，比2009年增加了62%,风电已成为继水电之后我国电力系统中规模最大的可再牛能源发电方式，风力发电事业取得了令人瞩目的成就。我国陆地可开发的风能资源储量约为250GW,近海约为750GW,丰富的近海风能使得海上风电事业得到了蓬勃地发展，随着海上风电的发展，海上风电机组监测和检修的问题也日益显现击来，如果对海上风电机组进行有效的监测也成为了一个重要的研究方向。1•风电机组状态监测及故障预警技术现状1.1风电机组的主要故障风电机组是故障的多发区，包括齿轮箱故障、发电机故障、主轴承

3、故障、叶轮系统故障、液压系统故障等，其中，仅齿轮箱木身的故障问题直接相关的维护费用就占到了风电场运行与维护费用的20%-30%,主要体现在齿轮或轴承磨损、油温及轴承温度高等方面。1.2风电场维护存在的问题目前在风电场运行维护中存在的主要问题有：(1)对于兆瓦级以上风机制造技术，国内大部分整机制造厂家走的是购买国外许可证在国内进行组装牛产的技术路线，关键零部件技术仍然掌握在国外企业中，这使得质保期过后，维修费用昂贵；(2)目前大部分风电场对于风电机组的故障诊断与维修，采取的是“事后检修”和“有计划的预防检修”的传统方式，这种方式效率低、维修周期长，造成人力物力财力的巨大浪费；(3)风电场设备零

4、部件涉及门类广，价格高，并加之对设备状态性能没有长期历史数据的积累与分析，难以保证备有足够的检修材料与备品备件，影响设备的及时维护和检修。1.3国内外状态监测及故障预警产品0前国内外已有部分针对人型风电机组的监测系统产品。例如通用电气公司的BentlyNevada系统；Pruftechnik公司的VIBXPERTFFT数据采集与信号分析仪和VIBROWEBXP诊断型的在线状态监测系统;德国SCHENCKVIBROGMBH公司的VIBRO-IC；SKF公司的SKFWindCon系统等。国内的产品主要有：西北工业大学旋转机械与风能装置测控研究所的CAMD-6100；东方振动和噪声技术研究所的DA

5、SP系统；金风科技公司的风电机组在线监测系统；北京唐智1科技有限公司的JK07460风力发电机传动系统故障诊断装置等。表1列举了国内外部分风电机组状态监测产品进行参数对照。目前的风电监测产品不仅具备传统设备的在线监测功能，还具有故障诊断和故障风险评估的功能，实现设备的早期故障预警，克服了传统监测设备只能在设备出现明显问题才发出警报的缺陷，另一方面，监测系统采用分布式的监控，降低了对系统通信和数据处理能力的要求，解决了传统监测系统“单点依靠”的问题，使得系统更适应海上风电场机组分布范围广、环境条件差的特点。使用这种监测系统能够更准确地发现故障源，大幅度地降低故障发生率，为设备的维修和备用设备的

6、供给提供了时间。表1国内外部分风电设备状态监测及故障检测产品参数对照表2•工程应用2.1工程概况以国内某海上风电场为例。该风电场场区内海底地貌形态简单，水下地形较平坦，海底泥面标高一般为-5m--15m,属于近海风电场。海域面积约45km2,共布置66台3MW的风机，总装机容量为198MWo66台风力发电机组经机组平台上变压器升压后，通过8冋35kV三芯海底集电电缆组成联合单元接入升压站，经升压后由2冋llOkV三芯海底电缆送出并通过陆上集控中心接入对侧llOkV变电站。工程建设示意如图1所示。图1国内某海上风电场示意图2.2建设目标状态监测及故障预警系统是该海上风电场成为智1能化海上风电场

7、的重要组成部分，其基本目标是为该海上风电场的安全运行提供保障。具体达到如下几方面：1.延长定期检修间隔；2.减少检修耗时，降低检修费用，减少检修风险，提高检修精准度；3.设备处于健康可控状态，对各种异常或故障做岀诊断，进行趋势评估，提供充足的预警期；4.提高设备的可靠性和可用率，增加发电能力，提高经济效益；5.改善风电场运行性能，延长设备寿命周期；6.通过性能评价，为优化设计、制造、安全经济运行及以后的工程设