锐源风能武海川：在运机组不同时期的技改定制化需求
东方风力发电网 2020年10月16日 524
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，锐源风能技术有限公司电气设计总监武海川发表《在运机组不同时期的技改定制化需求》主题演讲。 以下为发言实录： 武海川：大家好，很高兴大家在这个平台共享我们一些改造的经验，在役机组优化的交流。首先2019年中国风电新增的并网容量达到2579万千瓦，至今总装机容量13万机组，是世界第一，但是随着风机这几年累积的运行，运行过程中的风电设备的运行维护和之前早期的设计缺陷也会逐步体现。风力发电机组包含多个学科和专业，同时风电机组结构比较复杂，载荷变化比较频繁，运行环境恶劣，针对这些不利因素，对后期的运行维护是提出了很高的。借着风能展的机会，锐源公司在此提出在役机组安全稳定、提供增效和设备延寿三方面，给大家提供需求升级质量的思路抛砖引玉，供大家讨论研究。首先我们先关注的是风机安全稳定运行的问题，如何减少杜绝风电、火灾、倒塔安全事故，始终是我们不能回避的问题，因为早期出厂的风电产品，由于当时受设计理念的原因、设计水平的影响，普遍存在一些安全隐患，需要我们后期进行相应的技改优化。 先谈一下并网回路，风电机组主要的一个火灾隐患点就是变频器系统和电网回路，现在主流绝大部分机型都是用并网接触器作为并网开关使用，但是并网接触器用并网开发使用会造成一个问题，在分装大电流的时候电网接触器并不好很好执行这种动作，很有可能会造成并网接触器的粘连，并网接触器一粘连，会造成首先是变流器的损坏、爆炸，很有可能也会引起风机整体的火灾，这个是很严重的问题，所以我们针对这个问题提出的建议是，使用断路器，不管风机自主配备了断路器，或者可以使用业主方低压断路器配合使用，在分端大电流的时候使用接触器进行动作，在小电流脱网使用电流接触器，也可以结合主控，来执行不同的动作，这样把整体的脱网过程进行分类，这样才能更好的实现接触器和断路器整体执行的功能，这样也能极大的降低风机的安全隐患。第二个后备电源的改造，像铅酸电池和超级电池优缺点大家都很了解了。主要就是针对后备电源的安全性，如果后备电源不可靠，很可能造成风机的飞车，使用超级电容又能节约人力、维护成本，同时因为寿命很长，咱们也不用频繁对它进行维护，也不用很担心它的故障，因为超级电容正常故障是很容易发现。所以我们建议在风机寿命的前中期的机型，针对后备电源的超容技改还是非常有必要的。 下面是大家比较关注的火灾，已经出现安全事故，如何把它尽量消灭在最初的阶段，这样也能减少咱们整体的损失。风电火灾主要有几个特点，一个是隐患点比较多，类型比较复杂，隐蔽性比较强，而且安全可靠性普遍处于高空位置，基本起火之后无法进行有效的扑灭，所以为了更好的解决这个隐患，已经失火防止事态扩大，正常建议使用无缘自动消防系统和有缘自动消防系统，所有风机都有视频系统或者有一些探测的仪器核装置，针对有隐患的地方或者说认为可能会产生问题的可以直接在远端控制消防系统，直接启动。然后是轮毂防超速的自回桨技术，如果说变桨系统已经不受控了，或者电源损坏了，主控系统又无法接入，主控系统对变桨整体信号如果无法控制，咱们该怎么把它解决掉，我们提的建议最主要就是增加单独的测速系统，在轮毂内部，在变桨电容器近端增加轮毂转速整体的测量，使用单独控制器与PLC隔开，直接给到变桨的信号，针对后备电源还是对它进行超级电容改造，把后备电源安装在轮毂内部，防止由于滑环损坏引起后备电源无法供电或者说PLC主控信号无法传输给变桨系统，这样能最大保证机组的轮毂超速的安全性。然后是防飞车自动应急偏航系统，当机组已经出现飞车情况了怎么办？主流的就是可以用主控来控制机组在超速情况下自动偏航，我们锐源公司提的建议是，适当的把这套控制系统与原来的主控系统隔离开，咱们可以配合使用，原来的主控系统也可以加一套逻辑，也可以加一套后备的系统，并不复杂，就是加一个轮毂转速的测量，加一个风向的监测，然后在加一套配合主控控制逻辑，如果机械刹车已经完全失效情况下，可以使它正常来进行偏航，而且这种功能可以实现远端的控制，相当于一套备用的应急偏航系统。 下面我们来交流一下增功提效果的技改方案，“十三五”初期我国弃风限电形势比较严峻，但是经过“十三五”中期我国出台多个政策对风电消纳，极大的改变了这个弃风限电的情况，但是减少弃风限电，下一步就是怎么把机组潜力提升到最大，让发电量提升到一个更认可的高度。首先我们建议第一项是一个叶片更换，尤其是很早期的一些机组，整体的机型设计的时候比较保守，也有可能在平风区的时候，咱们认为它是二类风机，其实是一类，评的比较保守，造成了机型选择是偏保守的，可以直接把原来的叶片更换成直径更大的叶片，这样能显著增加发电量的比例，而且这种方式又易于安全性评估，因为正常替换的叶片都是有实际机型的，缺点是成本相对高一些。这是我们锐源在1.5兆瓦改成82形，大家可以看到效果是非常明显。针对市场增功提效的功能，我们公司还提出了一个要求，也是更换叶片，升级变桨系统，把控制系统同时升级，这样能尽最大的可能性来提升风机整体的发电量。叶尖延长刚才几位嘉宾都提到了，就是把叶尖稍微截掉一部分，针对当地风区载荷计算，针对单机组进行延长。这个也是我们锐源机组做的77机型叶片延长，总体延长了大概2.5米，提升大概能在10%以上，而且这种叶片延长在风资源不好的公司基础上改造效果是最明显的，年平均风速越低，在低风速段提升比例越大。下一个是叶尖小翼，主要是针对已经接近最优设计的机型，咱们就没有必要再给它进行更换叶片，因为更换叶片成功就高，就不会有明显的提升。这个是我们自己改造的一个案例，如果年平均风速大概在6.5米的时候，基本能提升10%左右，如果在5米左右基本提升10%以上。主控策略的匹配，任何叶片改造之后不改主控程序都是比较有安全隐患的，叶片技改后由于叶片特性、载荷等参数发生改变，主控程序与技改的叶片相适应，技改程序还可以搭配进行优化转矩的算法，或者变桨的优化，风向偏差校正，也可以进行软改，大概能提升1%到3%的电量。 最后我们关注一下设备延寿解决的思路，根据中国风电后市场发展报告数据显示，现在整体的5年以上的机组大概在9686万千瓦，占总并网量46.1%，并网10年的机组1760万千瓦，这个总的容量是很大的，而且随着运行年限的不断增加，基数会越来越大，所以针对老旧设备机组延寿也是很重要的课题。首先是变频器，作为主要的功率期间，随着运行时间的增常，模块是逐渐老化，针对这种不稳定的变频器进行整体的优化、整体替换，或者说进行控制优化，或者整体硬件替换，应该是很有必要的，针对变频器故障频繁的机组，如果进行这种优化，对咱们整体可利用率、故障降低率、方案提升都是有很明显的效果，而且还能降低现场整体备件的压力。第二个就是老旧的控制系统的问题，一个早期的老旧控制系统有三方面，一个是之前的处理器都比较差，在运行大程序的时候，很有可能会造成PLC死机，整体机组稳定性会差，早期机型PLC比较有限，也不可能对它进行大规模程序升级，因为它的存储根本就存不下那么复杂的程序。第三个有一些器件已经停产了，咱们已经没有备件可以再买，只能买一些后期维修的部件，这种部件对整体的可靠性也是很有影响的。为了解决这个问题，咱们就应该对主控系统进行整体的升级，通过锐源的经验，把原来1.5兆瓦机型更换为巴哈曼机型之后，整体风电场运行情况大范围提升，故障率大幅降低，发电量经过程序的优化也会有明显的提高，而且锐源还针对国产化的需求，已经开发出了一套真正的国产化的一套PLC系统，有兴趣的可以跟我们联系一下，咱们一块沟通开发。随着风电机组运行时间增常，柜台内容器件老化问题也是比较严重的，甚至控制柜温度无法控制，这样就造成本来已经老化的器件本身发热量变大，现在热量无法正常排除，会造成柜内温度急剧增加，又反过来继续造成电器元件更严重寿命的下降，针对这种问题单纯使用加一些风扇、通风口，首先这种方式是破坏风机整机，另外设计风量会很好，你加一个滤棉以后，用不了十天半个月就会堵塞，或者风量急剧降低，这种改造方式并不好。锐源公司推荐的方案是直接使用柜门空调，相当于内外循环方式是独立，整体散热功率也是很明显可控的。 随着国产风电配套厂家零部件的设计和生产能力的提升，整体国产器件可靠性也是越来越高，针对国产化器件替代，也可以降低后期风场运维的成本，正常厂家的后期服务的时效性也会比一些国外的厂家要好，比如损坏件分析或者现场有一些疑难问题需要专门的工程师去，相对来说服务会有一个提升，针对已经出质保现场的后期维护，这是一个很好的选择，以上就是我的演讲内容，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，锐源风能技术有限公司电气设计总监武海川发表《在运机组不同时期的技改定制化需求》主题演讲。 以下为发言实录： 武海川：大家好，很高兴大家在这个平台共享我们一些改造的经验，在役机组优化的交流。首先2019年中国风电新增的并网容量达到2579万千瓦，至今总装机容量13万机组，是世界第一，但是随着风机这几年累积的运行，运行过程中的风电设备的运行维护和之前早期的设计缺陷也会逐步体现。风力发电机组包含多个学科和专业，同时风电机组结构比较复杂，载荷变化比较频繁，运行环境恶劣，针对这些不利因素，对后期的运行维护是提出了很高的。借着风能展的机会，锐源公司在此提出在役机组安全稳定、提供增效和设备延寿三方面，给大家提供需求升级质量的思路抛砖引玉，供大家讨论研究。首先我们先关注的是风机安全稳定运行的问题，如何减少杜绝风电、火灾、倒塔安全事故，始终是我们不能回避的问题，因为早期出厂的风电产品，由于当时受设计理念的原因、设计水平的影响，普遍存在一些安全隐患，需要我们后期进行相应的技改优化。 先谈一下并网回路，风电机组主要的一个火灾隐患点就是变频器系统和电网回路，现在主流绝大部分机型都是用并网接触器作为并网开关使用，但是并网接触器用并网开发使用会造成一个问题，在分装大电流的时候电网接触器并不好很好执行这种动作，很有可能会造成并网接触器的粘连，并网接触器一粘连，会造成首先是变流器的损坏、爆炸，很有可能也会引起风机整体的火灾，这个是很严重的问题，所以我们针对这个问题提出的建议是，使用断路器，不管风机自主配备了断路器，或者可以使用业主方低压断路器配合使用，在分端大电流的时候使用接触器进行动作，在小电流脱网使用电流接触器，也可以结合主控，来执行不同的动作，这样把整体的脱网过程进行分类，这样才能更好的实现接触器和断路器整体执行的功能，这样也能极大的降低风机的安全隐患。第二个后备电源的改造，像铅酸电池和超级电池优缺点大家都很了解了。主要就是针对后备电源的安全性，如果后备电源不可靠，很可能造成风机的飞车，使用超级电容又能节约人力、维护成本，同时因为寿命很长，咱们也不用频繁对它进行维护，也不用很担心它的故障，因为超级电容正常故障是很容易发现。所以我们建议在风机寿命的前中期的机型，针对后备电源的超容技改还是非常有必要的。 下面是大家比较关注的火灾，已经出现安全事故，如何把它尽量消灭在最初的阶段，这样也能减少咱们整体的损失。风电火灾主要有几个特点，一个是隐患点比较多，类型比较复杂，隐蔽性比较强，而且安全可靠性普遍处于高空位置，基本起火之后无法进行有效的扑灭，所以为了更好的解决这个隐患，已经失火防止事态扩大，正常建议使用无缘自动消防系统和有缘自动消防系统，所有风机都有视频系统或者有一些探测的仪器核装置，针对有隐患的地方或者说认为可能会产生问题的可以直接在远端控制消防系统，直接启动。然后是轮毂防超速的自回桨技术，如果说变桨系统已经不受控了，或者电源损坏了，主控系统又无法接入，主控系统对变桨整体信号如果无法控制，咱们该怎么把它解决掉，我们提的建议最主要就是增加单独的测速系统，在轮毂内部，在变桨电容器近端增加轮毂转速整体的测量，使用单独控制器与PLC隔开，直接给到变桨的信号，针对后备电源还是对它进行超级电容改造，把后备电源安装在轮毂内部，防止由于滑环损坏引起后备电源无法供电或者说PLC主控信号无法传输给变桨系统，这样能最大保证机组的轮毂超速的安全性。然后是防飞车自动应急偏航系统，当机组已经出现飞车情况了怎么办？主流的就是可以用主控来控制机组在超速情况下自动偏航，我们锐源公司提的建议是，适当的把这套控制系统与原来的主控系统隔离开，咱们可以配合使用，原来的主控系统也可以加一套逻辑，也可以加一套后备的系统，并不复杂，就是加一个轮毂转速的测量，加一个风向的监测，然后在加一套配合主控控制逻辑，如果机械刹车已经完全失效情况下，可以使它正常来进行偏航，而且这种功能可以实现远端的控制，相当于一套备用的应急偏航系统。 下面我们来交流一下增功提效果的技改方案，“十三五”初期我国弃风限电形势比较严峻，但是经过“十三五”中期我国出台多个政策对风电消纳，极大的改变了这个弃风限电的情况，但是减少弃风限电，下一步就是怎么把机组潜力提升到最大，让发电量提升到一个更认可的高度。首先我们建议第一项是一个叶片更换，尤其是很早期的一些机组，整体的机型设计的时候比较保守，也有可能在平风区的时候，咱们认为它是二类风机，其实是一类，评的比较保守，造成了机型选择是偏保守的，可以直接把原来的叶片更换成直径更大的叶片，这样能显著增加发电量的比例，而且这种方式又易于安全性评估，因为正常替换的叶片都是有实际机型的，缺点是成本相对高一些。这是我们锐源在1.5兆瓦改成82形，大家可以看到效果是非常明显。针对市场增功提效的功能，我们公司还提出了一个要求，也是更换叶片，升级变桨系统，把控制系统同时升级，这样能尽最大的可能性来提升风机整体的发电量。叶尖延长刚才几位嘉宾都提到了，就是把叶尖稍微截掉一部分，针对当地风区载荷计算，针对单机组进行延长。这个也是我们锐源机组做的77机型叶片延长，总体延长了大概2.5米，提升大概能在10%以上，而且这种叶片延长在风资源不好的公司基础上改造效果是最明显的，年平均风速越低，在低风速段提升比例越大。下一个是叶尖小翼，主要是针对已经接近最优设计的机型，咱们就没有必要再给它进行更换叶片，因为更换叶片成功就高，就不会有明显的提升。这个是我们自己改造的一个案例，如果年平均风速大概在6.5米的时候，基本能提升10%左右，如果在5米左右基本提升10%以上。主控策略的匹配，任何叶片改造之后不改主控程序都是比较有安全隐患的，叶片技改后由于叶片特性、载荷等参数发生改变，主控程序与技改的叶片相适应，技改程序还可以搭配进行优化转矩的算法，或者变桨的优化，风向偏差校正，也可以进行软改，大概能提升1%到3%的电量。 最后我们关注一下设备延寿解决的思路，根据中国风电后市场发展报告数据显示，现在整体的5年以上的机组大概在9686万千瓦，占总并网量46.1%，并网10年的机组1760万千瓦，这个总的容量是很大的，而且随着运行年限的不断增加，基数会越来越大，所以针对老旧设备机组延寿也是很重要的课题。首先是变频器，作为主要的功率期间，随着运行时间的增常，模块是逐渐老化，针对这种不稳定的变频器进行整体的优化、整体替换，或者说进行控制优化，或者整体硬件替换，应该是很有必要的，针对变频器故障频繁的机组，如果进行这种优化，对咱们整体可利用率、故障降低率、方案提升都是有很明显的效果，而且还能降低现场整体备件的压力。第二个就是老旧的控制系统的问题，一个早期的老旧控制系统有三方面，一个是之前的处理器都比较差，在运行大程序的时候，很有可能会造成PLC死机，整体机组稳定性会差，早期机型PLC比较有限，也不可能对它进行大规模程序升级，因为它的存储根本就存不下那么复杂的程序。第三个有一些器件已经停产了，咱们已经没有备件可以再买，只能买一些后期维修的部件，这种部件对整体的可靠性也是很有影响的。为了解决这个问题，咱们就应该对主控系统进行整体的升级，通过锐源的经验，把原来1.5兆瓦机型更换为巴哈曼机型之后，整体风电场运行情况大范围提升，故障率大幅降低，发电量经过程序的优化也会有明显的提高，而且锐源还针对国产化的需求，已经开发出了一套真正的国产化的一套PLC系统，有兴趣的可以跟我们联系一下，咱们一块沟通开发。随着风电机组运行时间增常，柜台内容器件老化问题也是比较严重的，甚至控制柜温度无法控制，这样就造成本来已经老化的器件本身发热量变大，现在热量无法正常排除，会造成柜内温度急剧增加，又反过来继续造成电器元件更严重寿命的下降，针对这种问题单纯使用加一些风扇、通风口，首先这种方式是破坏风机整机，另外设计风量会很好，你加一个滤棉以后，用不了十天半个月就会堵塞，或者风量急剧降低，这种改造方式并不好。锐源公司推荐的方案是直接使用柜门空调，相当于内外循环方式是独立，整体散热功率也是很明显可控的。 随着国产风电配套厂家零部件的设计和生产能力的提升，整体国产器件可靠性也是越来越高，针对国产化器件替代，也可以降低后期风场运维的成本，正常厂家的后期服务的时效性也会比一些国外的厂家要好，比如损坏件分析或者现场有一些疑难问题需要专门的工程师去，相对来说服务会有一个提升，针对已经出质保现场的后期维护，这是一个很好的选择，以上就是我的演讲内容，谢谢大家。 （根据速记整理，未经本人审核）