海装风电刘兴莉：基于工程应用的风电机组可靠性技术

9月19日，由中国可再生能源学会风能专业委员会主办，中车株洲电力机车研究所有限公司承办，金风科技、远景能源、明阳智慧能源、海装风电、施耐德电气协办的“2019第三届中国风电设备质量与可靠性论坛”在株洲召开。

中国船舶重工集团海装风电股份有限公司高级工程师刘兴莉出席大会并发表了题为《基于工程应用的风电机组可靠性技术》的主旨演讲。以下为发言全文：

刘兴莉：各位领导，各位专家下午好，很荣幸今天有机会在这里和大家共同分享一下，我们风电基础的可靠性应用工程技术，今天我的报告分为四个方面，可靠性概述，全生命周期的可靠性布局，以及最优可靠性技术，还有可靠性指标体系，和可靠性工作规范。首先我们来回顾一下可靠性和可靠性工程的概念，相信大家对这块，应该都是比较熟悉的，我们的可靠性指的是我们产品在规定的条件下和规定的时间内，完成我们赋予它的一个固定功能的这样一个能力，在我们风电基础、风电设备这块，我们经常用到平均，无故障工作时间，MTBF，MTTR等这些来衡量我们风电基础可靠性水平的情况，可靠性工程为了达到产品可靠性要求，所进行一系列的技术活动和管理活动，我们平常提到的可靠性管理，可靠性设计分析，试验评价这些，都是属于我们可靠性活动的范畴。说到底，我们可靠性工程它其实是一项与我们基础故障做斗争的一门科学，它的实质主要是研究我们基础故障的发生、发展，在故障发生后，我们如何能够快速的诊断，快速的修理，还有我们给它提供怎么样的一个保障措施，能够预防我们故障的发生，直到我们能够根本性的消除我们故障的这样一个规律，用通俗的话来讲，我们可靠性其实就是一个防病和治病的一个过程，和医学上面与疾病做斗争颇有一些相似之处。

国均标体系上，把可靠性工作项目，整个生命周期可靠性工作项目，做了划分，分成五个系列，其中有可靠性工作项目的确定，可靠性管理，可靠性设计与分析，可靠性事业评价，以及可靠性现场评价和改进，这样五个方面，把它归纳起来，一共有32个工作项目。风电机组对于这么多可靠性的工作项目，我们应该怎样来着手开展呢？首先我们要明确可靠性工作目标，针对风电设备来说，我们住是以低度电成本和基础高可靠性为目标，要围绕着高利用率以及低风险，来开展机组功性能的设计。我们风电机组的高可靠性目标，要求成本低，然后维护时间短，利用率高，然后我们还要有相应的保障措施，还有安全方面的一些要求。我们主要是通过与知名厂家的合作，以及完善的企业管理模式，还包括我们一个完整的产业链等这些方面的一个举措，首先是要保证到我们零部件的可靠性，还有我们在企业经营管理上面的可靠性，以及整个产业链条上零部件的高可靠性，通过这样的举措，以此来实现整机高可靠性的目标。

另外我们可靠性要搭建的工作流程，主要是以机组可靠性信息为基础，来搭建可靠性工作流程，首先以需求为输入，首先要抓上游，我们将需求转化为可靠性要求，并以此要提出我们风电机组可靠性的设计目标，然后再在可靠性管理的这样一个综合下面，围绕着我们的可靠性设计与分析，可靠性试验与评价，以及我们风场现场的一个运位平布与改进，这样来做可靠性的工作。

我们风电机组可靠性流程，主要是以一个时间轴来进行搭建，并且要在每一个阶段设置相应的可靠性工作，把它纳入到我们日常基础设计、生产以及维护过程中来，协同开展。比如我们在设计环节，主要就是采用DFMEA、FTA、有限原分析等等这些工具，对我们现有的设计进行优化，在测试验证的环节，主要在前面可靠性设计与分析基础上，我们优化现有测试的验证技术，开展环境试验，EMC试验、强化试验，以及可靠性指标试验等等，来确保测试验证的可靠性。在生产制造环节，主要是开展Pfmea，过程能力控制，测量系统维护和分析以及环境应力筛选，通过这些举措，来识别我们在过程当中的高风险项，实现我们生产的一致性，来剔除我们在生产过程当中的一些早期故障，保障我们在设计中，能够在生产阶段完美的实现。到了我们安装运行环节，主要就是利用我们现场大量的可靠性数据信息，采用一些数据挖掘的手段，来分析我们机组的维修数据，以及寿命数据，通过这些数据分析的结果，来实现我们定维策略的优化，以及我们备品备件的优化。

接下来和大家分享一下我们在实际应用中的一些经验和体会，首先就是开展FRACAS工作，我们通过搭建发现故障到根本原因分析，选择纠正措施，实施纠正措施，以及到预防再发生，搭建这样一个闭环的流程，在这个FRACAS闭环流程体系下，我们采用PFMEA，FTA等这些工具，来进行故障的分析，追本穷源，发现故障机理，然后进行改进，做到技术归零，管理归零和更改到位。其中在技术归零方面，主要是要做到故障定位要准确，故障机理分析要清楚，然后能够实现故障复现，然后提出的措施要有效，然后要能够针对我们分析的情况进行举一反三。管理方面，要保证分析的过程清楚，责任明确，措施落实，然后还要有相应的规章制度。更改到位主要是要做到，我们的故障件、装机件、库存件，还有配套工艺资料以及配套设施、更改措施这些都要落实到位。

我们在做风电机组可靠性增长提升的时候，我们建议找出机组可靠性最薄弱的环节，来实施可靠性增长提升。大家可以看一下上面的这个数据示例，比如我们系统当中，目前的四个部件，它的可靠度分别为0.9、.095和0.98、0.99，目前系统的可靠度是0.83，如果我们选择对部件二实施可靠性增长提升，部件二目前的可靠度是0.99，我们采取措施以后，将它的性能提高到0.99，这样我们系统的可靠度能够达到0.86。

第二种如果选择可靠性最差的部件一，来实施我们的增长提升，把可靠度提升到0.99，那么我们这个系统就可以提升到0.91，从这个数据上面，大家可以看出，我们在做增长提升的话，如果选择的是最薄弱环节来实施的话，那么整体可靠性提升水平是最佳的。

另一方面冗余设计，比如说传感器的问题，在实施冗余之前，传感器故障经过以前的统计，占到了风电电气类故障的40%以上，实际上传感器的价值，一台风机所有传感器的价值，加起来仅仅为整机的1%不到，针对这种故障率高，可以采取冗余设计，通过冗余以后，可以非常有效降低故障率，提高整机的可靠性水平。

另外，发电系统的重构技术，发电机采用双星型、无相差结构，两套绕组独立，同时变流器也把它分为两套，如果我们其中的一套发生故障的时候，我们可以重新重购一个系统，来保障我们能够部分运行，减少整机的停机时间。

再补充一下，我们在做冗余设计的时候，我们建议从最底层做起，大家看一下左边的数据示例，假设我们一个单元里面，有两个零部件，目前我们假设部件A和B，它的可靠度目前都为0.9，那么单元的可靠度就为0.81，我们现在对它采取冗余设计，第一种方法，就是我们对这个单元整体来实施冗余，然后我们采取冗余设计以后，我们单元的可靠度，就提升到了0.9639。第二种方法，就是我们对零件A和B，分别实施冗余，然后这种方法，就是我们采取以后，我们这个单元的可靠度，是提升到了0.9801，从这个数据结果上面，大家可以明显的看出，我们采取冗余设计，是可以非常显著的提升，我们单元的可靠性。然后再进一步比较，我们在相同成本的前提下，如果我们从零部件做起，我们可靠性的提升是最优的。

还有一个方面，我们将故障的恢复，以及容忍故障的能力引入到我们风电系统的设计当中，这项设计可以维护我们几组的停修维护时间，比如说我们前面提到冗余解析，就可以在人工远程操作的情况下实现切换，还有我们刚刚前面提到的重构技术，当部分发生故障的时候，我们可以人为失效掉部分有问题的部件，重新构建一个可正常运行的系统。

另外一个举措，我们通过全产业链的一个可靠性的保障，来保障整个风电机组的可靠性，我们在这块主要采取的是技术同源，产品同线的设计理念，我们主要依托中船重工在船舶军工方面这样一个成熟的设计理念，我们将它成熟的设计理念和生产经验，引入到我们风电设计研发上面，保证风电设计研发的水平。

最后和大家分享一下，我们除了在持续开展可靠性改进优化和升级以外，我们另外可以做的工作，就是我们建立风电基础可靠性指标体系，以及建立可靠性工作规范。可靠性指标体系的建立，主要是在故障判定确立的前提下，根据综合考虑，市场的需求，市场的现状，提出一个可靠性指标体系，也明确我们验收要求。搭建可靠性指标体系以后，我们可以在明确故障判定下，我们故障机组平均维护时间，应该达到一个什么样的维护水平。也为风场验收，提供一个明确的指标参考。

企业可靠性工作规范可以从四个方面来考虑，就是可靠性的总规范，管理规范，设计分析规范，以及试验评估规范，其中可靠性总规范，是属于总纲，它规范了我们可靠性工作的一些主体工作内容，其他的几个规范，是对总规范的一个补充和细化，我们在开展具体可靠性工作的时候，我们要根据可靠性，以及我们所具备的条件，然后按照现有的产品，来设计我们的五可靠性工作流程，并且要与我们可靠性工作流程保持协调同步。俗话说，没有规矩不成方圆，我们建立可靠性规范，可以助力风电基础可靠性稳步提升。

（标题为编者所加，文字未经发言嘉宾本人审阅。）