主题发言

杨明明:风电叶片智慧运维及增功提效技术研究

2020-11-09    东方风力发电网


杨明明:好的,非常荣幸在这里能给大家一起做技术分享。今天这个论坛我觉得特别好,我也是第一次参加我们这个叶片的技术论坛,今天的收获也比较大,听了一天大家也比较累了。

  大家知道这个叶片其实是非常重要的一个部件,我本人做了十几年的整机设计,整机设计里面最重要的三个专业,其中一个就是叶片控制和载荷,在总体设计里面,这三个专业是先行的,也就是说最后这个机组的发电效率,它能带来多大的发电产出以及成本是不是最优,叶片非常的关键,它的设计、技术水平,包括后端的它的运行,它的运维是否恰当,运营状态是否良好,都关系到我们这个整机的捕风性是否最优,甚至在一定程度上还关系到我们整个风电场的发电收益。所以我说我们叶片的技术包括后端的运维技术非常的重要,所以这种论坛我们以后要多做。

  今天我们协和新能源其实也是一个业主单位,我们协和运维是管理着协和新能源的所有的厂站和风机的运行维护,同时还承接着外部客户的一些电站和风机的一些运维,包括技改数字化的服务。所以今天我跟大家分享一下我们如何做好叶片的运维,如何做好风电场的增功提效。我今天演讲的题目是《数据驱动叶片运维及增功模式的新思考》。

  给大家的分享主要分为三个部分,第一个是叶片运维模式,第二个是风电场的增效模式新思考,第三个是把我们公司给大家做一个简单的介绍,我们未来还要加强合作,一起把我们的后市场做好。

  首先看一下数据驱动的叶片运维模式。前面很多的专家也讲了很多我们叶片运行过程中发生的各种问题、事故,这个里面我做了一个简单的总结。叶片运维现状目前存在着诸多的问题,它主要归为三个主要的大类。第一个其实很多运维的针对性不够,它很多都是固化的,包括以前一些比较老的厂家,它的一套运维方案适用很多的机型,包括它在很多地区。我们刚才讲的比如说雷暴地区、台风各种环境地区,它的运维一定要做针对性的运维,所以这个里面的适应性比较差一些,过度以来运维人员。

  运维人员的水平确实是参差不齐,做运维的厂家小团队也都特别多,所以说这一块儿还不是很规范,以及运维的一些标准随意性比较大,有一些运维不够专业,也不够深入。包括我们现在的运维基本上都是事后的维护,就是出了问题我去解决它,大部分出现了问题都酿成了重大的损失或者是严重的事故,然后我们才去处理。比如刚才我们很多专家讲的它不能再维修了,它只能更换了,这个带来的损失很大,甚至可能还会产生一些事故,对吧?其实刚才我们也已经讲到了,要做预防性的维修,而不要做事后的维修,所以这是运维我们后期要去做好的。

  技改这一块儿,包括增功提效,包括未来做延寿等等的场景下,技改其实目前也是比较乱的,管理上比较乱一些,也不够系统,很多的评估也不够系统。它是不是做了整个的安全评估,尤其是增效的,刚才我说的叶片只要做一些改动,那么控制策略,包括后端的运维都要做差异化的匹配,甚至你做了一些技改之后,你的运维策略是不是需要更新迭代,这个都需要去研究。

  这个里面我们就提出了以数据分析为先导,做定制化运维,以检代修,做一些定制化的巡检、检修,来去降低我们这个维修的频次。技改这一块儿要做定量的技改,就是说哪些技改要做,做到什么程度能带来比较好的收益,一定要算一个经济化的账,那些工作要先做。同时辅助一些大数据的平台,包括一些信息化的手段,和我们远程的专家的支持,把我们定制化的方案落到实际的运维工作中,同时要进行周期性的持续的迭代,这是我们提出的数据驱动的叶片的运维模式。这个在我们很多运维厂站都进行了推广,把它形成了标准化的作业流程,以及我们的运维的制度会在不同的厂站做一些差异化的调整。

  这是我们协和自己的大数据平台,把我们运营的厂站的运行数据接入云端,依托我们这个资产管理平台,我们把过程管理的数据也接进来,把这几个系统进行打通,和我们大数据平台做一些预警或者是一些工单的推送,在我们资产管理系统当中对人员形成一个智能终端,形成一个闭环。包括我们的监控,一些移动监控,一些智能巡检的平台,最终这些系统一定要联动起来,也就是说你所有发现的缺陷,一定要和最后的运维管理结合起来,最终是要落地形成闭环,这是我们一直强调的运维落地。

  大数据平台,我们现在可以发现一些低效的厂站,包括低效的机组,依托我们这个专家的分析,我们去深耕低效机组的问题是在什么地方,是什么原因导致的,或者说是多种原因综合导致的,然后提出一些系统化的解决方案,这是我们一直致力于做的事情。

  在这里举几个例子,就是和叶片相关的例子。比如说我们管理厂站发现机组振动偏大,但是它并没有停机,因为它还没有达到振动过大的限制。正常的常规的运维其实是不管这种状态的,因为它没有故障停机,还在正常运行。但是我们发现这个问题以后我们就要进行分析,我们启动一些专家分析,对它的特征进行分析。我们发现这个机组的倍频比较突出,大家知道这是不平衡的情况,不平衡的原因有很多,叶片本身有问题,控制策略有问题,包括轴承偏斜、装配问题,都会导致不平衡。我们也建立了运维智库,我们会对所有的故障进行一层层的分析,结合着实时运行数据,我们最终定性为叶片有问题,然后根据分析结构推送到现场,现场接收到之后,就要做一次有针对性的巡检,因为发现有问题了。我们发现单个叶片存在气片变形的问题,通过高倍的摄像分析,这个比较严重了,是属于鼓包的情况,然后制定维修方案。在这里我强调的是维修之后一定要再进行数据分析的迭代,你之前发现的这些问题,这些异常的特征是不是已经消除。叶片在做完维修或者是更换之后,一定要对原损坏的叶片进行追踪分析,是什么原因,设计问题,载荷余量不够,还是质量问题,还是运维的不恰当,或者说环境的特殊情况导致的,这个一定要有一个结论。通过这些结论,你如果是批量的问题,你这个整场都要和这次一样,都要做整场的排查,要把特殊巡检做成标准化的动作。这个就是用我们的策略做针对性的运维,这是一个例子,就是通过一次巡检最后对它进行针对性的排查,杜绝重大问题的发生。

  这个是控制策略异常的识别,大家知道叶片的很多问题除了它本身之外,其实很多是和控制策略相关的,因为很多风机,尤其是老的风机,它的控制策略并没有和叶片或者风资源做定制化的设计,所以它甚至是一个机型一套控制策略,它在复杂地形地区会出现一些问题。

  我们管理的场站就出现一个例子,出现发电机震荡的故障,比较频繁,刚才那个是没有报故障,这个是机组频繁性的有故障。那么要进行针对性的排查,这个发电机震荡是什么原因导致的,通过数据分析,转速的震荡非常的大,也就是说发电机转速的震荡导致了叶片的损伤。然后这个里面就要启动一些专家的分析,为什么这个转速会震荡,是控制策略设计有问题,还是现场的风资源条件发生了变化,或者是控制策略和叶片出现一些耦合的问题,这个还借助一些仿真的工具平台去定位。最终的主要原因是控制策略有问题,通过仿真去优化这个控制策略之后,我们就发现这个转速震荡明显降了下来。然后发现这个叶片的面积阻尼偏小,这个控制策略就是增加一下这个面积的阻尼,所以控制策略也会影响我们叶片的振动或者说运行状况。在这里我给大家举这个例子,就是要引起大家未来的关注。

  这个是我们管理场站的一个非常的案例,它是叶片结冰,我们发现这个机组在使用过程中有性能下降的情况,就是说叶片的捕风性能下降了,原因有很多,最主要的可能就是叶片有问题,振动发现也偏大,就是趋势有变化。但是我刚才说了,它还没有报故障,对吧?因为只是有趋势,有变大的趋势振动,不会出现下降的趋势。但是我们要做一些针对性的确定这个问题,通过我们的巡视发现这个台机组比较严重了,塔筒上有扫痕,这个扫痕是什么导致的呢?叶尖也有一些轻微的损伤,首先的动作就是远程停机,要把这个损失降低到最小,因为它没有自动停机,避免一些重大损失,然后要启动专家分析。首先我们确定了偏航的位置,然后确定在那个时刻是正好吻合的,也就是说这次事故主要是叶片扫塔导致的。为什么会扫塔呢?通过它的温度和适度等等的组合分析,这个叶片有很大的结冰的分析。同时发现这个机组频繁启停机,机位的湍流强度非常大,风速在两米到二十米之间波动,就是有频繁启停机的情况。然后它的控制保护也有故障,像打塔的振动其实应该有瞬间大的情况,它也没有报故障停机,所以它的保护也不当。同时,我们右下角这张图,它其实叠加了一个极端的阵风,在我们载荷工况里这是一个极限工况。也就是说这个案例恰恰是我们发现的一个和极限工况非常接近的一个例子,这个就说明极限工况其实离我们并不遥远,在诸多的问题的叠加情况下,我们叶片的受载是大大加大了,它的损伤包括结冰之后,包括打塔等等这种情况都会发生。

  针对这些情况,关于结冰,我们一定要关注结冰的风险,我们制定了自己的关于结冰预警的一些策略去指导运维。刚才我们上午的专家也介绍了,说有一些情况一停就停一大片,说有一台结冰了,其他风机都停了,对吧?其实结冰的处理有轻微结冰,有比较大的结冰,轻微的其实保险期间可以做一些限功率的措施,然后到一定的程度可以做一些分批次去停机,这个里面可以结合着机组的振动、温度、湿度等综合因素,去制定自己的运维策略。这样的话,很大程度上会防止刚才说的一停停一大片,刚才龙源集团说一年结冰损失1.5亿度电,损失非常大。所以这一块儿让业主多发电,同时还能规避风险,我们是这个策略。同时还要辅助一些技术手段,比如说结冰的预警,或者是针对性检测也要有一些检测手段,必要的也要进行一定的研究。

  最后包括刚才说的控制策略有问题,它频繁启停机,包括保护的策略出现一些问题,一定要在现场做定制化的设计,把这个问题规避掉。所以这是一个比较复杂的系统案例,也就是说很多问题导致它是一个多因素叠加的结果,我们每个环节都要分析到位,系统的去解决这个问题,最后你就可以回避这个问题,我们这个场站运行都是非常稳定的,但是每年的结冰期,我们都让他们一定要严格按照标准化操作来进行运维。

  关于叶片的雷击,我们对这个初步的情况都会有一个初步的认识,包括雷击结果的区域,一定要制定定制的策略,不能和常规的电站一样去进行管理。是不是需要特殊巡视,巡视的周期是不是要密一些?是不是需要上一些无人机的手段,包括结冰道路不可达的时候是不是需要无人机?这些不同的条件下,它的应用场景和需求有关,主要是及时发现一些问题。比如说图里面属于雷击的损伤,这种情况应该是可以修复,但是如果没有及时的发现,它可能会形成一个不可修复的重大损失。所以说做这种定制的运维,会在很大程度上去挽回重大的损失或者是事故。所以刚才说了运维市场现在还不是很标准,未来我们一定要做标准化、定制化的管理。

  像增功提效方面,大家提的比较多,无论是加长的还是小翼之类的,它从设计上从实际中是可以提升效率,但是这里我想说的是我们一定要进行全面的评估,而且准确的量化我们这个技改的投入产出比是多少,要结合着我们的电价等等的综合因素,来充分的评估我们的技改,要形成一个系统的方案。而且一个风电场,如果说它问题非常的突出,那么这个增功提效并不是很迫切,迫切的应该是先给它治病,再让它活的更好,所以这个是有先有后的。

  其实运维大概有三大类的关键点,第一点就是通过运维保养,使我们机组的叶片能保持正常安全的运行,也就是说和我们设计之初的要求能够吻合,通过我们的监控、巡检以及缺陷的处理、定期的检修这些工作,检查监测这些工作,让我们机组和设计之初的要求能够比较吻合。

  第二大类就是通过我们的运维,去弥补一些设计上还有缺陷或者是制造工艺上有缺陷,以及老化的有缺陷的治理,也就是说它还没有到不可医的程度,他是一个缺陷。那么你就要制定一些针对性的措施,把它处理掉。比如说我们做一些针对性的巡检、定检等标准化的工作,甚至做一些深度的保养维护,或者刚才说的我们预防性的维修,在及时发现这些小的缺陷之后,及时的去修补,这是对叶片来说的。对整机来说它的缺陷就更多了,各种电控类的非常的多,很多元器的寿命可能就是八到十年,设计是按照二十年,它还没有彻底的坏,也就是说接触不良,你正常的测试还能通过,价格又不高,完全可以做预防性的更换,几十块钱的一个东西,对吧?它一影响就会影响停机,而且又复位不掉,或者是复位了又爆出来,所以我们就是要提出预防性的维修,把便宜的东西,算过账之后,直接把它换了,就是在它的寿命之内。

  第三大类就是通过定制化的一些运维,保证叶片和我们的环境更加匹配。刚才我们介绍的非常多了,最重要的是风资源要匹配,超出设计标准了,现在的余量越来越小,如果没有做定制化的设计,那可能这个余量就不够了,对吧?还要进行充分的评估,你的运营数据,是不是和你之前设计的发生了变化。还有一些有较大余量,以老旧风机为主,风资源机型比较小,它有很大的提效的空间,在这里我们就是要做充分的评估,去算一个精细化的账。以及低温、风沙、台风等等因素,一定要做针对性的策略,每一项都要去认真的研究,甚至有一些问题是多个因素组合起来的,那么你在运维的话,把他们都要考虑到,甚至说每一个场都不一样。

  定制化方案其实有很多,这里列了一些,我们一般来说,一个风电场投入运营之后,它的运维费管理是很严格的,它的技改费用也是受到控制的。先干什么,干什么收益高,这些是需要决策的,哪些可以先不干,这个里面就是有一个顺序的约束,以最小的成本带来更大的收益。

  每一个场站的问题都不一样,有的问题是故障率高,你可能通过标准化的检修,一些深度的维护保养,可以解决绝大部分的故障,就先干这个。有一些故障率非常低,没有什么故障,你可以说我看看增功提效或者说一些新的技术,或者是针对性的做一些工作,这个一定要做到定量的充分的数据分析。

  第二个部分,我给大家分析一下我们风电场增功的模式。增功模式的核心是提升发电量,它的影响因素一个是外部的因素,一个是我们设备本身,还有是人管理的因素,还有电网的因素。这些众多的因素都要充分考虑,最重要形成一套组合的管理方案,然后对整个风电场做一个标准化的管理。

  这个里面就是形成标准化又是定制化的管理模式,我们的管理场站一般的思路流程就是入场之后我们要进行入场的体检、历史数据的分析,包括辅助一些检测手段,对我们的整机和大部件做一个鉴定,发现这些问题之后,现场人员去制定这些定制化的运维方案。比如说这个地方某一个故障比较高,某一些机组故障比较高,那么在定检的排序、定检项目中,你可以加入一些针对性的项,出一些策略,是不是可以降低这个故障。而不是做一些主机厂给的标准化的模板,一板一眼的去做,所以这一块儿一定要有重点。

  方案最后要执行好落地,要有标准化的方案,之后要有标准化的管理和过程的追踪,辅助我们的资产管理,把运维人员每一个过程都要进行记录,后台可查。包括指标的自动计算,管理之后,比如说一个月之后,这个指标是不是有提升,故障率是不是有下降,等效的发电量是不是有提升,需要做月度的总结,如果有问题再去制定方案、更新方案再进行迭代,年度再进行总结。经过一年之后,整个场站的治理肯定会更好,尤其是这种问题比较多的这种场站。

  叶片也是一样的,叶片之初你要进行器件分析,管理的场站有哪些问题,它历史上有哪些问题,它现在还有什么问题,数据上有哪些异常的因素,都要建立台帐,都要进行追踪,要定期进行比对管理。

  下面我分享一个例子,就是我们管理的一个厂站,我们通过定制化、信息化的运维,然后它原来发现小时度非常低,在区域排名对比中垫底。经过我们数据驱动量化这个问题,它的问题主要在哪些地方损失电量了。我们先干什么,后干什么,它的排序就出来了,然后每一个动作会挽回多少损失,这个是一个初步方案,制定方案之后我们去执行。然后再通过效果的评估,去确定我们是不是解决了这些问题,它是不是可以挽回这些损失,那么你之前算的这些账是不是准确了,就是你投入产出比是不是准确了,这个里面要进行量化。

  像我们经过一段时间的治理之后,这个故障频次得到明显的降低,这个现场主要的问题是故障率非常高,一个老旧的机型。然后它的问题的治理之后,它的区域排名达到了中上等的水平,效果非常显著。像我们做的方案就是针对这个项目,首先是先做定制化的运维,从针对定制化的定检,就是大家理解的定检都是劳力活,都是打螺栓、擦卫生等苦力活。定检其实可以做成一个精细化的活,你针对这个问题,你做了哪些针对性的定期进行检修,这个是技术性含量高的。针对性方面包括深度的维护,这个深度的维护可能工作量非常大,你可能做了一个专项,这种付出一定要去解决它的主要问题,刚才我说了预防性的维修,能不能算过来账。比如说中间的间隙的非常便宜的东西,但是它老是接触不好,你也查不出来,把所有的线都解决一遍,他是属于内部老化的因素导致的。几十块钱的东西就把它换掉,这个故障就大大下降了,包括一些备件的质量也要进行检测把控。技改也要分批次,先解决主要问题,明显见效益的问题,因为他也是老旧风机,他也有可挖的潜力,我们可以最后来做增功,最后再让它活的更好。这是方案的治理。

  下面我花一点时间把我们公司给大家简单介绍一下,让大家了解一下我们公司的情况,未来我们加强合作,把我们后市场这一块儿一起做好。协和刚才说了它也是一个业主投资开发商,它有自己的运维公司、自己的设计院、工程公司。我们运维公司,最早协和其实就是做运维和EPC服务的,就是说运维公司的十四年和协和的十四年是一样的。然后目前在服务的容量达到7.5G瓦,前台的运维人员在1100人左右。这个里面就是刚才说的,站在业主的视角上,技术和管理结合起来,最终我们把这个场站的收益提升上去。

  我们形成了七大区域管理中心,基本涵概了全国的所有省份,做区域化的管理是运维降本的一个手段,这个里面会有一些平台的辅助去支撑区域化管理,区域内的资源调配,区域内的技术的共享。

  我们的业务现在是以电站运维、风机运维的一些技术服务,包括一些数字化的服务和产品,以及我们做一些技改和深度治理的工作,围绕着我们新能源电站的问题来做这些后市场的事情。

  对运维这一块儿,我们是线上线下结合起来做的,把我们的应用场景辅助我们的平台做的更好。线上的话,有的时候你需要做一些预警,辅助你运维的优化和管理,包括标准化的动作,包括一些智能的工单,发现问题缺陷的时候推送工单,让运维人员及时的去处理。这个里面有准确性,有可以去看它成熟不成熟,如果预警非常准确,直接就派他工单,如果预警准确性需要人为的干预,你可以把它变成缺陷登记,运维人员确定之后再进行处理。最后就是闭环,你发现的缺陷和工单要形成闭环管理,它的缺陷的闭环率有多少,做一个闭环的管理。

  线下方面,刚才说区域集中检修以及标准化的预建,这个里面的标准化不是一成不变的,要定制化标准化基础之上的变化,还有技术化的改造。最终我们想做资产管理的专家,比说场站交给我们,我们把它管理好,让它的收益更高,这个是我们最终的目标。

  我们在北京和四大区域都有疾控中心,我们还有一些预警平台,对一些主要的问题,大部件做一些预警的研究,成熟一个推一个,哪一个预警成熟了,我们就把它推到运维的前端。

  然后我们在北京还有专家团队,刚才说了很多分析需要专业的人才和工具,很多目前还做不到线上的情况下,那就要有专家的分析功能。包括建立我们运维的智库,我们每一个问题,因为现在的运维人员不是每个人的水平都是专家的水平,你怎么能让他快速的成长,掌握专家也掌握的一部分知识,由专家去建立这个运维智库。然后去指导运维人员,再加上定期的培训指导,就地的指导、远程的指导,我们的运维质量和层次水平就能达到一个比较好的高度和标杆。

  刚才说了闭环管理非常重要,我们倚重的就是巡检,比如说扫码巡检,直接进系统,你发现了缺陷,拍照、记录、描述,直接进系统形成工单。工单要闭环,一段时间没有闭环就要对它进行提醒,最后要去统计一个指标,闭环率等等的管理,你的运维的效率就会提升,不会存在这种处理效率低或者说现场人处理水平不够的情况,也可以去促进他去寻求这种后台的支持。

  然后是线下标准化的运维体系,就是很多的流程都要按照这种作业规范去执行。还有三级资质,目前是升成二级的资质,电站的管理和风控的管理都在同步的做。区域这一块儿,刚才说调控资源、人、物资、技术资源区域共享。就是说你给某一个场站配的人的高低决定了运维水平,这是过去了,未来大家要达到同一个水平,那你很多的资源就要进行共享,因为不可能都配着很高的专家的水平,区域化检修就是要做到这个程度,在规模化技术上去做区域化。

  我们对国内外的运维能力的认证,对我们运维的能力做一个标准化的认可,在这个认证过程中,我们也会提升,按照国际的认证要求,我们也会去提升它的标准动作。同时,在行业内我们也获得了一些认可,未来我也希望和大家一起把这个后市场做好。刚才说的碳中和,其实新能源行业发展还是非常可期的,后市场会更可期。我们现在的风机的载运量在十万台以上,什么概念呢?我们每年的运维的投入在300亿以上,这个数字会越来越大,包括老旧风机的替换改造,叶片也是一样,老旧叶片的替换和改造都非常大,所以大家要一起把这个做好,从技术上,从精细化管理上,我们共同去努力。

  谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核,如有不妥请联系修改)