海上风力发电机组运维重点介绍和探讨

 

　　【关键词】 海上风力发电机组 运维 海上作业 抗台 三防

 

　　来源：《第六届中国风电后市场交流合作大会论文集》

 

　　作者：湘电风能有限公司海上风力发电技术及检测国家重点实验室 尚振龙阳雪兵田湘龙全慧琼

 

 

　　风能是可再生能源中发展最快的清洁能源，也是最具有大规模开发和商业化发展前景的可再生能源。随着不可再生资源的匮乏以及环境污染破坏的加剧，风能作为一种清洁性高、可持续性强、资源丰富的可再生资源已日益受到世界各国的关注和研究[1]。截至2016年末，全球累计风电容量达到487GW[2]。国家发改委可再生能源发展“十三五”规划，到2020年底，全国风电并网装机确保达到2.1亿千瓦以上。同时，在可再生能源发展“十三五”规划中，要求积极稳妥推进海上风电开发。规划指出，到2020年，海上风电开工建设1000万千瓦，确保建成500万千瓦[3]。由此可见，海上风电发展越来越受重视，发展速度也越来越快。

 

　　对于海上风力发电机组来说，投资开发商关注的不仅仅是机组本身的成本、功率等特点，更关注机组的可靠性和运维成本。对比陆上机组而言，由于海上机组所处环境不同，海上机组设计也会有所区别，其运维重点也会不同。本文将结合福建某5MW机组风场的运维经验，介绍海上风力发电机组运维所需注意特点。

 

　　01海上环境特点

 

　　众所周知，海上环境恶劣，运维人员在海上作业遭遇危险的可能性更高。从码头到运维船上，从运维船到达机组，乃至在机组进行工作，除了在陆上环境可能遇到的风险外，运维人员还可能会遇到坠海、台风、摇晃等海上特有风险。海上运维作业遇到风险后，其处理难度和危害程度都比陆上事故要大。

 

 

　　陆上机组安装于陆地，通过车辆可以直接到达，除非遇到大雪、泥石流等极端情况，否则不会出现无法到达机组的情况。而海上机组则不一样，它的可达性有比较多的受限，当浪高超过1.5米或者有台风的时候，一般运维船无法出港，此时机组就不能及时得到维护。而且，浪高超过1.5米或台风情况的出现相对来说还是比较频繁的，可以说海上作业窗口期比较紧张。

 

 

　　在中国领海区域，海上风力发电机的海洋环境气候条件具有气温月均最高35.8℃，月均最低-8.8℃以及极端气温日最高为40摄氏度，日最低-30℃的特点。月均相对湿度为65.9%——88.2%，盐雾日平均沉降率为8.2——33.1mg/（m2·d）[4]。海洋环境温度高、湿度大、腐蚀性强，这需要机组具有较强的绝缘性能、耐腐蚀性能和抗老化性能，也需要维护时，要额外关注这些问题。

 

　　我国灾害性天气气候包括：台风、雨涝、雷电、干旱、高温、沙尘暴、寒潮、大风、低温冷害、雪灾、冰雹、霜冻、雾、霾、酸雨等[5]。这些灾害性天气中，对海上风力发电机组影响最大的是台风。在中国台风网可以查知，2018年共有29个台风信息，其中登陆我国的台风有11个，且大部分集中在东南沿海的省份进行登陆，时间集中在6-9月份。其中2018年7月的台风“玛利亚”在我国福建连江登陆时，最大风速达到48m/s（10分钟平均）;2018年9月的强台风“山竹”在我国广东阳江登陆时，最大风速也达到了48m/s（10分钟平均）。这些说明台风对海上风力发电机组的破坏是常见的，也是巨大的。海上风力发电机组的运维必须充分考虑其影响，并做好准备。

 

　　02海上风力发电机组运维重点

 

　　海上环境特点决定了海上风力发电机组的运维工作有一些需要特殊注意的重点。根据其特点，需要制定相应的预防措施和维护方法。下文结合福建某海上项目的5MW机组，介绍该机组针对海上环境特点所进行的运维工作。

 

 

　　海上环境条件恶劣，风险高，所以海上运维工作要做好风险防控措施。海上作业风险很大，安全生产问题不容忽视。海上运维工作要用科学有效的方法进行海上作业的风险分析和安全评价，充分识别海上作业危险源，根据各种危险源可能发生的概率和后果，做好预防管理措施以及相应的处置预案，并定期进行演习演练。

 

　　海上风力发电机组运维涉及到多种特殊作业情况，运维工作人员需要满足相应的从业资质要求。除了高处作业证、高压电工证等常规特种作业证书的资质要求之外，海上运维作业还需具备一些特殊的资质要求，比如出海证，包括“海上求生”、“海上急救”、“海上消防”、“救生艇筏操纵”和“直升机遇险逃生”5项安全培训，其中“救生艇筏操纵”和“直升机遇险逃生”可以根据具体设备配备情况选择和免除培训。

 

　　海上风力发电机组运维还需要配备完善的安全设施。安全设施包括安全标志和安全防护设备。安全标志起到安全警示和规范安全作业行为的作用，比如“必须系安全带”、“必须戴安全帽”以及“紧急出口”等安全标识。安全设备主要用来保护人身设备安全，除了包括运维人员必须穿戴的劳保用品、救生圈等，还包括运维船上靠桩平台、基础承台上的救生圈、攀爬时防跌落的速差器和安全滑块、休息舱和灭火器等，图1为相关的运维安全设施。图1左上为风机基础靠船桩，上方配有速差器，防止人员踏空失速坠落；图1左下为运维船上的靠桩平台，运维人员通过此平台到达基础桩的爬梯，平台上有扶手和栏杆，平台板使用花纹板防滑，保障工作人员的人身安全。图1中上为设置的休息舱，供运维人员临时休息补充体力的场所，配有简单的生活设施。图1中下为机组的基础承台，承台周边设有防护栏杆，栏杆上常备救生圈。图1右边为张贴于塔筒进门处的部分安全标识。

 

 

 

　　海上风力发电机组运维工作受限于海洋环境影响，作业窗口期有限，有效作业时间短，因此运维作业需要周全计划，并根据近期气象信息随时调整。据不完全统计，每年因海洋环境影响导致取消运维作业的次数达到20%。

 

　　风机运维作业可以分为预防性维护和故障维护，预防性维护主要包括日常的定期维护和日常巡检。由于潮汐作用，每天的浪高都不一样。运维作业计划要根据经验和当地历年浪高信息进行预防性维护的计划制定，选取每年中风浪比较小的时间段，进行集中的预防性的定检定维。比如我公司福建5MW项目位于台湾海峡，冬季浪高最大，其次为秋季、春季，夏季最小。但考虑到夏季福建地区台风比较多，故该项目的定期维护一般安排在每年的4-6月进行。具体到一天时间内，早中晚各个时间的浪高也不一样，需要每天关注相关的气象信息，然后确定第二天是否可以进行运维作业。如果可以进行运维作业，需要根据风浪等气象信息，提前确定好出海时间和回岸时间，规划好运维作业内容，保证运维人员可以及时返航，不会滞留海上。故障维护一般来说不好提前预知，需要根据事故状态进行临时维护。同样，故障维护出海也需要预估工作时间，关注海浪信息，做好出海维护计划。

 

　　2.3“三防”处理

 

　　“三防”一般是指对电子产品“防霉菌、防潮湿、防盐雾”。而广义上，对产品进行表面处理，以降低或消除复杂环境对电子器件性能的不利影响。鉴于海上环境条件恶劣，“三防”设计尤为重要。虽然海上风力发电机组在设计源头就考虑到海上不利环境的影响，做了诸多防护性方案和防护设计，但仍然避免不了机组在运行过程中出现腐蚀等破坏性问题。

 

　　对于“三防”问题，在日常巡检过程中要时刻关注，目测检查机组各处油漆外观、各密封处是否有泄露、机组各处是否有锈蚀及漏水情况。如有异常情况，需要及时修补，以免造成更大的损失。图2是我公司福建5MW海上项目的机组运行2年半之后出现的腐蚀情况，图2上部从左到右依次为风机桩腿海洋生物附着、风机塔筒门口吊具和机组内部紧固件锈蚀情况，图2下部是机组顶部外面的结构件和紧固件锈蚀情况。尽管机组在设计之初，已经做好了详细的防腐方案设计、试验和评审，但由于生产制造质量问题，加上长时间暴漏在海洋大气环境中，涂层致密性差，难以抵挡水汽、氯离子等腐蚀介质渗透到底材，导致风机出现局部锈蚀，甚至发生金属的质量损失。所以，机组日常巡检过程中，要时刻关注防腐情况，有问题及时处理，延长机组的防腐寿命。

 

 

　　由于海上灾害性天气种类多，且发生频次较高，所以灾害性天气的机组保障运维工作一定要做好预案和管控，以免产生不必要的重大损失。针对我国海域，尤其是东南沿海地区，台风是最常见的破坏性气象。抗台策略，包括在海上机组设计之初就会进行抗台机械结构设计和控制策略设计，这是机组能够抗台的基因。关于抗台设计，本文不做赘述，主要介绍抗台运维措施。

 

　　抗台机组必须有台风专项应急预案，应急预案应根据各厂家机组的特点进行详细的台风运维处理措施。抗台运维措施主要包括三方面：台风来临前的检查和准备、台风期间的运维、台风过后的检查和启动流程。

 

　　台风来临前需要按照相关设备厂家的要求进行相关的制动器、刹车片和液压状态检查，保证机组可以停机稳定；台风来临前还需要对机组的后备电源进行检查，并进行停机测试，保证机组可以正常停机；台风来临前还需要关注气象部门的台风信息，根据需要，进行手动或者自动停机。

 

　　台风期间，为了安全起见，工作人员需进驻中控室监视风机、变压器及电网状况，随时了解机组各项状况，如发生紧急事件立即通报。在台风未离境及台风离境后未检查风机前禁止启动风机运行。如果台风期间电网断电，在电网公司允许的情况下，应立即通知当地电网公司重送电源。

 

　　台风过后，应首先进行机组检查，无问题后才能进行启动流程。机组检查内容包括气象站、叶片等所有部件是否有损坏和变形，检查电网电压及通讯是否正常，检查高强度螺栓是否有断裂，电缆是否与其他部件缠绕，检查扭缆是否过紧，检查机组内部是否进水，检查控制系统是否正常，检查系统在台风期间所有机组事件。检查无误后，依照厂家标准操作流程启动机组。

 

 

　　海上风力发电机组由于运维作业特殊，故需要更加完善的备件库存体系。首先，根据前期的分析和经验统计，形成相应机型的各级别备品备件及易耗品清单。其次，需要建立完备的厂家、片区仓库、项目部仓库的三级备件库。当现场出现部件损坏，需要备件更换的时候，如果是开关、接触器等小器件，可以直接在项目部的仓库中获取备件，及时更换。如果是驱动齿轮箱等中等偏大部件需要更换时，可以三日内从片区仓库或者厂家发出备件，保证机组快速恢复运行。

 

 

　　海上环境危险性高、作业窗口期短、环境条件恶劣、灾害性天气频发，所以海上机组的运维更加复杂。在日常的海上运维过程中，运维人员和管理人员要做好风险防控、计划周全，在平时的机组维护中，要关注“三防”问题，做好抗台运维，做好备品备件及易耗品的组织管理工作。只有这样，才能尽量降低海上机组的故障率，提高海上机组的发电量。

 

 

　　[1]费智，符平。我国风电发展的 态势分析与对策建议[J].科技进步与对策， 2011,28（10）： 65-68.Fei zhi,Fu Ping.The status quo and future policy of china’s wind power development[J].Science & Technology Progress and policy, 2011,28（10）： 65-68.

 

　　[2]北极星风力发电网。MAKE重磅发布2016全球&中国风电整机商排名[OL][2017.04.06]. http://mfd.bjx.com.cn/mnews/20170406/818645.shtml

 

　　[3]国家发展改革委。可再生能源“十三五”发展规划[OL].[2016.12.18].http://www.windhr.net

 

　　[4]刘学忠，王放文，张天龙等。5MW海上风力发电机绝缘系统的海洋环境模拟试验研究[J].高压电器，2015.5.16

 

　　[5]葛珊珊，张韧。全球气候变化背景下灾害性天气变化及对海上风电的影响[J].中国工程科学，2010年第12卷第11期