中國電器科學研究院有限公司工業(yè)產品環(huán)境適應性國家重點實驗室常務副主任揭敢新在主旨發(fā)言環(huán)節(jié)發(fā)表了題為《海上風電電氣設備服役環(huán)境特殊性及應對措施研究》的演講：

 

　　大家好，我們主要是研究環(huán)境對風電的影響，所以今天我做這個交流也是我們最近幾年工作的一些信息和成果，跟大家交流一下。非常感謝大會組委會給我這個機會。

 

　　我今天主要是關于風電電器設備服役環(huán)境，特別是海上風電的特殊性，它存在的一些問題以及相應的一些應對措施。這些數(shù)據(jù)都是我們這幾年自己研究積累的一些數(shù)據(jù)。

 

　　從四個方面：

 

　　一、服役環(huán)境特點分析；

 

　　二、剛才張老師講的是大環(huán)境，但是實際上對于我們風電設備運行來說，其實我們更關注所謂的微環(huán)境，就是我某一部件或者某一設備，其實在我的相對小的環(huán)境里面工作，跟大環(huán)境來說可能還有一點差異，對于我們來說就是關注微環(huán)境。

 

　　三、控制技術。

 

　　四、全周期管理系統(tǒng)研究。

 

　　首先是特點，剛才張教授也講了，我也簡要解殺一下。我們國家現(xiàn)在環(huán)境還是多樣的，尤其是海上風電，特別是在我們福建和廣東這邊，東海和這邊，面對的所謂高溫、高濕、高嚴三高環(huán)境，比北方的海相對來說更加惡劣和嚴峻一些，對這些地方設備更容易發(fā)生故障，比如停機、控制失靈、短路，肯定會帶來損失。

 

　　我們說三個問題，可能帶來的問題包括腐蝕、老化、絕緣失效、散熱、凝露問題，凝露問題是一個大問題，另外還有其它問題。ISA標準是電器行業(yè)現(xiàn)在對腐蝕評價的主要標準，這里有一個劃分，控制了四個等級：G1-GX，我從溫和、中等、苛刻到嚴重，從反應梳理來衡量的。如果是G1一般是安全可靠的，到GX就是非常嚴重了，要趕緊采取措施，要不然問題就來了。

 

　　這是一個示意，我們用一個小花代替不同顏色，代表不同的部件，比如說一些控制系統(tǒng)，箱變，其他這些問題，大概目前有這么幾類，一個就是常規(guī)的分布可能這些都在底下，另外一種可能就是都在機艙里面，還有一個比較特別的就是我專門放一個區(qū)域，用一個集裝箱或者一個小房間，把所有控制系統(tǒng)都放在那里面去，對這個空間進行環(huán)境控制，確保整體的安全。

 

　　這個是我們對五家主流的海上風機場監(jiān)測了幾年的數(shù)據(jù)，就是說我們現(xiàn)在實際上這里面涉及到雙饋、直驅的，從幾個角度去分別對它進行一個監(jiān)測，從監(jiān)測來看，目前實際上各個廠家對相應的都有一些防護措施，但是這個防護措施來看，初期是有效果的，現(xiàn)在總體上是在40%左右，但是能不能達到25年的使用壽命，這個風電的壽命我們預期使用壽命是25年，其實這是一個大文豪，很多企業(yè)實際上也是非常關注壽命和可靠性。

 

　　我們用相應的測試介質材料對這個進行一些監(jiān)測，腐蝕的測試，腐蝕跟介質密切相關。通常我們說工業(yè)環(huán)境，比如說硫等等其他的化學污染物，這些對腐蝕的影響跟海洋不一樣，海洋主要是鹽霧。從這個表上的數(shù)據(jù)來看差幾十倍，右邊這個表就是通常現(xiàn)在電器行業(yè)對腐蝕等級的劃分標準，大同小異，從那邊是NEC、ANSI、到ISO，ISO11844是最新的標準，也是劃分的最細，也表明現(xiàn)在對這個控制越嚴，越重視。

 

　　這個是目前我們可能各個主流風機廠家對濕度控制的一些方法，各種各樣的方法，因為濕度是很重要的因數(shù)，濕度多有一些控制辦法。因為濕度直接影響到后面的海鹽離子產生的反應導致腐蝕，這些對誘發(fā)故障非常關鍵。但是現(xiàn)在目前實際上整個沒有一個統(tǒng)一的規(guī)范和標準，所以各個企業(yè)各有各的招數(shù)。

 

　　我們就對目前現(xiàn)在現(xiàn)有的一些辦法，就是大家多是采用自己的辦法監(jiān)測，監(jiān)測三種不同的風機，從我們的監(jiān)測結果來看，也全區(qū)的不同位置，包括機艙、變流器等等不同類型。可以看出來，各個廠家通過控制以后在正常運行的時候，系統(tǒng)都在工作的時候大概是在40-60，這都是實測數(shù)據(jù)。但是有一個很重要的問題，就是說我們的風機你不可能實時24小時運行，其實在檢修，在非運行階段，其實這個過程多數(shù)是沒控制的，所以這個實際上問題就來了，假如你控制在40-60，按正常狀況，也許問題還比較理想一點，但是如果停機階段所導致的變化對你整個系統(tǒng)的影響還是很大的，它是一種機具。所以從上面來看三高問題容易引起環(huán)境失效，首先要重視，另外其實環(huán)境問題是一個積聚的問題，可能短期內認為沒問題，但是問題累積起來會爆發(fā)，在某個時刻會陡然下降。

 

　　第二部分就是微環(huán)境，海上風電首先主要關注鹽粒子，鹽粒子是通常的測試方法，主要通過氯化銀腐蝕產物表征鹽粒子的含量，通過相應換算方式快速表示鹽粒子的沉降量。這也是一種金屬材料，通過測量鹽粒子沉積在金屬薄膜表面的濃度來計算空氣中的含鹽量，當空氣的含鹽顆粒沉降到金屬電極表面后，電極表面就會發(fā)生吸潮液化，形成薄液形成沉降速率。

 

　　凝露是很大的問題，凝露到底怎么形成的也是很關鍵。我們現(xiàn)在任何一個設備里面溫度都不是均勻的，總會有溫差，高溫低溫，如果我們選取機體內部的A點作為溫度最低，B點作為溫度最高。設備運行以后A點的相對速度將會上升這是肯定的，B點的溫度將會下降，兩者之間處在濕度的兩端，所以溫差越大分化越明顯，這樣凝露就出來了，所以這個凝露肯定發(fā)生在A點。通過這些我們要重點關注后面采取措施，我們重要在哪里采取措施，因為風機那么大，系統(tǒng)那么復雜，你全方位的采取實際上也不現(xiàn)實，成本也很高，所以就是通過其實我們就可以確定我主要在哪些地方采取措施。

 

　　這個是因為現(xiàn)在自然化監(jiān)測，我們就是通過這些對凝露的影響進行一個監(jiān)測，其實凝露形成還包括溫度、濕度、材料表面的特性，就是具體你的工作部件，或者你所關注的這個部件的材料特性，環(huán)境中干不干凈，還有鹽霧粒子等等，這是自動檢測儀，通過模型來判斷它怎么樣算是已經凝露了，然后對于凝露我們設定一個邊界，形成一個預警，這樣的話就是說我又形成了，預警超過我所要控制的范圍，這個范圍提醒我要采取措施，所以就是進一步采取措施，阻斷或者是把它改進，來防止它進一步惡化。通過上面的分析可以看到，凝露特別是鹽粒子需要連續(xù)監(jiān)測，它是一個系統(tǒng)的問題，也是一個累積的問題。

 

　　第三部分簡要介紹一下環(huán)境控制的技術。風電設備非常復雜，通常比如說我們從塔筒結構建構通過改變材料或者增加房屋方式改變房屋性能，但是對于電器來說，那么多部件，那么復雜的東西，不可能，所以往往是通過系統(tǒng)的改善它的工作環(huán)境，就是我們剛才說的微環(huán)境這個角度去進行控制和調整。這樣的話一個是成本最理想而且效果最好。無非兩種，一個是比如說我們對整個環(huán)境進行凈化控制，這個就是我們改善產品的服役環(huán)境，第二個就是我們改變材料的表面狀態(tài)，一個是比如鹽霧凈化，第二就是防銹。

 

　　鹽霧顆粒分布在2-7毫米之間，而且鹽霧從一種形態(tài)到另一種形態(tài)是不定的，一會兒固態(tài)，一會兒液，這個對于我們通過它的變化過程我們可以采取一些措施，因為當液態(tài)的時候很難弄，到固態(tài)的時候就可以進行處理，把鹽霧進行去除。

 

　　這個就是剛才說基于鹽霧的形態(tài)特征，對于不同的過濾材料篩選進行驗證，讓在海洋高濕度環(huán)境下的鹽霧由液體變?yōu)楣虘B(tài)的時候我們進行過濾，同時對它的材料我們增加它的密度，使鹽霧得到有效的過濾，這里面就有使用了包括幾層，一個超梳水性烯烴粗前衛(wèi)，疏水性的烯烴超細纖維。這我們基本上可以過濾2-10微米之間的鹽霧粒子。

 

　　這是一套工藝圖，左邊進去，含鹽空氣進去，經過粗效的過濾和鹽霧的過濾，通過吸附最后出來就是干凈的空氣，右邊就是我們所需要的工作環(huán)境，就是我們剛才說微環(huán)境，其實我們設備反正就是在這么一個環(huán)境里面，這樣不斷地循環(huán)，使我們的工作環(huán)境，為我們電器的微環(huán)境是處在一個理想的環(huán)境之中。

 

　　這套系統(tǒng)還可以通過安裝快速腐蝕監(jiān)測儀，可實時監(jiān)測腐蝕環(huán)境狀況，智能化控制腐蝕環(huán)境凈化系統(tǒng)，可接入風機的scada系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程控制。對腐蝕環(huán)境監(jiān)測，包括溫濕度、大氣壓、實時腐蝕速率、腐蝕等級。安裝壓差計及報警系統(tǒng)，大于300Pa通過控制系統(tǒng)自動報警提示，更換鹽霧過濾材料。這套系統(tǒng)基本上99%以上去除海洋大氣中5微米及以上的顆粒，另外對于這個85%以上就是海洋環(huán)境獨有的腐蝕性顆粒，就是剛才說的大氣污染物這個顆粒也能去除。還有通過選配FILSEC單元，就是一種化學材料，大概75.5%去除相應的腐蝕性氣體一些污染物，包括我們常見的海上的燃油，船只的污染，尾氣排放等等導致的一些污染的東西。

 

　　這個是我們的模型樣機，這個模型樣機就是我們實驗室經過驗證，大概工作2個小時，室內的濕度可以從90%降到35%，腐蝕速率從G3降到G1。

 

　　還有一種就是剛才說對材料表面的處理，這個對于一些小部件或者空間比較小的地方，因為你進不了剛才說的那些設備，我們就用氣象防銹，但是它有個問題，就是在海洋這個高濕環(huán)境的時候，本身這個濕度也對氣象防銹有時候會起到助推的作用，原因是制銹的因素先起作用，已經腐蝕了，你把它包在里面里面還在腐蝕，這樣導致氣象防銹是失效的。怎么解決，通過合理分配除濕、除塵，氣象防銹的空間布局，在濕度提高之前就先把氣象這一層膜覆蓋到材料表面，起到一個防護效果，這樣的話整個效率就大大提高，所以整個腐蝕速率也降低了30%以上。

 

　　從上面的分析我們可以看到，在風電運行前期故障率相對較低，但環(huán)境影響是一個積累的過程，腐蝕微量且不易察覺，應持續(xù)監(jiān)測并采用有效的防護手段。

 

　　第四部分就簡要介紹一下全周期管理系統(tǒng)研究，這塊工作因為還在做

 

　　就目前風電25年的壽命，運維實際上是一個重要的時間階段，占比來說時間占最長。它現(xiàn)在目前存在的問題就是我們實際上設備的實際環(huán)境等級，就是我們對它的把握是不夠的，只能說基于原來的分析，比如前期的工作說它現(xiàn)在大概是在這個環(huán)境，但是它到底目前的狀況怎么樣其實不知道，所以這往往是導致了安全隱患不容易發(fā)現(xiàn)，存在運營的風險?，F(xiàn)在的修很多是計劃的修，這個風機兩年要去修了，不是說有問題就馬上修，或者根據(jù)問題的出現(xiàn)程度來安排修理，所以實際上某種程度上也導致成本大量增加。如何解決，我們希望通過這個把數(shù)據(jù)大量的積累，通過模型建立和評價，采取設定預警，這樣的話提醒我們要去維修了，從計劃修變成需要的時候去修。

 

　　這是整個項目的思路大概幾大塊，一個是數(shù)據(jù)的獲取，剛才說包括微環(huán)境溫濕度、設備溫濕度、腐蝕等級、鹽含量等等，大數(shù)據(jù)平臺包括數(shù)據(jù)采集、離線數(shù)據(jù)導入、實時數(shù)據(jù)采集、程序接口錄入、數(shù)據(jù)分析。最后服務主機廠包括投資方。

 

　　這是大概的流程，就是我們建立模型包括剛才說的幾個板塊，模型在過程中還不斷優(yōu)化，另外就是模型的應用過程中也根據(jù)結合實際情況也不斷地進行優(yōu)化。

 

　　這個是我們利用這套系統(tǒng)繪制的一個示意圖，從這個圖上看這個是2018年1-3月份的數(shù)據(jù)，和2018年4-6月，看到這兩圖還是有變化的，對腐蝕的等級還是有變化的。當然因為這個數(shù)據(jù)我們目前來說還是兩維的，還不是三維，而且數(shù)據(jù)很多都是離線的數(shù)據(jù)，如果能實現(xiàn)在線，應該說這是一個方向，但是有很多工作還要在做，數(shù)據(jù)量也不夠，數(shù)據(jù)其實可能需要一個幾年的數(shù)據(jù)就能繪制比較理想的圖，這樣對我們整個維護管理來說，我們就可以知道哪些部位現(xiàn)在可能存在隱患，我們需要采取哪些措施，防范它進一步惡化。

 

　　基于風機整機服役環(huán)境的大數(shù)據(jù)采集及應用，對于風電機組后期的運維很重要，這方向也很重要，我要介紹的就這么多，謝謝！

 

　?。òl(fā)言整理自現(xiàn)場速記，未經本人審核）