近日，國家能源局發(fā)布《風電場改造升級和退役管理辦法》（征求意見稿），存量風電項目引起了行業(yè)關注，進入“十四五”，我國大量早期安裝運行的機組將進入設計壽命晚期，在機組改造或延壽之前，需要進行評估確定其是否可以繼續(xù)使用。其中作為風電機組的關鍵部件，發(fā)電機的健康狀態(tài)很大程度影響了機組的剩余壽命，數(shù)據(jù)顯示，隨著風電機組運行年限的增長，發(fā)電機內外部結構部件老化，發(fā)電機發(fā)生故障的風險指數(shù)上升。因此，對老舊機組的發(fā)電機進行內窺鏡檢查與健康狀態(tài)評估便顯得尤為重要。

　　

　　

　　本文參考但不限于以下標準進行直驅永磁發(fā)電機（外轉子型）專項檢查與健康狀態(tài)評估：

　　

　　CGC/GF149:2020 風力發(fā)電機組延壽技術規(guī)范；

　　

　　GB/T 20319—2017 風力發(fā)電機組驗收規(guī)范；

　　

　　GB/T 31518.1—2015 直驅永磁風力發(fā)電機組第1部分:技術條件；

　　

　　GB/T 31518.2—2015 直驅永磁風力發(fā)電機組第2部分:試驗方法

　　

　　

　?。ㄒ阅持彬層来棚L力發(fā)電機組為例）

　　

　　近些年高磁能永磁體技術發(fā)展很快，特別是稀土磁材料在直驅式風力發(fā)電機組中得到廣泛應用。以某直驅永磁風力發(fā)電機組為例：直驅永磁發(fā)電機采用外轉子結構，結構更緊湊；直驅永磁發(fā)電機無需電勵磁系統(tǒng)，減少了勵磁損耗，并且減少了碳刷等易損部件的使用，從而減少了檢修維護工作量；采用密閉空冷系統(tǒng)，冷卻可靠，不受外部環(huán)境影響，有效防止雨水、沙塵和鹽霧氣體對發(fā)電機的侵蝕；該直驅永磁發(fā)電機防護等級為IP54，可以防止沙塵、雨水等進入電機，有效保護電機繞組和磁鋼，保證電機長期安全運行。如圖1所示。

圖1 直驅型永磁發(fā)電機結構

　　

　　

　　直驅永磁發(fā)電機長期裸露運行在高溫、沙塵、潮濕等惡劣環(huán)境下，有可能面臨密封部件老化缺失、發(fā)電機的散熱系統(tǒng)損壞及散熱系統(tǒng)密封部件老化缺失，再加上現(xiàn)場未按照風力發(fā)電機組運維手冊維護、缺乏定期巡檢技術手段導致發(fā)電機長期帶病運行、生產廠家出現(xiàn)少數(shù)批次工藝問題等，導致發(fā)電機出現(xiàn)各類故障。

　　

　　直驅永磁發(fā)電機內窺鏡檢測常見的缺陷有：永磁發(fā)電機內部積灰和內部異物吸附、綁扎材料松動脫落、繞組絕緣層剝落、面漆裂紋、定子與轉子異常磨損等問題。

　　

　　直驅永磁發(fā)電機內窺鏡檢查正常照片及常見問題展示，如圖2-圖6所示：

　　

　　檢查要點及方法：

　　

　　1） 通過發(fā)電機繞組溫度、軸承溫度、轉速、電壓、電流、振動等歷史SCADA數(shù)據(jù)，分析發(fā)電機運行狀態(tài)；

　　

　　2） 觀察并網及自由旋轉狀態(tài)下發(fā)電機的運行聲音，確認是否存在異響。

　　

　　3） 檢查發(fā)電機冷卻系統(tǒng)運行是否正常，通風管道有無破損，密封裝置有無老化情況；

　　

　　4） 用絕緣電阻測試儀測量發(fā)電機繞組之間及繞組對地絕緣電阻，是否符合設計標準要求；

　　

　　5） 觀察發(fā)電機前后軸承密封圈處，是否有油脂排出；密封圈是否老化、存有裂紋；

　　

　　6） 定子通風口處是否附著黑色粉末，查看排水孔和觀察孔內是否有黑色粉末流出；

　　

　　7） 將內窺鏡探頭通過觀察孔深入定、轉子氣隙內，對定、轉子表面進行拍照和錄像，通過拍照和錄像判定定子鐵芯、轉子磁極是否正常。

　　

　　

　　1）加強發(fā)電機巡查力度（全場每月至少1次），巡查結果存檔，如有異常，即刻停機通知廠家。

　　

　　2）檢查發(fā)電機外轉子觀察口或者排水口情況,如無法目測，則停機，做好安全措施的情況下，用手觸摸的方法檢查是否存在較多黑粉，發(fā)現(xiàn)問題及時反饋廠家進行處理。

　　

　　3）按照運維手冊加強定期檢查，每次定檢時，檢查發(fā)電機后軸承密封圈，并查看發(fā)電機后軸承油脂是否干澀,油脂內是否有鐵屑等雜物。

　　

　　4）加裝在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，利用安裝在發(fā)電機軸承上的各種感知元件在線監(jiān)測發(fā)電機軸承的結構動力學特征，分析和診斷發(fā)電機運行狀態(tài)，提前識別氣動不平衡、發(fā)電機軸承損壞、螺栓斷裂、超負荷等異常情況，并精確定位故障位置、問題等級程度、預測發(fā)電機失效情況，幫助廠家優(yōu)化維修，減少意外停機，降低不可預見成本損失。

　　

　　5）強化設備安全意識，正常風速情況下，同一時間段內機組突然出現(xiàn)連續(xù)幾次振動報警，一定要停機登塔檢查故障原因，禁止連續(xù)復位啟機。如果發(fā)現(xiàn)發(fā)電機軸承溫度或繞組溫度突然快速上升，但還未超過警示值，此時應觀察機組運行情況，定檢時重點檢查，如軸承溫度超過警示值則立即停機，進行原因排查。

　　

　　6）定期進行發(fā)電機專項檢查（建議每年1次）。

　　

　　

　　隨著中東南部與海上風電的開發(fā)，風力發(fā)電機組運行環(huán)境日趨復雜化，故障的產生源相應地多樣化；而早期大基地項目，又往往面臨運維不科學、數(shù)據(jù)不齊全等歷史問題；風電場的運行維護管理問題、在役機組的健康狀態(tài)診斷已經成為風電資產運營的重要課題，發(fā)電機的狀態(tài)檢查及故障預防是其中的一環(huán)。鑒衡認證對超過8000臺在役機組開展了檢驗檢測，并結合自身的解決方案和處理方法，為后續(xù)風力機組發(fā)電機發(fā)生類似故障時提供了理論依據(jù)；2020年，鑒衡認證自主發(fā)布《風力發(fā)電機組延壽技術規(guī)范》，并針對老舊機組的狀態(tài)檢查及剩余壽命評估展開了系列專題討論，以期為我國大量的存量項目持續(xù)平穩(wěn)運行、技改或延壽退役提供技術支撐，為風電產業(yè)減少安全隱患、健康發(fā)展保駕護航。CGC

　　

　　供稿：朱彥鑫、張宇鵬、程人杰（CGC）