——訪銳電科技公司整機設計副總監苗向文
隨著風電新增市場飽和、度電成本降低,導致市場利潤逐漸向開發商轉移,龐大存量市場的競爭也日趨激烈。為此，銳電科技提出的機組二次開發綜合性解決方案，以客戶經濟性為前提考慮了機組安全性和可靠性的問題，在確保安全、可靠的前提下實現提質增效。
銳電科技總經理辛理夫認為借助風電行業發展的東風，銳電科技推出對老機組進行二次開發的方案正逢其時，“風電行業老機組升級時代正式來臨”。二次開發能夠大幅度提升風電場發電量，銳電科技如何做到二次開發的安全性、可靠性，真正讓老機組煥發新的生命力?日前，中國電力網記者就二次開發中機組的安全性、可靠性等問題采訪了銳電科技公司整機設計副總監苗向文，以下為采訪實錄。
中國電力網：機組二次開發與后市場機組常規升級改造有什么區別?
苗向文：風電機組二次開發是深度定制化的開發，需要多方面進行綜合考慮，在設計規范的要求下，以風電場的風資源情況、機組設計載荷、機組的健康狀況為限制條件，以先進的控制策略為手段，更換更長的葉片，提升機組的額定功率，以達到提升風電場發電性能的目的。
整機是二次開發的基礎，和后市場不一樣，我們是站在一個比較綜合的角度上來講。目前后市場機組的升級改造包括葉片延長、機械電氣子系統或零部件的局部優化改造和銳電科技推出的機組二次開發有著本質的區別。前者是針對某個點的具體改造，不會對機組本源進行調整，而銳電科技的二次開發是針對風場中機組進行全方位的總體升級，以老舊機組原有設計模型和部件指標為基礎，以實現最大經濟效益為目標，結合機組運行狀況和風場風資源條件，以應用超長葉片和輸出大功率為手段對機組相關機電系統及軟件做定制化升級改造，挖掘場址的潛力，最終實現提高風電場運行收益。這個工作是整個機組研發團隊所參與的，是常規后市場機組升級改技術力量不能比的。
二次開發相當于重新做一個整機設計。從葉片、塔筒基礎到整機的傳動部件、齒輪箱、主軸等，所有的大部件做一個整體考量，為了匹配這些零部件的變化從控制系統和控制策略上作相應的定制化設計、更改。從技術的角度講，和局部的升級改造還是有一個很大的差別，更專業更具體。
中國電力網：二次開發會涉及到哪些系統和零部件的變動?
苗向文：二次開發是從整個升級后最經濟的角度做具體的解決性方案，主要是從客戶的角度考慮。但首先肯定要換葉片，做好這項基礎性的工作才能達到增加發電量的要求。控制系統肯定是要更換的，通過刷程序對控制策略做相應的更改。
做整體的二次開發這其中包含風場的前后風資源評估、機組運行狀態評估、零部件的安全裕量評估，控制策略的優化、主控程序的升級以及近幾年機組技術發展的應用，通過一系列的手段將老舊機組實現可以匹配最新機組的智能化生命特點，發揮出其更高效的發電能力。
機組二次開發過程中機組的所有系統和零部件均作了系統性的評估校核，包括新葉片及塔筒、基礎。根據項目不同，銳電科技匹配更換超長高效的全新葉片后，評估機組各零部件的狀態和能力，在最經濟可靠的前提下做后續定制化解決方案，保證機組安全高效運行，實現提高風電場運行收益。
出于安全性、可靠性、經濟性三方面來考量，一個風場不同點位的機組都不一樣，每一個機組都做一個相應的評估。全部替換肯定沒有問題，但是過多更換部件經濟賬算不過不去[MX1] [MX2] [D3] ，對業主也不好。做這個工作就是為了增加業主的收益率，總的來說都是首先從業主的角度去考慮。
中國電力網：二次開發以后如何保證機組的機械系統安全性?
苗向文：安全是第一位的，整個風電行業從業主的角度說叫安全大于天。二次開發后機組的安全性會從兩個方面考慮：即設計安全與運行安全。
設計安全即整機設計安全評估。銳電科技把每個改造項目都做成定制化式機組評估。二次開發的基礎條件是升級后的機組與場址點位風速條件、湍流狀況、風資源相匹配。主要分三步：
第一是改造前進行項目風場風資源精細評估和機組載荷復核，評估機組升級后的安全匹配性;第二是評估機組塔筒、基礎安全狀態以及機組關鍵部件狀態，確保機組滿足升級條件。第三步進行升級后的機組傳動鏈強度復核和電氣系統復核，塔筒和基礎的安全復核、主控系統定制化設計和安全監控系統定制化設計。
通過這些手段，保證更換的超長葉片與原有老舊機組設計模型能夠匹配，從整機角度優化控制系統保證葉片、塔筒、基礎、以及機組的變槳軸承及驅動、齒輪箱、主軸承等關鍵零部件承受載荷不大于原有設計載荷，不降低原有零部件設計安全裕量或者通過計算校核零部件安全裕量完全滿足技術規范要求。
內部設計安全評估通過后，提交設計到外部權威第三方風電認證公司做把關，通過拿到第三方葉片和整機認證證書來再次保證二次開發機組的設計安全性。
運行安全方面：除原有的機組安全鏈系統保護外，我們將大量的傳感器新技術應用到二次開發機組上，用先進的傳感器提高對機組運行狀態的感知，再用先進的控制策略應對感知到的突發狀況，實現機組在運行中的智能化安全監測預警，做到萬無一失。例如：安裝激光雷達采集高精度數據，監測葉片狀態，實時探測葉片凈空;安裝高精度位移傳感器和傾角儀監測整機運行過程中機艙位移、塔筒形變以及基礎沉降等安全。
改造后，我們對每一項安全保護功能進行測試驗證，并對改造后機組進行模型一致性評估來保證機組安全性。
中國電力網：機組二次開發后如何保證機組的可靠性?
苗向文：機組的可靠性直接影響風電場的收益，二次開發的本質目的就是提高風場的運行收益，所以二次開發后機組的可靠性保證是核心內容。如何實現也是從兩個方面考慮：設計可靠性與運行可靠性監測。
設計可靠性的基本出發點是機組零部件載荷不大于舊機組設計載荷，盡可能的小。例如影響變槳系統的葉根彎矩，影響齒輪箱和聯軸器的Mx沖擊載荷，疲勞載荷等。這其中主要涉及葉片設計、載荷控制及零部件壽命預估。
首先二次開發中使用的定制化長葉片要求葉片氣動外形重新設計，具有更低的載荷、更高的效率，借鑒大量設計經驗針對性優化，采用新材料新工藝，在保證安全的情況下降低重量和運行載荷。
第二對機組狀態進行評估，預估目前大部件的壽命，基于目前機組零部件壽命狀態來定制化控制策略，適當調整零部件受載，技術上實現最大化延壽來保證運行可靠性。像變槳軸承、齒輪箱這些大部件，運行載荷直接關系到剩余壽命及可靠性，近幾年應用的變槳策略、傳動鏈加阻這些新的控制技術能很好降低運行載荷。
運行可靠性方面，采用大量傳感器進行零部件狀態監測，讓關鍵部件狀態參數參與到機組控制中。例如，軸承、齒輪箱、傳動系統和葉輪的不平衡異常狀態的CMS監測，變流器、箱變、發電機、軸承、油溫的溫升異常監測，變槳電機功率及溫升異常監測。大量傳感器的應用時刻保證機組在穩定正常的數據狀態下運行，同時，通過持續的大數據分析，機組健康管理系統會對機組的重要零部件狀態及剩余壽命做出預警，提示針對性運維。
對于運行10年以上剩余壽命不多的的零部件，針對不同部件的特點，有不同的定制化解決方案，在最經濟的條件下滿足機組升級后運行可靠性要求。比如齒面磨損較為嚴重的變槳軸承，我們再更換葉片時同時采用變換工作齒面位置的方式來達到延長部件使用壽命。
風電機組二次開發產品是銳電科技公司持續創新過程中的一個階段性成果，用新技術、新產品、新服務為客戶提高發電收益是“銳電人”一貫的目標。相信在集團公司的支持下，銳電科技公司必定會在風電高端技術服務領域取得更加豐碩的成果，為廣大客戶帶來更好的產品使用體驗和實實在在的收益。
作者：齊 濤
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