(1北京天源科创风电技术有限责任公司北京100089;23北京金风科创风电设备有限公司北京100176;4新疆金风科技股份有限公司新疆乌鲁木齐830001;5江苏金风科技有限公司江苏大丰224100)
摘要：风电产业链条可细分为风电场测风选址、风电设备设计生产、风电场施工建设、风电场运行维护等阶段，而整个链条中，风电场运行维护阶段是风电机组20多年持续健康运行，获得长期收益的关键环节。本文提出了精益化风电运维策略，并从风电场级和风电机组级分别做了细致的方案论述，同时，通过精益化运维策略建设案例，作为精益化运维策略建设思路的引导，便于在实践中更好的理解和应用精益化运维策略。
关键词：风电；精益；运维策略
0前言
国内风力发电历了高速增长以后向稳步发展过渡的时期，已进入规模化发展阶段，装机容量不断扩大，风力发电在电网中所占比例也逐步提高，随着大批的风电机组逐渐走出质保期，对于风电场投资者而言，如何有效地控制运维成本以提高风电场运营效益正变得越来越重要。但目前风电场运维模式比较落后，多采用被动型、间断型、粗放式运维方式，即当问题发生以后才采取解决措施，人工定期检查和巡视检查，对人员、备品备件、数据和信息等采取了传统的粗放型计划管理方式。为适应电网要求，提高风电场运行维护质量，使风力发电机组达到最佳并网状态，产生更大的经济效益，运用科学方法加强风电场运维很重要，有必要对风电场运维方式不断进行积极深入探索，主动、持续和精益化的运维策略将是建设和优化整个风电场运维管理系统、增加设备的可利用率，从而降低运维管理成本的关键。
未来，随着海上风电的大力发展，对风电运维的要求会更加严格，需要重视运维管理方法的选择和运维模式的不断完善，打造适合不同企业发展情况的运维模式，特别是在风电机机组20多年寿命周期内，采用基于大数据的维护方式、精益化维护策略、使用系统平台和集控方式，进行风电场生产管理和运行监控，将会极大提升风电场的运维能力，降低长期运维成本，提高发电效益。
1风电场运行维护现状
1.1日常巡检
目前国内风电场对风电机组的日常巡检，基本是依靠风电场运行维护工程师，参照风电机组生产厂家提供的巡检单，对风电机组进行流水式巡检。主要通过眼观、鼻闻、耳听、手感等方式，借助万用表、绝缘测试仪等一些简单便携设备，判断机组是否有异常或故障，经验丰富、技术能力强的运维工程师，可能会在巡检过程中发现一些机组故障隐患，提前进行预防性处理，避免机组故障停机。
但是，大多数情况下，机组故障隐患是很难在日常巡检中发现，而且，具备发现故障隐患能力的维护技术工程师也很少。这让我们开始思考，有没有更好的方式或技术，提升日常巡检的效果呢？
1.2定期检修
风电场定期检修一般是基于时间周期划分的，分为半年检和全年检。半年检和全年检的检查项大同小异，个别检查项半年检中不检查，只在全年检时进行检查。同一生产厂家的同类型机组，无论其安装在几类风区，也无论风场处于北方寒冷区域还是南方温暖潮湿区域，或当年运行风况如何，基本均执行统一的定检标准。那么，这种统一的定检策略，是否合适，是否可以进行优化呢？
2精益化运维策略
每一个专业领域，只要深入细致的研究和分析下去，一般都有优化提升的空间，可以做到精细、精益、精湛。风电运维服务领域，也同样如此。风电定检不仅仅是可以基于时间周期的定检，应该是基于实际累计运行时间的定检，更应该是基于风电机组运行状态、健康状态的定检。
风电运维策略还可以做如下细分：不同风场运维策略，不同风况环境下的运维策略，不同季节下的运维策略，不同机组个性化运维策略，不同部件的运维策略等等。
对风电场、机组、零部件，实施精益化运维策略。变半年检、全年检等定检模式为机组定制式检修模式，变定期集中检修为基于健康状态的分散式检修模式，变固定呆板的定检为灵活智慧型保养，既避免盲目过度检修或过期检修，又化整为零，改变过去一贯实施的大规模集中式作业为分散式作业，降低人员需求和劳动强度，节约资源，提升效率。
3风电场精益化维护保养
3.1风电场定制式维护策略
按照IEC标准，不同风资源地区可划分为I类、II类、III类等不同级别，风电场会建在不同的风区，同一个风电机组制造商所生产的同种容量的机型，将会区分其所能适用的风区，从而建设于不同风场不同风区。
中国地域广阔，不同地域又区分为北方寒冷甚至极寒地区、南方高温超高温地区，内陆干燥多风沙地区、沿海或沿湖高湿高盐雾地区等，同一个风电机组制造商所生产的同种容量的机型，也将会在设计上进行微调，以适应上述不同区域。
但是，目前风电机组制造商的巡检、定检手册和标准要求，基本都只区分不同容量的机型（因为不同容量的机型，结构和零件选型上会存在一定差别），并未针对不同风区、不同地域的同种机型进行巡检、定检手册和维护策略标准上的精益化细分。
这显然是不合理的，也是不科学的。不同风场一旦建设完毕，作为风电场运营维护方，有必要针对该风场，实施定制化的运行维护策略，而不是仅仅依照生产厂家的指导手册进行日常巡检和定检，否则，其维护的效率、效果将会大打折扣，有可能造成资源浪费，或者维护不及时、不到位导致风电场资源损失。为何有些风电场运行状况不佳、故障多、备件消耗大、甚至发生重大质量安全事故，这可以说是重要的潜在因素之一。
风电场定制式维护策略应该是，在分析风场所处的风区、地域气候环境条件、机组主要零部件配置信息等数据的基础上，制定仅适用于于本风场的维护策略。举个简单的例子，某风场处于I类风区，北方寒冷且多风沙地域，机组变流器冷却方式为水冷方式，偏航和变桨轴承采用自动加脂方式。则该风场的维护策略就应该侧重对叶片、机组控制柜内加热器、水冷散热片、三通阀、加脂器及其回路、风速风向仪的维护。策略再细分，在夏季小风天，重点检查与修复叶片表面裂纹、沙眼问题，以减少冬季覆冰粘雪，对发电效率及运行安全的影响；在夏秋季，重点检查三通阀开合动作有效性，以减少冬季动作不灵或关闭不严，导致的机组温度过低故障。当然，这只是简单举例，事实上，如果我们组织专业的技术团队，进行深度挖掘分析，有必要、也有能力针对每个不同区域、不同环境、不同机组配置下的风电场，策划设计出具有个性特点的定制式维护策略，达到风电场精益化运维水平。
3.2风电场智慧型维护策略
对于同一个风电场，除了要有区别于其他风电场的定制式个性化维护策略之外，还要再对风电场维护策略进行细分，如何细分呢？那就要做风电场智慧型维护策略。风电场维护将不再是简单查看机组是否停机、是否存在异常、否发生需要处理的故障等，而是数据采集、信息记录、数据分析、状态监控、趋势预测的过程；通过对整个风电场运行数据的分析，精准掌握机组运行状态、机组上每个关键零部件的出力状态、耗损状态，实现如下几点工作模式的转变：变被动处理故障为主动分析预防；变随机突发停机为计划内可控停机；变故障摸索排查为区域定位甚至精准定点。
对于同一个风电场，在不同年份、在同一年度的不同月份，也会遇到不同的风况。自然界给予的风，我们无法控制，但也有微妙的规律可循，比如，在20年的长时间轴上，风况是有周期性规律的，存在大风年、小风年。同一年中存在大风季、小风季，这点则毫无疑问。同样，一个风电场，也会有雨季与旱季之分；夏季高温与冬季低温之分；雷暴季与无雷暴季之分等等。风电场应制定不同自然环境周期下的运维策略。
通过统计风电场实际运行的累积时间、统计分析风电场不同发电量产出条件下的运行累积时间，对整个风电场实施灵活的日常巡检策略和定检策略，分时节、分季节、分年份，关注不同的预防性维护重点，根据实际出力情况，进行恰到好处的预防性维护。比如，某风场夏季属于大风季，风电场在整个夏季近4个月时间内，长期处于满发运行状态，则该风场在春季的提前预防性维护策略中，就应重点关注以下几点：
（1）检查塔架螺栓、机舱底座螺栓、轮毂与机舱连接螺栓、叶片螺栓等高强螺栓是否有松动或裂纹；
（2）主轴承、齿轮箱、发电机轴承、偏航轴承、变桨轴承等润滑脂状态是否正常；
（3）机组温度传感器检查测试；
（4）检查风速仪风向标安装是否牢固、规范；
（5）检查并清理各柜体散热窗及冷却风扇；
（6）检查并清理风冷或水冷散热片；
（7）检查水冷液状态是否正常；
（8）清洗散热管路确保管内清洁畅通等等。
这样针对不同季节外界环境的不同，有针对性的进行预防性维护，既可以保障机组安全稳定运行，又可以降低每次的维护工作量，用最经济的维护成本，实现最好的运行效果。
4风电机组精益化维护保养
通过统计不同机组实际累积运行时间，统计不同机组不同出力和载荷条件下的运行累积时间；统计不同部件实际动作次数；根据每台风电机组个体，实际统计其运行情况，针对每台风机个体，实施不同的运行维护策略和定检策略。
通过统计分析机组在不同功率段的累计运行时间，可以区分不同机组出力的大小，特别是不同载荷下的累积出力大小，就可以推断不同出力的机组的零部件寿命损耗的严重程度，从而对不同机组采取不同的维护策略。假如同样的累计运行时间，一台机组大部分时间运行在50%额定功率以下，另一台机组大部分时间运行在80%额定功率以上，则两台机组损耗程度不同，对润滑油、润滑脂的消耗程度不同，对叶片、齿轮、轴承等的磨损及疲劳寿命影响程度也大不同等等，显然需要采用不同的维护策略，才能对不同机组进行恰到好处的维护保养，而不是采用普适全风电场的、所有机组都一样的维护策略。这样对每台机组采取定制维护策略，既不过度维护，浪费维护成本与资源，又不欠维护，导致机组报故障或过早损坏。
除了从风电机组整体进行精益化维护之外，还可以针对风电机组核心零部件开展精益化维护策略。变被动被迫式零部件损坏更换为预测预防式备件维护更新。
众所周知，每个零部件都有其正常使用环境下、正常使用负荷下的正常使用寿命，通过统计分析实际寿命消耗情况，适时维护更新，将降低维护成本、提升机组运行稳定性及总体发电量。比如：
有些零部件寿命用动作次数来表示，如高压断路器，机械寿命一般都是3万次，电气寿命在额定电流下为1万次；低压断路器机械寿命一般为1万次以下，电气寿命约为机械寿命的1/5。统计分析各断路器动作次数，即可了解其当前断路器健康状态，判断是否需要维修保养或整体更换等。
有些零部件寿命用运行使用时间表示，如齿轮箱润滑油使用寿命是3年，在接近寿命期时，应定期检测其理化指标，适时更新，若过度服役，节省了润滑油的成本，却可能损坏了一个齿轮箱或减速器，再加上停机发电量损失、吊安装费用，将得不偿失；
有些零部件寿命用转数表示，如轴承的寿命是指轴承工作时，滚动体或套圈出现疲劳点蚀前的累计总转数（或工作小时数）。虽然风电机组相关轴承的设计使用寿命都较长，一般情况下，不会在机组寿命期内损坏，但我们可以根据其实际运转次数，特别是满负荷运转次数，对轴承的维护周期、加脂频次等进行合理安排，并非全风场、所有机组的轴承维护策略都是一样的，那必然导致有些过维护、有些欠维护。
5精益化运维策略建设思路
为了更加便于理解和搭建精益化运维策略，在此举一个案例，作为精益化运维策略建设思路的引导。
在一定周期内，若风电场长期持续运行在高发电量产出状态，则风电场整体出力就大，这种情况，应该采取什么样的运维策略呢？
先分析持续大出力状态容易对哪些部件造成损伤。首先是旋转部件，如发电机轴承，持续大出力状态下，轴承高负荷发热，很有可能出现润滑不良、润滑脂老化快、磨损、移位等问题；其次是电力输出主回路的关键部件，如动力电缆、电缆接头，长时间高负荷，必然是发热量大，振动大，疲劳载荷大，由此可能造成的影响是，电缆发热、绝缘老化快、接头松动、机械磨损剧烈等情况。
基于上述分析，应采取的运维策略就是，在长时间处于满负荷出力时间周期内，增加巡检的频次，同时，巡检中重点检查的部位是轴承润滑是否良好、电缆绝缘是否正常、电缆发热是否异常、电缆接头是否松动，这样，运维策略就有了侧重点。再进一步，可以在进入长时间满负荷出力周期之前，就做好上述预防性检查、检测、维护保养，那将未雨绸缪，降低满负荷期内的停机，从而大幅提升总体发电量。
6结束语
本文对精益化风电运维思路进行了细致分析，希望能对风电现场制定实际运行维护策略带来一定启发，让我们低成本、高效率的完成风电场运维，在风电场20年寿命期内获取最大收益。后期，还可以再提升一步，变日常巡检、定检为远程监控、数据分析挖掘，制定预防性维保策略，实现风电场无人值守，或者一个运维团队即可同时承接多个风电场的运维。
7参考文献
[1]梁宏.对风电场运维管理的探讨[J].装备制造技术，2013（5）：296-298.
[2]杨金宝，查显宝，张健，白文斌.浅析优化风电场运维管理提高经济效益的方法[J].风能，2014（12）：50-54.