智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)研究

吳 巍

（華能新能源股份有限公司蒙東分公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

0 引 言

目前，隨著世界各國(guó)對(duì)環(huán)境污染的重視不斷加強(qiáng)，清潔能源需求更加強(qiáng)烈，因此清潔能源發(fā)展不斷加快。風(fēng)力發(fā)電作為清潔能源最主要的組成部分，應(yīng)用前景廣闊。國(guó)內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量已從最初的幾十千瓦發(fā)展為今天的兆瓦級(jí)，風(fēng)電場(chǎng)也由初期的數(shù)百千瓦裝機(jī)容量發(fā)展為數(shù)十萬(wàn)千瓦裝機(jī)容量的大型風(fēng)電場(chǎng)。隨著風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量的逐漸增大和風(fēng)電在電力網(wǎng)架中的比例不斷升高，風(fēng)電場(chǎng)的智能運(yùn)行維護(hù)逐步成為一個(gè)新的課題。

隨著人工智能、圖像識(shí)別等技術(shù)的飛速發(fā)展，加強(qiáng)其在風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，構(gòu)建設(shè)備狀態(tài)全景化、數(shù)據(jù)分析智能化、設(shè)備管理精益化風(fēng)電場(chǎng)變得不再遙不可及，最終實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場(chǎng)集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風(fēng)場(chǎng)建設(shè)，達(dá)到企業(yè)精準(zhǔn)、精細(xì)、經(jīng)濟(jì)化的管理要求，從而提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 當(dāng)前風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)方式

1.1 風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的主要內(nèi)容

風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、升壓站變電、配電設(shè)備和輸電線路等設(shè)備的巡檢與維護(hù)工作。

1.1.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

通過中控室的監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)變化及運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常變化趨勢(shì)時(shí)，通過監(jiān)控程序的單機(jī)監(jiān)控模式連續(xù)監(jiān)視該機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)的變化情況，并根據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的處理措施，預(yù)防設(shè)備損毀、風(fēng)機(jī)停運(yùn)等事故的發(fā)生。

定期到每臺(tái)風(fēng)機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)將風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行，不僅要通過目視觀察等直觀方法對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外觀進(jìn)行巡檢，還要耗費(fèi)大量時(shí)間登上風(fēng)機(jī)機(jī)艙對(duì)其內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行巡檢。若發(fā)現(xiàn)故障隱患，及時(shí)報(bào)告處理，查明原因，排除隱患，避免事故發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1.1.2 升壓站變電及配電設(shè)備

運(yùn)行人員除通過中控室監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)升壓站設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行數(shù)據(jù)、事件信息監(jiān)控以外，還要定期巡檢升壓站變電及配電設(shè)備，記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，根據(jù)運(yùn)行記錄制定相關(guān)的維護(hù)工作計(jì)劃?rùn)z修維護(hù)設(shè)備。

1.1.3 集電線路

風(fēng)電場(chǎng)地理位置偏僻、地形復(fù)雜、氣象條件惡劣、交通不便，一般采用人員登高或借助望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行巡檢，檢查線路上設(shè)備是否存在缺陷。同時(shí)，由于風(fēng)電場(chǎng)的線路較桿塔位置分布較分散，設(shè)備負(fù)荷變化較大，無規(guī)律，且設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)氣象條件往往比較惡劣，輸送可靠性存在隱患。這時(shí)需要巡檢人員加大巡視檢查的力度，確保集電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。以上情況使得集電線路的運(yùn)維工作難度大，耗時(shí)長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)高。

1.2 小 結(jié)

綜上所述，傳統(tǒng)的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維方式主要依托人員巡檢和后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)。這種運(yùn)維方式過度依賴大量的專業(yè)人員，不但人員成本高，安全風(fēng)險(xiǎn)高，而且受各種條件限制存在巡檢盲區(qū)，導(dǎo)致部分缺陷無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，降低設(shè)備運(yùn)行可靠性而存在安全隱患，嚴(yán)重時(shí)甚至引發(fā)運(yùn)行事故，導(dǎo)致整個(gè)風(fēng)電場(chǎng)退出運(yùn)行，最終對(duì)電網(wǎng)整體架構(gòu)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。當(dāng)前，運(yùn)維方式存在智能化程度低、運(yùn)維成本高、安全隱患大等弊端。因此，現(xiàn)代風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)維方式需要進(jìn)行深入改革，朝著更智能、更高效、更可靠、更安全的方面發(fā)展。

2 智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的目的

依托人工智能、光纖傳感、大數(shù)據(jù)、定位導(dǎo)航等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風(fēng)電場(chǎng)，開創(chuàng)設(shè)備安全可靠、人員安全風(fēng)險(xiǎn)低、節(jié)本增效、管理精益高效新格局，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

3 智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)原則

（1）強(qiáng)化標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用，建立裝備技術(shù)規(guī)范、裝備管理規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系，解決規(guī)模發(fā)展和深度應(yīng)用難題，提升運(yùn)檢管理質(zhì)效。

（2）以強(qiáng)化設(shè)備本質(zhì)安全為核心，立足設(shè)備管理需求實(shí)際，推進(jìn)設(shè)備狀態(tài)深度感知，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)防控，提升設(shè)備安全的可控、能控、在控水平。

4 智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)措施

（1）深度融合人工智能、光纖傳感、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合、邊緣智能管控，構(gòu)建智慧風(fēng)機(jī)、智慧升壓站和智慧輸電線路，提升設(shè)備運(yùn)行的安全管控能力。

（2）加快人工智能、圖像識(shí)別、紅外測(cè)溫、定位導(dǎo)航等技術(shù)，在輸電線路、風(fēng)機(jī)內(nèi)設(shè)備和升壓站設(shè)備巡檢工作中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、自動(dòng)記錄、自主導(dǎo)航、遠(yuǎn)程遙控、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等功能，全面覆蓋風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備，提升巡檢效率，降低巡檢成本。

（3）通過光纖傳感技術(shù)增加風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)手段，實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)全方位、立體化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)手段不足，提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行安全可靠性。

（4）利用圖像識(shí)別和紅外測(cè)溫，實(shí)現(xiàn)缺陷檢查、人員行為識(shí)別、車輛行為識(shí)別、表計(jì)讀數(shù)和壓板位置狀態(tài)識(shí)別、安全區(qū)域在線分析、關(guān)鍵設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)等功能，增強(qiáng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)能力，增強(qiáng)人員作業(yè)進(jìn)度及作業(yè)安全管理[1]。

（5）構(gòu)建升壓站、輸電線路精細(xì)化三維模型，便于檢修人員開展檢修模擬和遠(yuǎn)程查勘工作，提高檢修人員的業(yè)務(wù)水平，提升檢修效率。

（6）基于無人機(jī)、智能識(shí)別終端等物聯(lián)感知裝備的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)的全方位感知，實(shí)現(xiàn)缺陷、故障的快速定位和及時(shí)處理。

（7）建立大數(shù)據(jù)分析模型，根據(jù)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及缺陷、故障、隱患等歷史數(shù)據(jù)，自動(dòng)制定檢修計(jì)劃和檢修類型。通過移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)檢修任務(wù)、檢修流程的自動(dòng)下發(fā)以及工作票、操作票移動(dòng)填報(bào)和審批，實(shí)現(xiàn)智能高效的管理模式。

（8）結(jié)合設(shè)備運(yùn)行信息、地理信息等建立大數(shù)據(jù)分析模型，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異常精準(zhǔn)定位、智能預(yù)警，提高維修人員的作業(yè)效率，降低設(shè)備故障的發(fā)生概率。

（9）結(jié)合氣象、災(zāi)害監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、地形地貌，實(shí)現(xiàn)山火、覆冰、雷電等自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和影響范圍的智能分析，提前做好防控措施，減少自然災(zāi)害損失。

（10）構(gòu)建試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析服務(wù)，快速給出試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果并反饋至現(xiàn)場(chǎng)人員，自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，提高試驗(yàn)效率，減少設(shè)備的停運(yùn)時(shí)間。

（11）構(gòu)建儀器儀表校驗(yàn)管理服務(wù)，全面管控儀器儀表準(zhǔn)確性、校驗(yàn)及時(shí)性，強(qiáng)化設(shè)備狀態(tài)動(dòng)態(tài)化評(píng)估，提升設(shè)備試驗(yàn)和檢修的科學(xué)性和有效性。

（12）建立運(yùn)檢績(jī)效評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，持續(xù)提升設(shè)備缺陷、試驗(yàn)、故障等數(shù)據(jù)質(zhì)量，提升指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性，為設(shè)備狀態(tài)綜合評(píng)估提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

（13）建立安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估量化模型，為技改大修項(xiàng)目?jī)?chǔ)備提供有效依據(jù)。

（14）開展全過程技術(shù)監(jiān)督管控，探索技術(shù)監(jiān)督大數(shù)據(jù)分析，提升技術(shù)監(jiān)督工作標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和精益化水平。

5 智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)研究效果總結(jié)

智能化風(fēng)電場(chǎng)不僅實(shí)現(xiàn)了設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、設(shè)備廣泛互聯(lián)、狀態(tài)深度感知、數(shù)據(jù)融合貫通、資源開放共享、管理精益高效，而且延長(zhǎng)了設(shè)備巡視周期，減少了巡檢人員，提升了巡檢技術(shù)水平，減輕了巡檢作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了巡檢效率，降低了風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維成本和巡視人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維系統(tǒng)在實(shí)際巡檢工作過程中的優(yōu)勢(shì)，如表1 所示。

表1 智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維系統(tǒng)在實(shí)際巡檢工作過程中的優(yōu)勢(shì)

風(fēng)電場(chǎng)智能運(yùn)維系統(tǒng)的實(shí)施有助于延長(zhǎng)設(shè)備的人工巡視周期，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，減少運(yùn)行人員和巡檢人員數(shù)量，有效節(jié)約運(yùn)維成本，同時(shí)減少風(fēng)機(jī)停機(jī)時(shí)間，提高設(shè)備運(yùn)行效率，提升風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理水平。

6 結(jié) 論

通過研究智能化風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)研究，有助于開創(chuàng)設(shè)備安全可靠、管理精益高效的風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)方式的新格局，有利于實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、無人值班、少人值守、區(qū)域檢修的智慧風(fēng)電場(chǎng)，提高企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，也必將成為風(fēng)力發(fā)電事業(yè)高質(zhì)量快速發(fā)展的助推器。