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基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略

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第 34 卷
略是由 Berg. M 提出的[6]，目的是解决由两个相同 部件组成且寿命均服从指数分布的维修问题。该策 略定义当系统中一个部件出现故障时，如果另一个 部件的役龄超过给定阈值，则将两部件都进行维修 或更换处理。文献[8-9]研究了考虑随机故障的机会 维修，通过优化系统各部件预防性维修役龄和机会 维修役龄，使系统的维修费用最少。文献[10]对随 机性机会更换维修模型和确定性机会更换维修模 型进行建模分析，运用黄金分割法对预防性维修可 靠度和机会维修可靠度进行优化，并通过算例仿真 证实了机会维修模型的可靠性，但是所有部件的预 防性维修可靠度和机会维修可靠度采用的都是相 同的数值，不能反映不同部件可靠度函数的不同。 文献 [11-13] 分别给出了复杂设备预防性检修最优 间隔确定的维修优化模型，但没有考虑设备各部件 在维修时存在的经济相关性，维修之间没有配合。 本文以实现降低总维修费用为目标，提出了针 对风电机组的预防性机会维修模型。其基本原理是 在预防性维修的基础上引入机会维修的概念，考虑 系统中各个部件的不同可靠度、不同维修费用，以 及部件之间在维修方面存在的经济相关性之后，使 部件之间的维修有了相互配合的机会。即当某个部 件进行预防性维修的同时，其他部件也可能获得维 修机会。多部件同时维修，就能有效地避免单部件 进行维修产生的高额固定维修费用、停机损失费用 以及发电损失，达到节约总维修费用的目的。该预 防性机会维修策略的实施步骤为：首先，根据风电 机组的历史故障数据建立各个主要部件的寿命分 布函数和可靠度函数；其次，利用各部件的可靠度 函数由无故障运行的可靠度要求，求得对应的预防 性维修时间；接着，对每个部件定义一个机会维修 可靠度，使其大于该部件的预防性维修可靠度，再 结合可靠度函数确定机会维修时间。当某部件 i 达 到预防性维修时间时，看其他部件(除部件 i 之外) 的运行时间是否进入本身的机会维修区间，若进入 则与部件 i 同时进行维修。最后，通过算例的仿真 分析，证实预防性机会维修策略比只针对单部件的 预防性维修更加经济。
原理如下：当部件可靠度到达预防性维修可靠度 时，结合该部件的可靠度函数可以确定其预防性维 修时间，此时对该部件进行预防性维修。本文在预 防性维修时间的基础上提前一个时间间隔，定义机 会维修时间，使部件的维修可以提前，维修时间由 原来的一个时刻扩大为一段时间，形成机会维修区 间，这样就使各个部件维修之间有了配合的机会。 对到达预防性维修时间(可靠度)的部件，与此刻未 到达预防性维修时间但落入机会维修区间的其他 部件实施共同维修。 一般，设备在上次检修完成之后，对本次运行 的影响可能出现 3 种情况， 分别是 “恢复如新” 、 “恢 复一定功能” 、 “恢复到维修前状态” 。因此，可通 过定义一个修复因子λ(0≤λ≤1)来表征上次检修对本 次运行的影响。当λ=1 表示上次维修使部件“恢复 如新” ， 役龄回退到零； 当λ=0 表示此次维修只能使 部件“恢复到维修前状态” ，在此基础上继续运行， 役龄没有回退；当 0<λ<1 表示此次维修使部件“恢 复一定功能” ，但是不能“恢复如新” ，役龄回退一 定程度。下面，给出了一个多部件系统机会维修的 原理示意图， 如图 1 所示。 由 N 个部件组成的系统，
R(i)(t)
(i ) ΔT
(i ) Ro
(i ) Rp
(i ) ΔR
0 R(j)(t)
To( i )
Tp(i )
t
( j) ΔT ( j) Ro ( j) Rp
( j) ΔR
0 R (t )
(k )
To( j )
Tp( j )
t
(k ) ΔT (k ) Ro (k ) Rp
(k ) ΔR
1 基于可靠度的预防性机会维修原理
对于一个由 N 个部件构成的系统(或设备)，利 用 “可靠度” 来定义系统每个部件的机会维修概念。 由故障统计可得，系统各部件的可靠度函数是随运 行时间单调下降的。基于可靠度的预防性机会维修
0Байду номын сангаас
(k ) To( k ) Tp
t
图 1 预防性机会维修的原理图 Fig. 1 Principle diagram of preventive opportunistic maintenance
第 34 卷 第 22 期 2014 年 8 月 5 日
中
国 电 机 工 程 学 Proceedings of the CSEE
报
Vol.34 No.22 Aug.5, 2014 ©2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 3777 中图分类号：TM 614
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.22.024
第 22 期
赵洪山等：基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略
R(t) 1.0
(i ) Ro
(i ) Rp
3779
对于其中任意的部件 i，j 和 k，当部件 k 运行到其 预防性维修时间 Tp( k ) 时，该部件按计划实施预防性 维修。 从图中看出， 在时刻 T
(k ) p
部件 i 和 j 都没有到
文章编号：0258-8013 (2014) 22-3777-07
基于可靠度的风电机组预防性机会维修策略
赵洪山，张路朋
(新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)，河北省 保定市 071003)
Preventive Opportunistic Maintenance Strategy for Wind Turbines Based on Reliability
0 引言
系统或部件的维修策略主要有事后维修与预 防性维修两种模式：事后维修指当系统或者部件发 生故障后再进行的维修行为，其目标是希望恢复系 统或者部件本身原有的功能属性；预防性维修指当 系统或者部件已经正常工作较长的时间后，在预订 的时间对其进行维修，以防止部件故障的发生，继 续发挥其应有的功能。其中，预防性维修又分为定 时维修和状态维修[1]。对于多部件可修系统，维修 策略的不同，会直接影响其维修费用。 风电机组是由叶轮、传动系统、发电机、偏 航系统以及塔柱等部件组成，是典型的多部件串 联可修系统，其中某个部件发生故障，则整体停 止运行。对于风电机组的各部件，通过对其历史 故障数据的统计分析，可以得到其寿命和可靠度 分布规律，继而可以实施以可靠度为指标的预防 性维修[2]。 但是每次实施预防性维修时都会因为停 机产生高额的停机损失费用和固定维修费用，如 人力成本、维修工具费用、租赁吊车费用等，且 每 次停机都会 造成上网发 电所得经济 效益的 损 失。而对于整个风电机组，各部件之间存在结构 相关性、经济相关性等相互作用关系，正是这种 相互关系可以为整个机组的维修提供一个相互配 合的机会，实现提高期望效益或使用可用度、降 低维修费用或停工时间等[3-4]。 国内外研究者对多部件系统的维修原理进行 了大量研究[3-13]。主要的维修原理分为 3 类：批量 维修、分组维修和机会维修[5]。其中，机会维修策
ΔR
0.8 0.6
(i ) (i ) ΔT = kR ΔR
达自身的预防性维修时间，但是部件 j 的运行时间 进入了自身的机会维修区间 [To( j ) , Tp( j ) ] ，因此它获 得了一次维修机会，可以与部件 k 同时进行维修； 而对部件 i 来讲，时刻 Tp( k ) 并没有进入它自身的机 会维修区间 [T , T ] ，因而部件 i 不需要维修。 实施机会维修的优点在于这种维修方式能够 节省维修费用和降低停机次数。当系统的每个部 件按照各自的预防性维修计划单独进行维修时， 每次维修都需要一定的固定维修费用和停机损失 费用。对于当前正在实施预防性维修的部件，此 时如果考虑机会维修的方式，和与该部件预防性 维修时间 ( 或可靠度 ) 相近的其他部件同时进行维 修，就只需要花费一次固定维修费用，能够大大 节省总维修成本。
ZHAO Hongshan, ZHANG Lupeng
(State Key Laboratory of Alternate Electrical Power System with Renewable Energy Sources (North China Electric Power University), Baoding 071003, Hebei Province, China) ABSTRACT: Each maintenance action for key components of wind turbine may result in high fixed maintenance cost, outage cost and loss of power generation. Aiming at this problem, the paper proposed a preventive-opportunistic maintenance strategy. According to the performance requirements of the component reliability, the preventive maintenance schedule time of components whose deterioration characteristic was described by Weibull distribution was calculated. The opportunity maintenance interval was evaluated by the product of the defined opportunistic maintenance reliability margin and the reciprocal of the absolute value of slope at preventive maintenance instant on the reliability function. Considering the maintenance cost as the objective function, the optimal opportunity maintenance interval was solved by the quadratic parabola interpolation method to obtain the minimum maintenance cost. The actual maintenance case of a wind farm was simulated to verify the effectiveness of the proposed maintenance strategy, and the simulation results show that this strategy can reduce the number of downtime and save more maintenance cost than preventive maintenance strategy, and thus its effectiveness was verified. KEY WORDS: wind turbine; reliability; preventive opportunistic 而证明了该策略的有效性。 关键词：风电机组；可靠度；预防性维修；机会维修；机会 维修区间

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风电机组叶片维护装备的故障预测与预防措施

风电机组叶片维护装备的故障预测与预防措施

风电机组叶片维护装备的故障预测与预防措施随着全球对可再生能源的需求不断增加，风能作为一种清洁、可再生的能源形式得到了全球范围的广泛应用。

而风电机组的叶片作为转动动能的核心组成部分，其运行状态的稳定性和可靠性对于风电发电的效率和安全性起着至关重要的作用。

然而，由于长期暴露在恶劣的气候环境中，风电机组叶片容易受到各种因素的影响而出现故障，进而影响风电发电的效率和运维成本。

因此，对风电机组叶片维护装备的故障进行预测和预防措施的研究变得尤为重要。

一、风电机组叶片维护装备故障的预测方法1. 传感器监测技术：通过在风电机组叶片上安装各种传感器，实时监测叶片的振动、温度、风速等参数，并与预设的故障阈值进行比对分析，一旦超过阈值，就会发出警报，提醒运维人员进行相应的维护。

传感器监测技术可以实现对叶片故障的快速发现和定位，提高风电机组的安全性和可靠性。

2. 数据分析技术：通过收集和分析风电机组叶片的历史运行数据，运用机器学习、人工智能等技术，建立预测模型，预测叶片的故障概率和故障类型。

数据分析技术可以帮助运维人员提前制定相应的预防措施，降低叶片故障带来的损失。

3. 声学检测技术：通过在风电机组叶片上安装声学传感器，实时检测叶片的声音变化，并通过分析声音的频谱特征，来判断叶片是否存在裂纹、疲劳断裂等故障。

声学检测技术可以实现对叶片隐蔽故障的准确诊断，为维护人员提供更有效的指导。

二、风电机组叶片维护装备故障的预防措施1. 定期检查和维护：定期对风电机组叶片进行全面的检查和维护是预防故障的基本措施。

包括清洁叶片表面的污垢，检查叶片表面是否存在裂纹或损伤，检查叶片与轴的连接是否紧固等。

2. 加固修复：一旦发现叶片存在裂纹或损伤，应立即采取加固修复的措施。

可以使用复合材料进行叶片的修复，确保叶片的结构和力学性能正常。

3. 预防冰冻：在寒冷的冬季，风电机组叶片容易受到冰冻的影响而出现故障。

为了预防叶片被冻住，可以采取一些预防措施，如在叶片表面涂覆特殊的抗冰涂层，或者安装叶片加热装置，及时熔化叶片上的冰。

风电场中风力发电机组运行的常见故障及针对性处理建议

风电场中风力发电机组运行的常见故障及针对性处理建议

风电场中风力发电机组运行的常见故障及针对性处理建议摘要：风力发电是可再生能源领域的重要组成部分，风力发电机组在风电场中起着关键作用。

然而，风力发电机组常常面临各种故障，本论文介绍了现代风力发电技术中的故障预测与维护策略，以提前发现潜在问题并采取预防性维护措施，从而降低故障对风电场的影响。

关键词：风电场；风力发电机组；故障在当前全球对可再生能源的需求不断增加的背景下，风能被广泛认为是一种可持续的清洁能源，已成为能源领域的关键组成部分。

风力发电机组作为风能转化为电能的关键设备，在风电场中扮演着至关重要的角色。

然而，尽管风能的利用具有显著的环境和经济优势，但风力发电机组在其长期运行过程中常常面临各种故障，这些故障可能导致电力生产效率下降、维修成本增加，甚至影响电力网的稳定性。

本论文将深入探讨风力发电机组在风电场中运行过程中可能遇到的各种故障类型，并提供针对性的处理建议，旨在帮助维护人员和运营商更好地应对这些挑战。

一、常见故障类型在风力发电机组的运行过程中，常常会遇到不同类型的故障，这些故障可以大致分为三类：机械故障、电气故障和控制系统故障。

以下将简要介绍这些故障类型以及可能的原因。

（一）机械故障机械故障在风力发电机组运行中占据着重要地位，它们是由于多种复杂因素交互作用引起的，常见的机械故障包括叶片损坏、轴承故障和发电机故障。

这些故障不仅对风力发电机组的性能和可靠性构成威胁，还可能对能源生产和维护成本产生不利影响【1】。

（二）电气故障电气故障在风力发电机组的运行中占据重要地位，涉及电缆、接线以及发电机的定子和转子。

这些故障可能是由多种原因引起的，包括电缆老化、不正确的安装或动物造成的干扰等。

电气故障不仅会威胁风力发电机组的正常运行，还可能对电网稳定性和维护成本产生负面影响。

（三）控制系统故障在风力发电场中，控制系统的稳定运行对于风力发电机组的性能和安全至关重要。

控制系统故障包括风速控制问题和故障监测系统问题，它们可能由于多种原因引起，包括传感器故障、软件问题或通信中断等。

风力发电系统的可靠性分析与改善

风力发电系统的可靠性分析与改善

风力发电系统的可靠性分析与改善引言能源是人类社会发展的重要动力源，而可再生能源因其清洁、可持续的特点备受关注。

在可再生能源中，风力发电因其丰富的资源和较低的污染排放成为热门选择。

然而，与传统能源相比，风力发电系统的可靠性仍存在一些挑战。

本文将分析风力发电系统的可靠性问题，并提出改善策略，以确保风力发电系统的稳定运行。

一、风力发电系统的可靠性问题1. 设备故障风力发电系统中的多个组成部分，如风轮、发电机、传动系统等，都可能发生故障。

其中，风轮结构复杂、容易受到恶劣气候条件的影响，容易出现疲劳破坏；发电机的转子绝缘老化、轴承失效等问题也是常见的故障类型。

这些故障会导致系统停产时间的增加，降低系统可靠性。

2. 风速不稳定性风速的不稳定性是影响风力发电系统输出功率波动的重要因素。

风速的突变和急剧变化会对风力发电机组的运行产生负面影响，降低发电效率和可靠性。

此外，地形、环境等因素也会导致风速的不均匀分布，进一步增加了系统的不稳定性。

3. 资源可靠性风力发电系统的可靠性还与其资源可靠性密切相关。

风能资源丰富与否、发电地点的地理条件等因素都会影响到系统的可靠性。

有些地区可能存在风速非常低或非常高的情况，这会显著影响系统的稳定性和可靠性。

二、改善风力发电系统可靠性的措施1. 设备检修和维护定期检修和维护风力发电设备是确保系统可靠性的重要措施。

通过定期检查发电机、风轮以及传动系统等关键部件的状况，及时发现并修复潜在故障，可以减少系统故障率，提高设备可靠性。

2. 风力发电系统设计优化通过对风力发电系统的设计优化，可以提高其可靠性和抗干扰能力。

例如，采用先进的材料和结构设计，增加设备的抗风性能；合理配置系统各部分，减少传动系统的能量损耗和摩擦；应用智能监测装置，及时检测和预测故障，可以提高系统的稳定性和可靠性。

3. 增加备用发电机组为了应对可能出现的故障和突发情况，增加风力发电系统的备用发电机组是一种常用的策略。

通过配置备用发电机组，可以在主机组发生故障时及时切换，减少系统停产时间，提高系统可靠性。

以可靠性为中心的维修在风电行业的应用

以可靠性为中心的维修在风电行业的应用

以可靠性为中心的维修在风电行业的应用本文将从以可靠性为中心的维修技术介绍出发，对RCM技术的应用优势和目前的实施现状进行浅要分析，并提出相应的应用建议，希望对RCM技术在风电设备维修领域以及各方面领域的应用提供借鉴意义。

标签：风电行业;RCM技术;维修前言伴随着可再生能源的不断发展，风能对人们发现并广泛开发。

伴随着我国风机规模的不断扩大，对于风电设备的安全管理与维修已经当前行业的焦点问题之一。

要想做好风电设备的安全运行管理工作，一方面需要对当前风电设备市场中现有的维修技术进行调研，并且对风电设备多运行技术和状况有着详细的了解。

另一方面，还需要不断借鉴如核电等其他可再生能源设备管理体制，不断完善健全设备管理与维修制度，形成以可靠性为中心的维修制度，提高风电设备维修管理水平。

一、以可靠性为中心的维修1.RCM技术方法介绍及应用以可靠性为中心的维修最早应用与航空航天工业中，后来伴随着不断的普及与发展逐渐应用于电力与民用工业等多个领域。

是一种能够满足设备在运行情况下，对设备中存在的问题与故障进行维修的工程方法。

其主要特点是能够在不影响设备运行的情况下，达到修复故障的目的。

主要基本思路是通过对设备的故障进行分析，合理判断出其产生故障的原因与解决问题的详细方案，然后通过技术手段对设备故障进行维修，保证设备安全平稳的运行。

我国对RCM技术的应用起源于80年代。

经过不断的发展与研究，首先在核电站中推广运行，并取得了可观的成就和丰富的经验，通过研究发现，在核电站中运用RCM技术，能够大幅度提高设备运行的效率，降低设备维修的成本。

目前我国正逐渐加大对于此技术的研发力度，希望能够将其应用到更多的领域中，促进各领域的长远发展。

2.RCM技术方法应用优势RCM技术具有强思维性，能够提前对设备可能发生的故障以及发生故障引发的后果做出预判，并设置相应的预防性策略，与传统的设备管理与维修方法相比，具有更强的预防性与针对性。

另一方面，RCM技术能够对设备的功能和故障进行分类，并充分借鉴有关的维修经验，以及此设备的以前维修的历史等参数，为设备的维修和故障的解决提供准确的判断依据，从而更快地找寻到故障所发生的原因，并制定出高效的故障解决方案，节约维修的时间和设备维修的资金消耗。