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CWPE2019:施耐德电气冰峰:施智赋能,提升风电电气系统可靠性

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-28   来源:东方风力发电网  浏览次数:115
核心提示:2019年11月22—23日,第四届中国风电电气装备与微电网技术高峰论坛暨中国电器工业协会风力发电电器设备分会二届四次年会于江苏苏州召开,本次会议的主题是“智慧能源、智能制造、智控微网”。施耐德电气(中国)有限公司行业市场经理冰峰在会上为大家带来了题为《施智赋能,提升风电电气系统可靠性》的精彩演讲。
   2019年11月22—23日,第四届中国风电电气装备与微电网技术高峰论坛暨中国电器工业协会风力发电电器设备分会二届四次年会于江苏苏州召开,本次会议的主题是“智慧能源、智能制造、智控微网”。施耐德电气(中国)有限公司行业市场经理冰峰在会上为大家带来了题为《施智赋能,提升风电电气系统可靠性》的精彩演讲。



 
  以下为演讲实录:
 
  我在施耐德电气负责行业市场,尤其是新能源行业。我带来的题目是施智赋能,提升风电电气系统可靠性。今天以及昨天各位专家也提到了很多在风电系统提升可靠性的必要性,那我今天来为大家回顾一下在风电行业为什么可靠性这么重要?
 
  目前所处的能源发展阶段,按照国外的一些说法,我们是处于第四次能源革命,第一次是人类首先使用了火,到后面是生物能源到化石能源以及到我们的新能源。第四次能源革命是与三次能源革命不同的革命,是整个全人类主动性能源的革命,其实也是肩负着未来清洁能源和可再生能源发展的重任,这张图大家可以猜猜我要讲什么故事,这是一个谐音“LONDON”、“LonDON  ON、LonDON  Off”。今年的8月9号在伦敦发生了严重的事故,正当一个周五的下午大家都在赶着回家的路上时间,大约下午五点,突然所有的公交系统瘫痪了,所有的用电设备停了,到底发生了什么样的情况呢?  当时因为是有雷电的天气状况,在伦敦南部地区它的一个燃气电厂以及伦敦南部的海上风电受到了雷击,先后两大电厂发生了设备的脱网,由于频率波动导致的脱网,致使英国的海上风电电厂800万兆瓦的设备,其中737兆瓦产生了脱网。导致了包括伦敦地区在内的英格兰地区和威尔士地区的大范围停电,事故停滞了一、两个小时才恢复。可见电力系统的可靠性和新能源的可靠性,对于生产生活和正常社会的运营产生至关重要的影响。
 
  电力的生产大家也知道,通过几个重要的环节,一个是通过风机产生电力,通过风压升压,通过电网实现传输,整个铁三角的过程中是环环相扣,每个环节的可靠性影响到系统的可靠性。我们圈内人都知道,不管是  陆上风电还是海上风电运行的环境相当恶劣,包括振动和海上风电的盐雾以及粉尘的影响,无论是机械系统还是电气设备系统都存在可靠性的风险。另外是风电系统一般地处偏远、人烟稀少,运维难度以及运维的成本都特别高,导致了运维提出了重要的要求,一旦发生了不可靠性,一旦发生安全性的问题,它造成的损失也是相当严重的。另外风机或者是风电厂的设计遵循20—25年的长生命周期的设计,如何保证长生命周期中连续、稳定地安全运行,保证功率输出,减少弃电现象的发生,这也是对可靠性提出了高的要求。
 
  这张图我们就是拿陆上风电的例子做分析,我们从国内的某开发风厂的开发商那里拿到了故障统计,包含了所有的机械系统以及电气系统。这两天我们也看到整个的各位专家会把风电电厂分成十几个子系统来看,从发电电流、风电箱变等按照故障次数的权重和发生时间的权重做了类比和分析,发现我们在风电的变流器、箱变等一些电气设备所造成的影响是最大的,从次数上来看可以影响到电厂故障次数的77%左右,造成的整个停电时间可以造成权重为60.2%的影响。右边也举了两个例子,在某风厂运行了两年,由于简单的问题,由于并网开关的螺栓松了,导致螺栓断在变流器中,导致了烧毁事故,这跟维谛的赵总所提的一样的,安全性、可靠性在海上风机行业是属于一个非常重要的话题。
 
  另外我们看到另外一个案例,就是下面的这个案例,在2019年的6月,刚刚发生不久,某风厂运行了6年时间,刚好是因为风电行业是5年质保,6年时间是刚刚出保一年,风电变流器烧毁,机舱和叶片严重烧毁,风厂66台风机在2017年出保,导致整个的运维发生了严重的问题。对于业主面临的很大的挑战是所有的设备都出保了,我如何把我目前的风厂能够提升它的可靠性和稳定性,这也是非常重要的话题,对于业主来说,它面临的是很大的资金压力的成本。所有的设备它想换更新型和更智能化的设备,后期投入要比前期投入还要多。
 
  接下来看看海上风电的例子,这个例子就更加地明显了,左下角是一个失效曲线图,就是横坐标是一个时间轴,纵坐标是一个失效率的数值。可以看到红色的曲线就是拐弯下来的曲线它指的是什么呢?新装机在测试调试以及初步运行阶段发生的概率,那是随着时间的增加是逐步下降的。那在疲劳和  长时间运行引起的效率是黄色曲线是逐渐降低的。而随机出现的是绿色曲线是相对恒定的数值,综合起来是蓝色的曲线,就是可以观察到的失效率,有一段中间的稳定运行期,随着时间的增长风厂十年以上的时间,随着年限的增长就会逐渐提高。这是英国海域500台风机的这样一个项目,大概是在前几年发生的一个故事,所有的业朱累计装机容量4500多台中,有10%发生了运维事故。运维检修过程中发现机械部分包括风机叶片和齿轮箱以及电气部分,控制、电流等陆陆续续地发生了一些问题,那怎么办?他就要进行检修,而大家知道海上风电的检修成本是一个海量的数字,可能各位专家对各国内的海上风电和陆上风电维修的成本都相对比较熟悉了,那我们看看在国外在英国地区,以及德国、法国地区它的海上风电运维成本大家可以猜猜大概是多少金额一台?可以心中默想一下,那这个数字是巨额的,可能是国内的几倍了,一百万英镑每台风机的金额,相当于这台风机初始投资5%—10%的费用,仅仅是一次维修的费用。那其中包括简单地跟大家汇报一下,租船15万英镑/天,昨天专家提到了还要看海况和天气情况导致的因素,有可能船出了也出不了海,到了桩的门口也上不了桩,另外平时的维修费用和维修的时间,我5天才能维修好一台风机,人工成本25万英镑/台风机,费用高额不下,导致了运维方面有非常大的困难。这也是从另外一个角度说明风机的可靠性,整体风机的运营成本和全风厂的生命周期都是有影响。
 
  如何应对这样的挑战呢?施耐德电气在海上风电这一比较细分的领域已经有较多的经验了,我们是一家法国公司,在欧洲我们跟维司塔斯等大的风电集团都有合作。在与客户充分交流的基础上,我们总结了三个必要的条件能够保障整个电气可靠性的要求:第一个是设备选型,第二个系统配合,第三个是运维优化。这个铁三角对于风电行业的可靠性,尤其是电气行业缺一不可,设备选型确保设计初期选型就要有组的可靠性和稳定性,尤其是风电行业有特殊要求的情况下,选普通产品肯定是不行的,另外是风厂一般来讲都难以运维,那人员上次去的次数非常少,这就保证了整个风机的主机和电流器等一些大的设备,以及我们自己的一些断路器和配电的一些设备和元件要有很高的智慧化,就像昨天专家提到的要有超感知的能力,我们把实时状态感知出来上报系统。
 
  系统配合是我们在不同层次的设备以及元件之间要达到高可靠性的配合,同时满足整体系统的设计。比重最大的一块也是这两天专家提得最多的一块,就是运维的重要性,前面提到运维成本,在风厂整体的运维成本占到风厂全生命周期投资的比例超过了60%—80%,所以运维优化显得尤为重要。运维这两天讲得比较多,其中的一个要点是运维要有数据,没有数据的运维都等于说是空谈。另外是运维我们要提一个预防性的维护,因为所有的故障在爆发之前,除了之前提到Run的Flile之外,其他的都是可以查的。我们这两天了解到一些技术,包括震动的检测技术,包括对声音的检测技术,都有很多新的技术手段来保证数据和运营维护的实现。另外是对于风电系统,我们运维的可靠性分析也很重要,在边缘控制和基于云的网络服务上都会实现。最后是风电资产优化的管理,建风电厂可能前几年一直靠补贴,现在还在靠补贴,可能未来补贴越来越弱,如何将我们资产进行优化管理,使建风厂不光是为了实现这种补贴方面层次的经济效益,而是说真真切切地从发电本身创造它的经济价值,将它的资产作为优化,让它的初始投资最终在5年、10年、15年产生一个高额的投资回报率,使得这一行业能够顺利地有序地向前、往前发展,风电厂的资产化管理也是非常重要的。
 
  基于对客户的理解,对于风厂的理解,我们施耐德有一个黄金法则,其实这个黄金法则其实也是对各个行业都是基本适用的。我们把所有的电气设备和控制设备分三个层次,施耐德电气叫三层架构:第一层是互联互通的产品,第二层叫边缘控制或者是区域控制,第三层是广泛意义上的应用、分析和服务。那么这种架构其实大家可以作为一个公式或者是一个模板套用到各个行业,不光是风电行业、光伏发电行业,甚至是商业建筑行业,我们的冶金行业、数据中心行业,以及我们的电子厂房行业都可以应用到类似的架构,只不过里面设计到的专有产品或者是控制软件有区别而已。为什么我们需要底层的互联互通的设备呢?刚才提到设备本身是有可靠性,没有设备作为基础,上层的可靠性几乎是无法谈。另外是我们的设备也越来越多地具有超感知的能力,也就是说它的传感器都已经预设在各个元器件的内部,导致了它可以实时地感知到资深的状态,以及运维的需求,同时它可以互联互通,不仅仅是感受到自己的需求,可以和其他的软件设备和上升软件实现信息的共享和融合,使得他们不再是孤立的元器件,他们有血有肉,是整个骨架中的重要环节。区域控制其实很多时候我们有不同的区域控制软件,包括我们的运维软件、包括我们的电力控制软件甚至是一些架控专家支持我们从第二层到第三层整体的架构。对于第三层软件来说,那其实国内开发现在也是比较充分了,我们的国产品牌还有进口品牌,其实这方面都是有较多突破性的进展。第三层很多时候是基于云的服务,通过大数据将不同项目、不同地域的一些项目进行一个类比,通过大数据分析结合一些环境因素的影响,将你所收集到的数据进行加工和整理,最后给你一个整体的解决方案。这一层的背后其实不光是机器学习,包括是大数据的一些技术在后面,其实还是有很多的专家和顾问来帮助大家支持到整个风电设备的运维和资产的增值。
 
  接下来举礼分别来看看三层的特点,这个其实是施耐德电气比较著名的一款设备,是框架断路器,从老的系列到智能化的XTZ,这不是为了做广告,而是希望通过元件来为大家介绍现在的元件和设备制造达到了怎样的先进。对于开关断路器做电的比较了解,它本质上是开关,本身的功能是在过电留、过电压,系统发生电气故障保证整个系统在合适的时间和工况下断路,这是一个断路器。这个断路器已经是非常自动化的自检系统,它能够检测开关动了多少次,储头磨损到什么程度,预计到多少时间需要更换储头。并且优化了设计,在很高、严苛的情况下抵御外部的冲击,同时也有很高的特性。针对这个断路器,现场工程师爬到上面做运维的时候,我们相应地也是配了很多的软件,手机上安一个APP现场一扫码就能读到手机上蓝牙和NFC的通信形式,就能读取到断路器所有关键的信息,包括它的维护信息和故障信息。可能这个工程师之前我也听很多风电行业的人聊,可能这个工程师既需要懂机械又需要懂电,所以它对于整个设备的运行是有非常重要的意义。但是我们拿这个软件有什么用?这个软件就可以很好地指导你,我这个断路器出现了A报警,如何去检测你的故障,如何确认系统处于良好的状态,如何进行一系列的步骤,导致你安全的合闸,不会导致你人身和电网发生故障,这是很明显的助手。另外还有分析的功能,可以看到断路器的状态,帮助运维人员提前做判断。
 
  第二个也是刚才提到的系统层面,我们要跟不同的系统保持良性的合作,细节不谈了,提几个比较重点的地方。第一个是刚才维谛的赵总也提到了,对于人员的安全性大家都很关心,在电气系统中经常会有飞弧的现象发生,刚才提到的这款断路器就可以满足零飞弧的设计。从本身产品来看,它灭弧式的保护效应,喷出的气体没有不带电的,保持整个的电气柜的设计过程中优化设计、缩小尺寸,不用特意留灭弧空间。之后还有比如说我们还会在风机、风电箱变、变电系统设计参数保持分析。然后接触器和空气断路器有完美的二类配合方案,保证各系统顺利运行。
 
  第三块是刚才提到的就是关于钱的问题,那基于一个数据的分析,我们的目标是什么呢?就是使得风厂它的资产在原始投资的基础上尽量减少运维的成本,为发电的可靠性和稳定性,能够提高它的运行周期,为它整个的资产做一个增值。在智慧运维方面,我们也有自己的专家系统,同时我们也广泛地跟OEM厂和风机厂产生一些合作,能够共同开发一些生态圈来为整个的电机系统的稳定性提升它的抗风险能力。
 
  最后一页也跟大家分享一下我们在欧洲所做的实际案例,这是德国的ORKONA这样一个风厂,整个施耐德电气可以做很多的产品,它所涉及的服务也是非常全,这是一个典型的例子。那么在整个的风厂过程中,我们提供了海上风机和升压站的全部的解决方案,尤其是中压配电系统以及具体的变流器当中的开关断路器以及低压的配电系统等子系统,同时我们还提供了远程的监控系统,就是提升它电气安全的可靠性。昨天我们电气专家也提到了,我们通过无人机,通过视觉系统其实是可以更早地发现问题、解决问题,并且以低成本的方式提升运维的可靠性。另外,我们也是在提供设备和元件以及软件的基础上,还为风厂提供了很多综合性的服务,比如说在海上的风机和集电系统和海上升压站提供了调试服务,在后期的运维过程中我们会持续地为电厂的运维人员提供培训和运维的支持服务。这些运维支持也是基于我们智能化和数字化的设备和元件的基础上来提供的。
 
  最后非常感谢大家,也感谢主办方的邀请,希望大家能够健康、愉快,谢谢!
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)

 
 

 
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