CWPE2019:中国电器科学研究院陈川:从电气设备服役环境出发探讨海上风电“降本增效”_东方风力发电网
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CWPE2019:中国电器科学研究院陈川:从电气设备服役环境出发探讨海上风电“降本增效”

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:77
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”。中国电器科学研究院股份有限公司高级工程师陈川在会上为大家带来了题为《从电气设备服役环境出发探讨海上风电“降本增效”》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”。中国电器科学研究院股份有限公司高级工程师陈川在会上为大家带来了题为《从电气设备服役环境出发探讨海上风电“降本增效”》的精彩演讲。


 
  以下为演讲实录:
 
  我今天演讲的题目是从电气设备服役环境出发探讨海上风电降本增效,这个话题是大家关注的话题,我们是做电机设备服役环境的工作,做了近十年的时间。我们把这个问题抛出来有自己的想法,跟大家探讨一下,可能有些地方说得不对,希望与各位专家会后进行交流。
 
  交流是几个方面:货样环境电气设备服役现状,第二个海洋环境电气设备成本举控制,第三个服役环境控制新技术。
 
  简单介绍一下我们公司,公司从1958年开始从事环境适应性工作,最开始是由东欧5国联合组建的国家甲级一类综合应用型研究机构,历数于机械工业部,从事电器产品适应性研究。我们实验室主要是做环境适应性相关工作,包括气侯环境、机械环境、电磁环境、化学环境、生物环境对产品的影响,以及对产品电气设备的服役环境的监测和检测,还有评价和防护技术。
 
  首先是第一块海洋环境电气设备的服役现状。
 
  大会的主题是微电网,在微电网这块我们也做了相关的一些工作,在国内、国外都有微电网相关的示范工程,我们在广东珠海万山岛和海南三沙的永兴岛做了微网项目做了相关的工作,主要是四高环境:高温、高湿、高盐、高辐照,以及腐蚀、老化、绝缘、散热等对设备的影响。这是三沙永兴岛微网的情况,我们这边用的多的是ISA71.04对环境腐蚀评价方法,它是分四个等级,也是利用相关的测试方法和测试的评价准则。可以看到在海南的三沙永兴岛是祖国最南端的城市,辐射环境是比较恶劣的,尤其是在户外1号是阳台,离海100米的距离,腐蚀速率是4万多I每月,3号和5号一个是高低压配电室和加油房,它只是采用了一个空调隔音、密封就可以把环境控制得比较好,大概只有200多I的每月的腐蚀速率。然后是海南万山岛微网,也是对光伏控制室、储备能够室进行了服役环境的监测,可以看到不同材料在不同的环境下腐蚀速率差别是很大的,碳钢800多,其他的铝合金只有一点几,然后海盐粒子,万山岛0.6,琼海是0.5,而在琼海的一个实验室离海边20公里相应的就弱很多了。可以看到各个的储能室,因为万山岛开始的建设没有考虑到相关的环境防护措施,但是环境防护措施也是G2—G3的等级。
 
  这是海水上面风电服役环境的等级的监测,7个风场10余种机型。采用ISO12944—2的评判标准,C1—CX6个等级,我这边没有列CX,因为我们的海洋环境并没有等级表征中那么高,比如说江苏、福建、广东地区是C4—C5,有的只有C3,包括机舱、塔基只有C1、C2等级,基本上右侧的这个放大的图,基本上都是C1、C2的等级,只有少部分的数据是在C2的等级。再看看电气设备内部的环境,我们对每台机组20个点左右,选取了7个关键位置,塔基内、轮毂内、机舱内、机舱控制柜、轮毂亏之柜、交流其柜和塔基控制柜,基本上是G1、G2比较好的等级。然后看盐雾监测,基本上是零点几毫克每平方米每天的含量,我们采用的是国标的方法,也是ISO相关的干片法,这边是我们的实验装置。看看温湿的情况,我们采用机舱控制柜,可以看到大概是同一个海上风电厂,同一时期8家主机厂机舱控制柜温湿度控制情况对比,每家主机厂商温湿控制情况相差很大,相关的也没有一个标准界定。比如说我们按照年平均温度,机舱控制是10度的样子,这在我们这边对环境的影响差异很大。年平均新颖的湿度达到20%,还没有参照月平均的,我也统计了一下月平均温度最高相差30%,平均温度最高15度,这是因为企业的通风散热和防护等级影响是大的。包括我们电气设备的高温高湿还有高变速率差异很大,这会引起凝露、绝缘下降等问题。这是单桩塔筒常见的问题,由于海底本细菌分解和矿物岩导致的硫化氢的问题,下面我把硫化氢的腐蚀危害和对人体的危害进行了解读,基本上3个PPM可以闻到,4个是有害怕,10个是临界点,1000的话人立刻有问题了。这块我没有实测过但是很多的厂找过我们,因为一开始设计没有考虑到这样的问题,在单桩塔筒的底部有的风厂测算到10个PPM了,那人工作8个小时就有问题了,这也是关于污染气体也有相关的标准界定这个事情。这是现场另外一个行业,比如说我们的其他行业中硫化氢还是比较普遍的,尤其是石油石化以及一些矿山,像他们的硫化腐蚀比较严重的,基本上一个月腐蚀就很严重了。然后这边是一个腐蚀的浓度,硫化氢的浓度对腐蚀的影响,基本上可以看到零点零几个PPM对于腐蚀速率很高的,尤其是等级是在零点零几个PPM,一个月后筒就变黑了,这风厂提出的问题,也是大家后续需要关注的问题。
 
  然后是机械环境,这方面由于在做一些工作,基本上海上风电的基础是几种形式,每个形式振动情况不一样,导致继电器的跳闸、接线端子松动等。我们对海上风电也是做了监测,采用相关的方法对震动进行评判,尤其是后面的偏腐蚀的机组,震动更厉害一些,后面也要做相关的研究。另外海上风电面临的环境问题较多,包括气侯环境、震动环境和电磁环境,电磁环境我们以后也要多关注一点,环境的影响是渐变的过程,像慢性病,隐蔽性很强,造成的停机、失效与机械的故障是相当的。
 
  第二块是海洋环境电机设备的成本与控制,这块有些观点跟大家今天的介绍不太相同,所以也是欢迎大家多交流和探讨的。
 
  一般  我们说海上风厂的腐蚀防护基本上是全生命周期的腐蚀环境控制,从出厂、运输、存储、预安装、海运、安装、待机、运行等各个方面都需要相关的控制,我们更多的关注是在运行中,因为毕竟运行中的时间是整个生命周期最长的时间,包括温湿度的监控,除湿、除盐雾等相关的工作。就我们的了解,有些东西可能我这边了解的信息不够全,但是我就是根据我们的了解进行一个归纳。一般现在海上风厂都是借鉴国外的经验,他们都会采用一个较高等级的防护产品,但是价格会很昂贵,基本上是普通型产品的2—4倍,我们也是对它相关的产品做过环境实验和微观分析,他们相关的产品确实很可靠,基本上都是采用气隙防封堵的方式,但是海上风电是否需要这样高等级的产品以及它是否可以防护20—25年。
 
  我简单对比一下,国外的海上风电它的塔筒防护等级都是按照C3、C4的等级,根据我们的实测数据国内外海上风机无论是从腐蚀速率和盐雾等级,国外是国内的3—8倍的范围,可以看到在常采用的ISO的挂片法在国外的情况和国内的情况差别还是很大的。下面的两个是我们经过一年,国内A3钢没变化,而国外的变化很大的,他们的腐蚀等级还是在C2,而国内的是在C1,这样少了一个等级。国外海上风电环境的要求是否适合国内,是否从这个角度进行成本控制。我国海水4上风机腐蚀环境是否按照C4设计,是否有必要采用这么高等级的产品。这是我们和陆上进行的比较,海上风电进入内部的盐雾浓度,基本上是相当于我们内陆的10—20倍的等级,基本上很难测到,我们的设备的临界点基本上是在50公里这样的范围。海上风组从盐雾和腐蚀的角度还是一个C1和C2等级的概念,其实等于说我们海上设备的腐蚀环境从盐雾与陆上是差不多,是否还要考虑海上的盐雾设计是需要探讨的问题。还有温湿度、盐雾、振动等相关的环境应力作用。
 
  下面的是我个人的一些观点,我们可以节省什么东西?电气设备的防护等级是否可以从C3降到C2,我们的涂镀层是否采用那么厚,还有是否采用与陆地上面相同防护工艺产品,国产品牌是否可以做相关的事情。还有维护方面,是否可以通过环境的监测去提前预判它的维护,另外是否可以减少运维次数和配件更换频率。环境控制是很简单的,控制成本也不过几万块钱,但是海水上面风电采用的高防护等级产品,还有一些装置可能达到百万级或者是全生命周期的维护成本也是百万级,损失的成本更多。最简单的意思是最开始国外的风机都是塔筒,大家都有关注,它的角度比国内的小很多,还有它基础钢装的厚度比国内的也要薄很多,这块国内可能很多的业主和主机厂觉得我们产品多花点钱就可靠了,把环境这个东西精准控制了,可以没必要花那么多的钱,尤其是在电气设备这块。因为国内的电气设备包括通风设计和防护可能已经比较好了,所以我们的想法是通过我们的环境监测去用数据支撑来降低我们的成本。
 
  最近我们也在做一些工作,就是对于电气设备的腐蚀环境进行界定,包括温湿度的界定,以及全生命周期的盐雾浓度的界定,还有振动等级的划分也都是做相关的工作。
 
  最后讲一下服役环境控制我们做了一些新的技术。因为现在在中广核的海上工厂要求每台机组都要装一台,包括塔筒和机舱内都要装除盐雾的浓度测试装置,上面是测试装置,下面是根据测盐密开发的房子进行的盐雾粒子的测量。讲一下盐雾过滤,我也发现三峡的每个风厂都会提到主机厂要配盐雾过滤系统,机械是分离,海装是船装的过滤产品。盐雾是海浪冲击导致的飞沫是固态和液态不断循环的过程,小于1微米漂浮在空中,大于1微米可能就沉降了,这个是机构给我们的图,过滤器是有一些原理的,对于1微米到0.5微米这个级别,过滤效率是很差的,基本上它是靠MPPS是靠静电拦截来应对盐雾,在底下是靠筛效和惯性来应对盐雾。我理解这个图是没道理的,相关的研究我们也是在做了。讲一下我们在盐雾过滤这块所做的事情,我们今年也在开发一些盐雾过滤的产品,包括提出的三级过滤系统,从初效过滤到长效化学过滤和高效过滤,价格比较低廉,维护周期长,降低海上设备制造成本和运维成本。不用改变海上风电原厂设计,把设备丢在塔筒里可以运转,然后相关的情况我们做了监测和对比。另外是硫化氢的情况,石油石化处理方式多,主要是过滤棉、多孔催化材料,HEPA滤网和改性活性炭,达到90%的效率。
 
  最后讲一下气相防锈,主要气相除湿等,这个我不多说了。我的报告就到这里,谢谢大家!
 
  (内容来自现场速记,未经本人审核)
 
 

 
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