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CWPE2019:施耐德電氣冰峰:施智賦能,提升風電電氣系統可靠性_東方風力發電網
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CWPE2019:施耐德電氣冰峰:施智賦能,提升風電電氣系統可靠性

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-11-28   來源:東方風力發電網  瀏覽次數:360
核心提示:2019年11月22—23日,第四屆中國風電電氣裝備與微電網技術高峰論壇暨中國電器工業協會風力發電電器設備分會二屆四次年會于江蘇蘇州召開,本次會議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網”。施耐德電氣(中國)有限公司行業市場經理冰峰在會上為大家帶來了題為《施智賦能,提升風電電氣系統可靠性》的精彩演講。
   2019年11月22—23日,第四屆中國風電電氣裝備與微電網技術高峰論壇暨中國電器工業協會風力發電電器設備分會二屆四次年會于江蘇蘇州召開,本次會議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網”。施耐德電氣(中國)有限公司行業市場經理冰峰在會上為大家帶來了題為《施智賦能,提升風電電氣系統可靠性》的精彩演講。



 
  以下為演講實錄:
 
  我在施耐德電氣負責行業市場,尤其是新能源行業。我帶來的題目是施智賦能,提升風電電氣系統可靠性。今天以及昨天各位專家也提到了很多在風電系統提升可靠性的必要性,那我今天來為大家回顧一下在風電行業為什么可靠性這么重要?
 
  目前所處的能源發展階段,按照國外的一些說法,我們是處于第四次能源革命,第一次是人類首先使用了火,到后面是生物能源到化石能源以及到我們的新能源。第四次能源革命是與三次能源革命不同的革命,是整個全人類主動性能源的革命,其實也是肩負著未來清潔能源和可再生能源發展的重任,這張圖大家可以猜猜我要講什么故事,這是一個諧音“LONDON”、“LonDON  ON、LonDON  Off”。今年的8月9號在倫敦發生了嚴重的事故,正當一個周五的下午大家都在趕著回家的路上時間,大約下午五點,突然所有的公交系統癱瘓了,所有的用電設備停了,到底發生了什么樣的情況呢?  當時因為是有雷電的天氣狀況,在倫敦南部地區它的一個燃氣電廠以及倫敦南部的海上風電受到了雷擊,先后兩大電廠發生了設備的脫網,由于頻率波動導致的脫網,致使英國的海上風電電廠800萬兆瓦的設備,其中737兆瓦產生了脫網。導致了包括倫敦地區在內的英格蘭地區和威爾士地區的大范圍停電,事故停滯了一、兩個小時才恢復。可見電力系統的可靠性和新能源的可靠性,對于生產生活和正常社會的運營產生至關重要的影響。
 
  電力的生產大家也知道,通過幾個重要的環節,一個是通過風機產生電力,通過風壓升壓,通過電網實現傳輸,整個鐵三角的過程中是環環相扣,每個環節的可靠性影響到系統的可靠性。我們圈內人都知道,不管是  陸上風電還是海上風電運行的環境相當惡劣,包括振動和海上風電的鹽霧以及粉塵的影響,無論是機械系統還是電氣設備系統都存在可靠性的風險。另外是風電系統一般地處偏遠、人煙稀少,運維難度以及運維的成本都特別高,導致了運維提出了重要的要求,一旦發生了不可靠性,一旦發生安全性的問題,它造成的損失也是相當嚴重的。另外風機或者是風電廠的設計遵循20—25年的長生命周期的設計,如何保證長生命周期中連續、穩定地安全運行,保證功率輸出,減少棄電現象的發生,這也是對可靠性提出了高的要求。
 
  這張圖我們就是拿陸上風電的例子做分析,我們從國內的某開發風廠的開發商那里拿到了故障統計,包含了所有的機械系統以及電氣系統。這兩天我們也看到整個的各位專家會把風電電廠分成十幾個子系統來看,從發電電流、風電箱變等按照故障次數的權重和發生時間的權重做了類比和分析,發現我們在風電的變流器、箱變等一些電氣設備所造成的影響是最大的,從次數上來看可以影響到電廠故障次數的77%左右,造成的整個停電時間可以造成權重為60.2%的影響。右邊也舉了兩個例子,在某風廠運行了兩年,由于簡單的問題,由于并網開關的螺栓松了,導致螺栓斷在變流器中,導致了燒毀事故,這跟維諦的趙總所提的一樣的,安全性、可靠性在海上風機行業是屬于一個非常重要的話題。
 
  另外我們看到另外一個案例,就是下面的這個案例,在2019年的6月,剛剛發生不久,某風廠運行了6年時間,剛好是因為風電行業是5年質保,6年時間是剛剛出保一年,風電變流器燒毀,機艙和葉片嚴重燒毀,風廠66臺風機在2017年出保,導致整個的運維發生了嚴重的問題。對于業主面臨的很大的挑戰是所有的設備都出保了,我如何把我目前的風廠能夠提升它的可靠性和穩定性,這也是非常重要的話題,對于業主來說,它面臨的是很大的資金壓力的成本。所有的設備它想換更新型和更智能化的設備,后期投入要比前期投入還要多。
 
  接下來看看海上風電的例子,這個例子就更加地明顯了,左下角是一個失效曲線圖,就是橫坐標是一個時間軸,縱坐標是一個失效率的數值。可以看到紅色的曲線就是拐彎下來的曲線它指的是什么呢?新裝機在測試調試以及初步運行階段發生的概率,那是隨著時間的增加是逐步下降的。那在疲勞和  長時間運行引起的效率是黃色曲線是逐漸降低的。而隨機出現的是綠色曲線是相對恒定的數值,綜合起來是藍色的曲線,就是可以觀察到的失效率,有一段中間的穩定運行期,隨著時間的增長風廠十年以上的時間,隨著年限的增長就會逐漸提高。這是英國海域500臺風機的這樣一個項目,大概是在前幾年發生的一個故事,所有的業朱累計裝機容量4500多臺中,有10%發生了運維事故。運維檢修過程中發現機械部分包括風機葉片和齒輪箱以及電氣部分,控制、電流等陸陸續續地發生了一些問題,那怎么辦?他就要進行檢修,而大家知道海上風電的檢修成本是一個海量的數字,可能各位專家對各國內的海上風電和陸上風電維修的成本都相對比較熟悉了,那我們看看在國外在英國地區,以及德國、法國地區它的海上風電運維成本大家可以猜猜大概是多少金額一臺?可以心中默想一下,那這個數字是巨額的,可能是國內的幾倍了,一百萬英鎊每臺風機的金額,相當于這臺風機初始投資5%—10%的費用,僅僅是一次維修的費用。那其中包括簡單地跟大家匯報一下,租船15萬英鎊/天,昨天專家提到了還要看海況和天氣情況導致的因素,有可能船出了也出不了海,到了樁的門口也上不了樁,另外平時的維修費用和維修的時間,我5天才能維修好一臺風機,人工成本25萬英鎊/臺風機,費用高額不下,導致了運維方面有非常大的困難。這也是從另外一個角度說明風機的可靠性,整體風機的運營成本和全風廠的生命周期都是有影響。
 
  如何應對這樣的挑戰呢?施耐德電氣在海上風電這一比較細分的領域已經有較多的經驗了,我們是一家法國公司,在歐洲我們跟維司塔斯等大的風電集團都有合作。在與客戶充分交流的基礎上,我們總結了三個必要的條件能夠保障整個電氣可靠性的要求:第一個是設備選型,第二個系統配合,第三個是運維優化。這個鐵三角對于風電行業的可靠性,尤其是電氣行業缺一不可,設備選型確保設計初期選型就要有組的可靠性和穩定性,尤其是風電行業有特殊要求的情況下,選普通產品肯定是不行的,另外是風廠一般來講都難以運維,那人員上次去的次數非常少,這就保證了整個風機的主機和電流器等一些大的設備,以及我們自己的一些斷路器和配電的一些設備和元件要有很高的智慧化,就像昨天專家提到的要有超感知的能力,我們把實時狀態感知出來上報系統。
 
  系統配合是我們在不同層次的設備以及元件之間要達到高可靠性的配合,同時滿足整體系統的設計。比重最大的一塊也是這兩天專家提得最多的一塊,就是運維的重要性,前面提到運維成本,在風廠整體的運維成本占到風廠全生命周期投資的比例超過了60%—80%,所以運維優化顯得尤為重要。運維這兩天講得比較多,其中的一個要點是運維要有數據,沒有數據的運維都等于說是空談。另外是運維我們要提一個預防性的維護,因為所有的故障在爆發之前,除了之前提到Run的Flile之外,其他的都是可以查的。我們這兩天了解到一些技術,包括震動的檢測技術,包括對聲音的檢測技術,都有很多新的技術手段來保證數據和運營維護的實現。另外是對于風電系統,我們運維的可靠性分析也很重要,在邊緣控制和基于云的網絡服務上都會實現。最后是風電資產優化的管理,建風電廠可能前幾年一直靠補貼,現在還在靠補貼,可能未來補貼越來越弱,如何將我們資產進行優化管理,使建風廠不光是為了實現這種補貼方面層次的經濟效益,而是說真真切切地從發電本身創造它的經濟價值,將它的資產作為優化,讓它的初始投資最終在5年、10年、15年產生一個高額的投資回報率,使得這一行業能夠順利地有序地向前、往前發展,風電廠的資產化管理也是非常重要的。
 
  基于對客戶的理解,對于風廠的理解,我們施耐德有一個黃金法則,其實這個黃金法則其實也是對各個行業都是基本適用的。我們把所有的電氣設備和控制設備分三個層次,施耐德電氣叫三層架構:第一層是互聯互通的產品,第二層叫邊緣控制或者是區域控制,第三層是廣泛意義上的應用、分析和服務。那么這種架構其實大家可以作為一個公式或者是一個模板套用到各個行業,不光是風電行業、光伏發電行業,甚至是商業建筑行業,我們的冶金行業、數據中心行業,以及我們的電子廠房行業都可以應用到類似的架構,只不過里面設計到的專有產品或者是控制軟件有區別而已。為什么我們需要底層的互聯互通的設備呢?剛才提到設備本身是有可靠性,沒有設備作為基礎,上層的可靠性幾乎是無法談。另外是我們的設備也越來越多地具有超感知的能力,也就是說它的傳感器都已經預設在各個元器件的內部,導致了它可以實時地感知到資深的狀態,以及運維的需求,同時它可以互聯互通,不僅僅是感受到自己的需求,可以和其他的軟件設備和上升軟件實現信息的共享和融合,使得他們不再是孤立的元器件,他們有血有肉,是整個骨架中的重要環節。區域控制其實很多時候我們有不同的區域控制軟件,包括我們的運維軟件、包括我們的電力控制軟件甚至是一些架控專家支持我們從第二層到第三層整體的架構。對于第三層軟件來說,那其實國內開發現在也是比較充分了,我們的國產品牌還有進口品牌,其實這方面都是有較多突破性的進展。第三層很多時候是基于云的服務,通過大數據將不同項目、不同地域的一些項目進行一個類比,通過大數據分析結合一些環境因素的影響,將你所收集到的數據進行加工和整理,最后給你一個整體的解決方案。這一層的背后其實不光是機器學習,包括是大數據的一些技術在后面,其實還是有很多的專家和顧問來幫助大家支持到整個風電設備的運維和資產的增值。
 
  接下來舉禮分別來看看三層的特點,這個其實是施耐德電氣比較著名的一款設備,是框架斷路器,從老的系列到智能化的XTZ,這不是為了做廣告,而是希望通過元件來為大家介紹現在的元件和設備制造達到了怎樣的先進。對于開關斷路器做電的比較了解,它本質上是開關,本身的功能是在過電留、過電壓,系統發生電氣故障保證整個系統在合適的時間和工況下斷路,這是一個斷路器。這個斷路器已經是非常自動化的自檢系統,它能夠檢測開關動了多少次,儲頭磨損到什么程度,預計到多少時間需要更換儲頭。并且優化了設計,在很高、嚴苛的情況下抵御外部的沖擊,同時也有很高的特性。針對這個斷路器,現場工程師爬到上面做運維的時候,我們相應地也是配了很多的軟件,手機上安一個APP現場一掃碼就能讀到手機上藍牙和NFC的通信形式,就能讀取到斷路器所有關鍵的信息,包括它的維護信息和故障信息。可能這個工程師之前我也聽很多風電行業的人聊,可能這個工程師既需要懂機械又需要懂電,所以它對于整個設備的運行是有非常重要的意義。但是我們拿這個軟件有什么用?這個軟件就可以很好地指導你,我這個斷路器出現了A報警,如何去檢測你的故障,如何確認系統處于良好的狀態,如何進行一系列的步驟,導致你安全的合閘,不會導致你人身和電網發生故障,這是很明顯的助手。另外還有分析的功能,可以看到斷路器的狀態,幫助運維人員提前做判斷。
 
  第二個也是剛才提到的系統層面,我們要跟不同的系統保持良性的合作,細節不談了,提幾個比較重點的地方。第一個是剛才維諦的趙總也提到了,對于人員的安全性大家都很關心,在電氣系統中經常會有飛弧的現象發生,剛才提到的這款斷路器就可以滿足零飛弧的設計。從本身產品來看,它滅弧式的保護效應,噴出的氣體沒有不帶電的,保持整個的電氣柜的設計過程中優化設計、縮小尺寸,不用特意留滅弧空間。之后還有比如說我們還會在風機、風電箱變、變電系統設計參數保持分析。然后接觸器和空氣斷路器有完美的二類配合方案,保證各系統順利運行。
 
  第三塊是剛才提到的就是關于錢的問題,那基于一個數據的分析,我們的目標是什么呢?就是使得風廠它的資產在原始投資的基礎上盡量減少運維的成本,為發電的可靠性和穩定性,能夠提高它的運行周期,為它整個的資產做一個增值。在智慧運維方面,我們也有自己的專家系統,同時我們也廣泛地跟OEM廠和風機廠產生一些合作,能夠共同開發一些生態圈來為整個的電機系統的穩定性提升它的抗風險能力。
 
  最后一頁也跟大家分享一下我們在歐洲所做的實際案例,這是德國的ORKONA這樣一個風廠,整個施耐德電氣可以做很多的產品,它所涉及的服務也是非常全,這是一個典型的例子。那么在整個的風廠過程中,我們提供了海上風機和升壓站的全部的解決方案,尤其是中壓配電系統以及具體的變流器當中的開關斷路器以及低壓的配電系統等子系統,同時我們還提供了遠程的監控系統,就是提升它電氣安全的可靠性。昨天我們電氣專家也提到了,我們通過無人機,通過視覺系統其實是可以更早地發現問題、解決問題,并且以低成本的方式提升運維的可靠性。另外,我們也是在提供設備和元件以及軟件的基礎上,還為風廠提供了很多綜合性的服務,比如說在海上的風機和集電系統和海上升壓站提供了調試服務,在后期的運維過程中我們會持續地為電廠的運維人員提供培訓和運維的支持服務。這些運維支持也是基于我們智能化和數字化的設備和元件的基礎上來提供的。
 
  最后非常感謝大家,也感謝主辦方的邀請,希望大家能夠健康、愉快,謝謝!
 
  (內容來自現場速記,未經本人審核)

 
 

 
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