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会议直播 | 明阳智慧能源集团股份公司机械室主任刘卫:智能化设计能够有效提高机组的可靠性

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-12-22  浏览次数:166  
核心提示:明阳智慧能源集团股份公司机械室主任刘卫出席会议并发表了题“智能化设计提高机组的可靠性”的主旨演讲。
  12月21-22日,由中国可再生能源学会风能专业委员会举办的第二届风电设备质量与可靠性论坛在北京裕龙国际酒店隆重召开。会议从全球风电发展历程、设备全生命周期以及机组和风电场的全系统三个维度全面梳理和解析可靠性问题,并就最突出的矛盾和共性的系统问题探索解决方案。
  明阳智慧能源集团股份公司机械室主任刘卫主题演讲《智能化设计提高机组的可靠性》
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  以下为发言实录:
  尊敬的行业内外专家下午好,我是刘卫,来自于明阳智慧能源集团,说一下我的感觉,我进入风电行业大约十年的时间,见证了行业的发展,也见证了机组可靠性提高的过程,我认为机组的可靠性提高和设计是分不开的,或者说与研发能力分不开。行业发展初期从许可证式生产、从联合研发一直到现在的独立研发,甚至到目前我们在一些方面研发的深度可能超过了国外,就像前面某一个嘉宾说的,因为中国有与国外不一样的环境,甚至有跟国外不一样的市场,这些逼迫着我们在设计研发上投入更多,不得不进行突破式的创新,来提高我们的可靠性。从而让我们的可靠性到现在为止有一个很大的提升。
  前面多位专家都提到钱学森老先生说到三点,即从设计方面,从制造方面,还有从管理方面来提高我们的可靠性,我对此非常认同。相应的,我此次分享的内容是从设计,或者更细一点从智能化的设计角度来阐述一下如何提高机组的可靠性。我的报告分为九个点,九个点当中其实是明阳的、甚至是行业内的一些具体的智慧的设计点,希望能抛砖引玉,和大家一起分享,一起激发一些启发。
  第一是明阳智慧能源MySE机组追求可靠性的设计理念,第二是一体化智能设计方法提高机组的可靠性,第三是智能化的设计如何提高叶片的可靠性,接着是智能化的设计如何提高传统系统的可靠性,再下面是电气系统,然后是液压及润滑系统,还有偏航系统,最后是智能化的监测与控制。即从这些方面讨论如何提高机组的可靠性,最后是一个结论和展望。
  先说第一个,从这个图上是我们经常看到的飞机的发动机,它代表可靠,必须可靠,明阳的设计理念也是这个,从很多方面保证严苛的可靠性。明阳的机组设计也是像飞机的发动机一样,要追求高可靠性,就像右边这张图,MySE海上大风机,它的外形设计也是像航空发动机一样。
  我们认为产品的出生决定一生,技术的突破永无止境,用智能化设计,用高端的制造,再加上更科学的管理,也是从三个维度来保证机组的可靠性。那么下面具体说一个一个阐述,第一个就是一体化智能设计方法提高机组可靠性,明阳现在整个研发的流程,研发的过程坚持一体化的设计,我们有自己的研发设计平台,这个平台集成了叶片设计,有限元计算,全部零部件的计算、子系统的计算等,并且能够自我进行迭代优化。可靠性很重要的指标就是MTBF进行优化,使机组的可靠性更优,我们保证的是每个指标都能达到最协调的状态。
  第二个方面就是部件的最优设计方案,采用自适应智能的控制策略,在特定风资源的特性下,基于GA(遗传)算法能够完成自动提供最优塔架基础设计方案,当然其他部件也是一样的。
  第三点就是如何提高叶片的可靠性,叶片的自适应性变形降载技术,目前考虑风向变化的时候,在设计中考虑内部结构刚度的分布,叶片能自适应或者更智能发生形变,比如智能控制叶片质心与剪切中心的位置关系,使叶片载荷能降到最低,避免载荷增长过大,提高机组的可靠性。
  传动系统,明阳有自己的专业的齿轮箱研发团队,我们齿轮箱都是我们自己研发的,这里面也有好多点,举出三个点吧,第一个是自适应的柔性行星销轴设计,这个图是变截面柔性行星销轴的示意图,目前我们能做到在5个行星轮甚至6个行星轮的高功率密度下,显著提高行星传动的均承系数,能达到1.04-1.05之间,甚至以下。第二个就是齿轮箱的双齿浮动太阳轮,能有效改善加工误差导致的偏载问题,我们与传统的进行过比较,大概能提高的系数大概是6%到8%。
  再一个就是主轴轴承,主轴轴承采用智能的润滑系统技术,主轴轴承和齿轮箱共用一套集中系统,清洁度是非常高的,能达到3μ的精度,也就是轴承是运行在非常好的环境中的,有很大的优势。
  也就是机组的功率、转速、轴承温度等参数,智能调节轴承入口油温,流量,使轴承始终运行在最优的状态。在这上面能提高轴承寿命10%以上,明阳现在为止没有一台机组的主轴轴承出现过问题,尽管行业内好多厂商主轴出现了一些问题,但是我们没有一例,甚至连振动、温度超标的情况也没有发生过,这是非常不错的。下面是电气系统的可靠性,发电机的冷却系统有一个高效运行的智能设计,用变频控制策略,依据发电机运载情况,包括负载,包括转速等等,来使发电机的功率有一个智能化的调整,来提高机组的效率,延长冷却系统使用寿命50%。第二个就是发电机绝缘电阻智能的监测,绝缘电阻发生问题,会有很大的风险,我们系统会时刻监视发电机的绝缘电阻的状况,并且会采取一定的措施,来保证机组可靠运行。还有变桨系统,我们有相应的加速度传感器来测验或者来从另外一个独立的角度时刻监视着轮毂转动速度,以避免超速,以便使机组更可靠的运行。
  液压及润滑系统,我们在这方面拥有独立研发的团队,第一个是液压系统的冲击有一个智能的控制技术,采用油泵启停功率智能控制技术,有效降低液压系统内部尖峰载荷,传统的控制方式大概8%左右的峰值,我们的液压系统是0%,这些能有效的提高可靠性。第二个是润滑系统泄露智能检测技术,来提高机组的可靠性。
  偏航系统,第一个是偏航驱动对扭防齿侧撞击设计,目前机组的风轮越来越大,机舱载荷Mz会越来越高,但是偏航系统是不可避免的会有齿侧间隙,那么当外界有一个很大的载荷冲击的时候,可能会瞬间把冲击载荷加到齿轮上去,非常容易失效。我们的智能设计是如上图所示,有四个驱动,这两个驱动偏航停止后向左边或者逆时针方向来运行,这两个驱动向右边或者顺时针方向,紧紧的把机舱抱紧,这种情况有效的避免了齿轮的撞击,而且还配合智能缓冲的控制,安全系数能提高20%左右。
  第二个就是偏航制动器压力智能调节技术,以前传统的机组压力分为两个压力,一个是偏航状态制动器压力,一个是非偏航状态的压力,通过对风速或者偏航速度等相关参数的分析,智能的调节偏航制动器压力,提高偏航过程中的系数安全系数15%,机舱载荷不大的时候,没有必要加很大的压力,但是当我们外界载荷比较大的时候,智能调节偏航压力的增大,会有效防止机舱摆动的幅度或者频度。第三点就是偏航驱动电动机智能降载设计,也就是当我们外接的载荷突然来临的时候,机组会根据偏航电机转速及转矩趋势,智能调节电机力矩,在极限载荷来临时启动智能降载逻辑,提高机组可靠性。第四个是偏航速度智能调节设计,最大限度对准风向的情况下,降低机组的陀螺力矩的效应,提高机组可靠性,提升发电量1%。
  智能化监测与控制提高机组可靠性,第一点是智能状态监测系统,通过把状态监测系统和CMS主控系统集成,能够实时的来判断机组健康水平,目前行业内大多数情况下还是一个离线的或者事后的状态监测,当某些故障发生之后,可能机组是不知道有故障。第二个就是实时的故障预警,通过策略能在线学习,并且进行实时优化,这方面也提高了机组的可靠性。第二个方面就是智能场级控制系统,考虑风场的尾流因素,在提高发电量的同时,也兼顾了载荷寿命可靠性的设计。第三个基于寿命的智能运维设计,如右图,这个图是在服务器中映射一个虚拟的机组和风场运行状况保持一致,达到非常匹配,我们就能延伸出这个机组某些关键的位置载荷,及传感器没有探测到的载荷,能在虚拟的机组体现出来,我们会进行干预,能够大幅提高机组的可靠性。
  上面就是一些举例了,其实这些举例只是其中的一些方面,就像这个图上一样,我们期待更智能的,就像人的大脑,我们还是坚信智能化设计能够有效提高机组的可靠性,我们想在这上面我们把道路不妨走的更远一些,我们的风电技术可以像人一样感知周围的一切,像人一样会思考,像人一样会对周围的环境作出判断,采取一定的措施,能够自我保护。比如我们感到热的时候要减去一些衣服,当冷的时候要加一些衣服,当身体有问题的时候感到不适,这就是智能化的思路,智能化设计是提高可靠性的有效之路。
  最后,非常感谢主办方邀请我来参加这次论坛,谢谢大家。
  (发言为电力头条App根据速记整理,未经本人审核)
 
 
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