風電設備運行預防性維護工程項目績效評價分析

孫海濤

（青島華豐偉業電力科技工程有限公司）

0 引言

在過去，風電設備運行維護通常是事后開展，在風電設備運行故障或事故發生后，依靠現場工作人員排查故障，經常發現維修計劃與設備運行狀態不匹配，這種事后維護方法無法有效應對風電設備故障情況。目前，我國部分風電企業采用了風電設備預防性維護方案，在很大程度上解決了過去風電設備維護存在的滯后性弊端。風電設備預防性維護工程項目主要是安裝風塔、開發系統軟件、實時監控設備運行狀態，這樣能在風電設備運行中檢測故障問題，實現風電設備故障的早期預報，對故障部位、嚴重程度、系統影響情況進行分析判斷，從而掌握最佳維護時機。但目前風電設備預防性維護工程項目績效評價在行業沒有統一標準，各大企業也在不斷摸索，如何保證預防性維護工程績效評價的有效性成為了各大風電企業重點考慮的問題。本文對此提出一種績效評價方案，為該類工程績效評價提供一定參考。

1 風電設備運行預防性維護工程相關概述

風電設備運行預防性維護工程（后續簡稱“預防性維護工程”）建設十分復雜，其中包含了多個項目目標，并且不同目標的權重也存在一定的差異［1］。良好的預防性維護工程對保證風電設備良好運行有著重要意義，有助于推動風電企業長足發展。因此，開展預防性維護工程要注重長遠效益，預防性維護工程主要包括安裝測風塔以及軟件開發與使用。軟件系統包括風電設備運行狀態分析，借助計算機技術輔助管理風電設備運行，預防性維護工程中的監測系統可以分析風電設備運行狀態，從而對風電設備運行情況和故障進行在線評估，更好地開展風電設備后期預防性維護工作。

2 風電設備運行預防性維護工程建設

2.1 測風塔

測風塔可以實時顯示氣象信息，包括溫濕度、氣壓、指定高度的風速與風向，使工作人員實時掌握氣象信息，并對氣象信息變化情況進行分析，得出報表。

2.2 設備狀態監測系統

該系統主要包含了服務器、交換機、防火墻、信息備份系統、顯示器、同步器以及測風塔。服務器負責系統運行以及信息存儲，客戶端借助網絡訪問服務器。通過風電設備數據采集與監控系統可以快速掌握風電設備的運行狀態，區域中心大屏幕可以實時顯示數據信息并對其進行控制。系統可以通過圖表形式呈現風電設備信息，包括風場名稱、風機型號、風機數量、參考風速、額定功率、輸出功率、風機故障情況、故障風機數量、設備狀態等。其主要顯示功能有：

（1）單個風電場信息查詢。包括風電場名稱、測風塔檢測的風速與方向、設備運行功能、運行機組與停運機組數量、容量系數、變電站容量。風電場設置報警指示燈，可以根據測風塔采集的溫濕度、壓力、風向、電壓、頻率等信息變化情況報警。

（2）查詢風電場運行情況?？梢燥@示風機運行數量、停機數量、通訊中斷風機數量以及一個月內事件。

（3）列表顯示。采用列表的形式呈現風電設備運行數據信息，包括風機容量、風機狀態、機艙風速等。

（4）地圖顯示。采用地圖顯示形式呈現風機大概位置，實時更新風機運行功率、風速等數據信息，并以風險程度由高到低（紅、黃、藍）三種顏色表明風機運行狀態。

（5）風機運行查詢?？梢栽敿毘尸F風機運行數據信息，結合風機機艙內部圖所對應的數據傳感器呈現數據，包括設備名稱、風機型號、運行狀態等。

（6）實時監控數據。操作中用戶可以在響應的風機信息頁面查看設備運行情況。

（7）實時繪圖。系統根據采集的數據信息實時繪制可視圖。

（8）風機控制?？梢赃h程對風機下達控制命令，如啟閉機、復位等。

2.3 生產運行分析系統

如圖所示，該系統可以對以往采集的歷史數據進行分析，結合風電場運行指標和工程管理指標，掌握信息變化態勢，找出實時采集數據與設定閾值之間的差異。生產運行分析系統功能有：

（1）統計分析發電量?？梢詮膯闻_風機或單個風電場來分析發電量，也可以根據時間來分析風機的發電量，除了分析發電量還可以分析電路損耗、容量系數、用電趨勢等。

（2）統計分析風速。采集發電量以及風速信息，分析二者之間的對應關系，找出風電場風速變化周期規律，從而更好地安排風電場資源。

（3）生成風機功率曲線。對風機功率曲線進行分析，主要包括同時間段不同風機、不同時間段同一風機及不同風機與標準功率的關系，同時可以根據氣象數據信息修正風機功率曲線。

（4）風機停機時間。根據不同時間段或不同風速段，對風機停機時間、類型進行統計，分析在不同時間、不同風況下的風機運行穩定性?？梢愿鶕到y提供的數據信息，查詢在風速較大的情況下哪些風機頻繁停機。

（5）分析統計可利用率。統計風電設備故障時長、正常運行時長、檢修時間、通信中段時間等。結合統計的時間參數即可計算風機可利用率。

（6）故障分析。不同風速段停機故障時間、故障次數和故障原因可以用于查詢風電設備的隱含信息。根據某一個時間段分析風機故障損失電量情況，找出影響發電的因素。

（7）風機故障信息統計。風機故障統計主要包括風機故障頻率、故障類型、故障時間等，統計單臺風機歷史故障以及同一類型故障發生時的參數。

（8）風機運行故障參數診斷。統計在指定條件下風機故障運行10min內的數據變化情況［2］，以便了解風機運行故障參數。

圖 系統軟件整體架構

3 績效評價體系構建

3.1 評價體系構建原則

（1）科學性

預防性維護工程項目評價標準應結合風電設備預防性維護工程的特點而建立，將指標與實際運行情況相結合，彰顯評價體系的實用性，整個評價指標應能對預防性維護工程展開客觀描述。

（2）通用可比性

第一，對同一天同一風電設備的不同時間點參數進行對比，確保評價指標的通用可比性，相關系數參數保持一致，在保持指標參照值不變的情況下，對風電設備運行數據信息展開對比分析。第二，查找風電設備運行的共同點，根據共同點數據完善評價指標體系，相同性質對比指標獲取更加容易，同時也更易于用于對比分析。

（3）實用性

評價指標的選取應通俗易懂、言簡意賅，將復雜信息數據簡單呈現。評價指標獲取簡單，確保評價工作順利進行，無論是采用定量指標還是定向指標，都應保證數據獲取更加便捷、迅速?？冃гu價指標的計算方法、評價規則應保證規范化，包括規范化操作方法、規范化計算標準［3］。

（4）系統性

通過橫向關聯來反映不同指標制約關系，通過縱向關聯反映不同指標包含度。明確既定相同層次指標內容，確保分界清楚，保障績效評價指標的系統性。

3.2 績效評價體系的構建

結合風電企業發展特性，績效評價指標體系構建應從以下幾點出發： （1）選擇適合風電場運行狀態的績效評價指標，預留改進空間，以便后續改進，不斷提升績效評價系統的實用性。 （2）采用通用的評估架構，便于本企業與行業其他企業對比。 （3）結合績效評價結果改善經營管理模式。 （4）對比分析績效參數。結合工程項目績效評價理論，結合目前風電企業開展預防性維護工程特點以及績效評價體系，從生產運維、設備可靠性、資源配置、經濟效益四個方面展開評價。

3.2.1 生產運維水平評價

生產運維水平評價主要的評價對象包括維護時間、維護費用、故障修復率等內容［4］。 （1）例行運維時間。例行運維時間是指每臺風電設備每年的例行運維時間，包括單臺設備的歷年運維時間、風電機組歷年運維時間。 （2）部件更換時間。根據計算相關零部件歷年平均更換時間和頻率，提前準備零部件，一旦出現零部件故障，需在48h內完成更換工作。（3）平均修復時間。通過運行周期內設備總停機時間以及風電機組數量得出平均維護時間。 （4）度電運行維護費降低率。通過周期內運行維護成本降低額度以及周期發電量得出度電運行維護費降低率。（5）可利用數量增長率。結合風機在線運行情況，通?？衫寐手笜诉_95%以上即合格，采用預防性維護工程可以將其可利用率提升到90%［5］。

3.2.2 設備可靠性評價

（1）發電量評價?？梢詰{借期望上網用電量與實際上網用電量之間的差異進行評價。結合當年監測的風能數據、數字地圖、風機功率曲線、風機布置方案等得出每年風電場上網電量?？紤]設備運行的綜合折減系數，估算風電場上網電量。

（2）上網電量。該數據指標是指在某個運行周期內風電場為電網傳送的電能。

（3）損失發電量降低率。由于風速會直接影響風電設備停機時間，可以根據影響發電量大小得出發電量損失。同時，由于預防性維護工程項目績效評價需要有計算機管理系統進行輔助管理，應重點考慮應用網設備是否可以讓風電設備可靠運行，這也是績效評價的重要指標。

3.2.3 資源配置利用評價

（1）備品備件庫存水平。預防性維護工程的應用，讓風電企業可以有計劃、有準備開展風電設備運維工作，極大地改善了過去風電設備運維時配件的盲目選擇情況，降低了風電企業備件庫存壓力［6］。

（2）人員配置水平。通過風電設備監測系統、運行分析系統判定風電設備故障情況，有效減少了人力資源投入和運維工作強度，可以有效降低重大故障發生率，避免發生大量檢修人員搶修的情況，實現了人員的優化配置。

（3）資源優化配置。預防性維護工程項目績效評價系統可以有效整合現有資源和原有資源，將其統一納入到數據庫中以供分析和查詢，實現資源優化配置。

3.2.4 經濟效益評價

（1）凈現值。在預防性維護工程項目投入使用時，結合行業平均折現率及其相關折現率，得出不同年份凈現值。

（2）內部收益率。內部收益率是在預防性維護工程運行中，計算凈現值為零時的折現率。內部收益率是預防性維護工程績效評價中的相對評價指標。

3.3 績效評價方法選取

績效評價方法有很多，包括簡單加權和法、層次分析法、數據包絡分析法、BP神經網絡法、模糊評價法。在評價方法選取中，模糊評價法可以同時用于主觀指標評價和客觀指標評價，由于其具有模糊性特點，因此數據選取范圍大、應用性廣，特別是在評價主觀指標時，可以確保評價指標的科學性?？紤]到風電設備預防性維護工程是一個多目標的決策，采用模糊評價法可以對預防性維護工程多個數據維度展開綜合模糊評價，從而得出相對科學客觀的結論。

4 結束語

綜上所述，通過介紹風電設備預防性維護工程項目績效評價的指標與方法，分析了預防性維護工程績效評價的設計理念，可以看到預防性維護工程在風電設備運維工作中的優越性。未來，風電設備預防性維護工程還會進一步發展，為了更好地保障風電設備運行，加強對預防性維護工程的績效評價有著重要意義。