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1、风机在线监测系统研发项目计划书目录1. 序2. 风力发电的现状3. 风力发电的问题4. 开发项目5. 研发现状6. 研发内容7. 成果8. 研发体系9. 研发工程10. 研发预算11. 未来构想12. 事业规划1. 序全球的环境问题日益严重，为此新能源的利用日渐增长。其中，风电是利用风力能源转化 为电能的一种发电方式，目前为止主要在欧洲得到了一定的使用。随着全球能源结构的不断 向新能源领域倾斜，风力发电的规模在全球范围内得到了迅速的发展。据最新的调查结果1全世界风里发电市场到 2015年将会达到14兆日元、到2020年将会达到24兆日元。风机 的装机容量虽然还以欧洲为主，但是亚太地区也会有飞速
2、的增长。特别是像一些风力资源丰 富，国土面积比较大的国家，还有很大的开发余地。虽然在CO 2排放和环境污染方面风力发电有着巨大的优势，但是由于风力状况，落雷， 暴风雨等自然条件的影响，风力发电一般都设置和较为偏僻和第西鞥较为复杂的地区。由于 日常的检修维护十分复杂，故障频发，造成了运营率不高的现状。在风机设备中大量的使用了轴承和齿轮等零部件设备，如果能及时监测类似旋转设备的异常状况，并能及时加以修理，将会大大降低故障率并能降低检修成本。另外，通过监视风机 设置场所的风力状况，可以根据风向及时调整风车的方向和叶片的角度，提高运行效率。本计划书就是基于以上的观点，从设备利用率的提升和检修维护成本的
3、降低出发，做了一份翔实的风力发电设备优化系统企划书。2. 风力发电的现状(1)设备容量和运行率风力发电被认为是对环境不会造成污染，并且取之不尽的新能源发电之一，在近年的普及 率得到很大的提高。按照国家设备装机容量来看，欧美占据了大量的份额，但是近几年新兴 国家取得了很大的增长。尤其是中国已经超过日本，风机装机容量成为世界第8位，装机容量达到1,219MW 。根据预测，至U 2020年将会达到 100,000MW ,在世界中的份额也会超过 15%。(図-1、2)。但是风力发电设备装机容量的提升，并没有带动运营率的提升。像図一3中表示，发电设备的盈盈率作为维持在 20%左右。主要原因是风力变化和风
4、机设备故障引起所致。MW120,000100,00000,00060,000図-2 风力发电、太陽光発電中国市場予測2)年年 汕叩年贰戸%2年叭年酮年蓄士塔济予測凰力発進克隔光発電风机设备利35- 用率在20%0対象期間広杼疗召総発電劉册m設備利用率二風車C定格出力全鬪寺間(hr)図-3风力发电设备的设备利用率3)(2) 故障及事故事例 关于风机故障及事故的报告比较少，德国的新能源产业技术综合开发机构(NEDO)做过一次20052009年故障报告书。根据相关报告，主要的故障内容作了以下介绍。41) 故障及事故发生数量根据报告提供的数据，以下是做的基本的信息图表。虽然故障在逐步减少，但是故障的发
5、生率还是维持在 1015%的较高区间内。表-1调查的风机数量和故障次数项目2006 年2007 年2008 年2009 年风机数量7698989261025故障次数16411297125故障频率（）21.312.510.513.9运行中的风机总数9241050105012682）故障原因故障的主要原因如 表-2所示。原因中的比例中自然现象和不明原因分别占据了1/3（34.5%、34.7% ）。自然现象虽然属于不可抗力，但不明原因的分析还是不够，今后的调查如果是通过状态监测进行分析的话，可以进一步分析故障原因和降低事故频率。另外风车内故障占据 1/4（26.5% ）,人为原因（主要是检修维护不到
6、位）占据了 3.4%。由此可以断言通过进行运行状态的在线监测，可以降低故障的发生概率。故障原因的统计结果如 表-3所示。自然现象虽然是不可抗拒的原因，但是由于长期遭受暴风，对流，和冰冻的侵袭，造成设备老化，并由此产生故障的可能性也是很大 的。为此，通过对运行中机器设备的监测，对机器设备的老化进程进行准确的把握， 并及时对相关零部件进行维修和改进，可以延长设备寿命，降低故障发生的概率。表-2 故障原因 （20062009 ）故障原因发生次数所占比例（）自然现象17234.5风车内故障13226.5人为原因173.4系统故障40.8不明原因17334.7总计498100.0表-3故障原因的具体分析
7、 （20062009 ）故障原因原因细节发生次数所占比例（）自然现象暴风265.2落雷12324.7乱流102.0冰冻40.8其他91.8风车故障设计不良6513.1制造不良5410.8施工不良132.6人为原因检修不到位173.4系统故障系统故障40.8不明原因不明原因（含调查中原 因）17334.7合计498100.03）故障发生部位故障部位的统计结果如 表-4所示。其中控制装置15.7% ）、风向及风速测定仪器（11.3% ）、叶片（10.6% ）、电气设备（10.0% ）、叶片螺距控制系统（9.8%）的发生 概率比较高。其产生的原因主要是由于自然原因所致。另外旋转机械（轴承，齿轮） 中
8、经常用到的 主軸轴承，变速箱，以及发电机的故障发生率也达到了9.9%。为此，通过对运行中机器设备的监测可以明确故障产生的原因，降低故障产生的概率。4）设置地点（地形）由于风机所在的地形的不同，造成的的故障概率由表-5所表示。设置地形中 丘陵？山峰约占1/2 （44.9% ）、发生的次数也占到 1/2 （40.0% ）。沿海及岛屿占到了约 沿1/2（45.2% ）,其中岛屿中也包含了离岛部分。丘陵？山 峰和岛屿中设置的风机占据了绝对多数，不能很好的进行检修维护是存在的一个重要的问题。这些都可能直接造成故 障的产生。运行状态的集中管理，尤其是通过在控制室的远程监测，可以降低故障发 生的概率。表-4
9、 故障发生部位 （20062009 ）故障部位发生次数所占比例（）全部50.8叶片6310.6叶片轮壳40.7空气制动20.3机械制动81.4叶片螺距控制589.8主轴轴承91.5变速箱122.0发电机386.4偏航控制装置284.7风向及风速计6711.3控制装置9315.7电气装置5910.0油压装置274.6感知装置223.7基础系统20.3系统关联装置122.0其他8414.2合计593100.0表-5设置地形和故障产生的关联表(2009 )地形设置数量调查数量故障次数(台)比例(%)(台)比例(%)(台)比例(%)丘陵？山岳56944.950849.65040.0内陆平地1269.9
10、737.11612.8沿岸？岛屿57345.244443.35947.2合计1268100.01025100.0125100.05) 故障周期根据表6的相关数据，在事故发生的时间在运转时间25年和510年的占据了大部分，一般在运转初期和末期容易产生事故発生(故障率曲线)。如果将设计寿命设置为20年的话，一般在运装周期的末期容易产故障。从设备的经济型考虑，也应该 做大限度降低运行中的故障率。为此可以灵活运用在线监测等有效的手段。表-6 运行期间故障概率 (2009年)运行时间设置台数调查台数故障次数(台)比例(%)(台)比例(%)(台)比例(%)1年未到1048.2616.010.812年159
11、12.514414.097.225年55844.046044.95443.2510年40832.233032.25947.210年以上393.1302.921.6合计1268100.01025100.0125100.06) 故障停止时间因故障造成的停止运转的时间如表-7所示。其中1/4 (26.7% )的风机在1周以内完成修理，继续运转。但是 1/3(32.1%)的风机停止了一个月以上。造成长期停运的主 要原因是自然现象，但是原因不明也占据了很大比例，同托对这些不明原因的分析， 可以缩短运行停止时间。表-7 因故障停止运行时间（20062009 ）停止时间发生次数比例（）3日7日以内13326
12、.77日14日以内9418.914日30日以内11122.330日90日以内9218.490日以上6813.7合计498100.0另外根据在北海道设置的192台风机在2年间发生的240件的相关报告，其中偶发原因（落雷意外：116件48.3% ）和设备老化磨损 （54件（23% ）占据了大部分。为此，通过状态监 测也可以最大限度降低事故发生的概率。在具体的故障维修中，轴承8件，齿轮3件，耦合5件。从中可以看出状态监测也可以降低故障发生的概率。表-8故障原因发生原因件数比率（）偶发原因（包含落雷）15966落雷(43)(18)老化磨损5423初期故障219其他62合计240100（3）状态监测的效
13、果通过以上分析，一下总结了风机故障和状态监测的关系。可以通过状态监测，来降低故障 发生的概率。1）由于风造成的故障主要是由于对流引起的轴承及齿轮受损。这主要是由于对流天气造成主轴的推力负重及负重变化引起。为此，在设计阶段就应该充分考虑到推力负重及负重变化情况，并通过对设备老化和磨损的评估，在配以在线监测等远程监测系统，可以将故障降低到最小程度。2）发电机的故障为0.045件/（台？年），故障原因主要由于固定卷线绝缘层的损伤造成 的接地及轴承损伤。另外，对发电机进行冷却的风扇也是故障原因之一。为此，随时 监测旋转机器的轴承和风扇等主要设备的运行状况，及时排除故障，对提高运行效率 有很大帮助。3）加速机的故障 率为0.022件/ （台？年）。小齿轮和轴承的事故较多。为此，随时监测旋转机器的轴承和风扇等主要设备的运行状况，及时排除故障，对提高运行效率有很 大帮助。4) 主轴轴承的故障较多，主要原因是转动面的磨损和脱落。故障生成系统虽然还没有 完全清晰。为此通过对主轴轴承的运行监测，可以分析故障原因，防止事故的发生。5) 故障的存在是有持续性的，对新的故障进行数据收集和及时分析，以及及时排除， 将会变得越来越重要。在机器设备中对信息的收集和分析以及综合管理运用，可以降 低故障发
