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风电机组的机会成组更换维修策略

王达梦 马志勇 柳亦兵 滕伟

王达梦, 马志勇, 柳亦兵, 滕伟. 风电机组的机会成组更换维修策略[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1470-1476. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190071
引用本文: 王达梦, 马志勇, 柳亦兵, 滕伟. 风电机组的机会成组更换维修策略[J]. 机械科学与技术, 2019, 38(9): 1470-1476. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190071
Wang Dameng, Ma Zhiyong, Liu Yibing, Teng Wei. Opportunistic Group Replacement Maintenance Strategy for Wind Turbines[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1470-1476. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190071
Citation: Wang Dameng, Ma Zhiyong, Liu Yibing, Teng Wei. Opportunistic Group Replacement Maintenance Strategy for Wind Turbines[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2019, 38(9): 1470-1476. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190071

风电机组的机会成组更换维修策略

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190071
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51775186

中央高校基本科研业务费专项资金项目 2019QN038

详细信息
    作者简介:

    王达梦(1992-), 博士研究生, 研究方向为风电设备运行维护, wangdameng@ncepu.edu.cn

    通讯作者:

    滕伟, 副教授, 硕士生导师, 博士, tengw@ncepu.edu.cn

  • 中图分类号: U462.3+5

Opportunistic Group Replacement Maintenance Strategy for Wind Turbines

  • 摘要: 风电机组的维护成本居高不下,维修策略是影响维护成本的主要原因之一。当前风电场通常在固定时间间隔采取预防性更换维修,这样的策略不够灵活,没有充分利用各部件间的经济相关性。本文将机会成组更换维修策略应用于风电机组中,使用威布尔分布描述机组部件的可靠性;提出了统一的维修成本计算公式并细化了维修成本的组成;依据机会成组更换维修策略的原理,得出更换维修计划,并结合某风电场的历史故障数据及成本数据,给出了该策略在部件级的具体实施案例。结果显示,与传统预防性更换维修策略相比,机会成组更换维修策略减少了总维修次数,节省了总维修成本,从而验证了机会成组更换维修策略在风电机组中应用的有效性。
  • 图  1  风电机组机会成组更换维修策略的原理

    图  2  机会成组更换维修策略在风电机组中的实施流程

    图  3  不同机会成组更换可靠度阈值Ror(s)下的总维修成本

    图  4  各部件在两种维修策略下的维修次数及成本对比

    表  1  两种维修方式下风电机组部件的维修时间及成本

    维修方式 维修时间/h 成本/元
    Tw Ta Tc Ts Tm Cf Cm
    预防性更换 0 0 tc ts tm cf cm
    机会成组更换 0 0 0 ts tm 0 cm
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    表  2  风电机组部件的可靠性参数及维修参数

    序号 部件名称 β η Tm/h Cm/元
    1 Crowbar电阻 0.941 604.81 7.62 5 071
    2 UPS 1.775 1 372.9 3.76 1 575
    3 350A保险 1.141 741.56 10.74 333
    4 发电机编码器 1.346 1 150.11 7.24 1 507
    5 变桨电池 1.194 1 028.7 20.81 653
    6 发电机碳刷 1.181 656.75 7.56 279
    7 防冻液 1.038 1 590.02 7.24 76
    8 风速仪 1.402 838.39 9.89 2 700
    9 滑环 1.125 706.14 13.13 13 676
    10 集电环 1.054 861.43 10.21 16 500
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    表  3  风电机组机会成组更换维修策略计划结果

    次数 时刻/d 成本/元 各部件维修方式
    1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
    1 55 8 883 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    2 95 47 886 1 0 1 0 0 1 0 0 2 1
    3 151 19 681 2 0 0 0 1 0 1 1 0 0
    4 191 50 876 1 0 1 1 0 1 0 0 2 1
    5 246 8 883 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    6 286 58 684 1 0 1 0 1 1 1 1 2 1
    7 342 11 314 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0
    8 382 50 876 1 0 1 1 0 1 0 0 2 1
    9 437 19 681 2 0 0 0 1 0 1 1 0 0
    10 477 47 886 1 0 1 0 0 1 0 0 2 1
    11 533 8 883 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    12 573 61 674 1 0 1 1 1 1 1 1 2 1
    13 628 8 883 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0
    14 668 50 318 1 1 1 0 0 1 0 0 2 1
    15 724 19 681 2 0 0 0 1 0 1 1 0 0
    注:0表示不维修; 1表示采取机会成组更换; 2表示采取预防性更换。
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    表  4  机组在两种维修策略下的总维修次数及成本

    维修策略 次数 成本/元
    Ce Cf Cm 总计Ct
    预防性更换维修策略 608 1311908 1319987 3172551 5804446
    机会成组更换维修策略 152 1316693 329840 3372471 5019004
    指标改变量 -456 4785 -990147 199920 -785442
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    表  5  两种维修策略下的各维修阶段的电能损失

    维修策略 各阶段电能损失/元
    等待+到场 攀爬 吊装 维修 总计Ce
    预防性更换维修策略 0 109492 109492 1092924 1311908
    机会成组更换维修策略 0 13680 119700 1183313 1316693
    指标改变量 0 -95812 10208 90389 4785
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  • 收稿日期:  2018-11-20
  • 刊出日期:  2019-09-05

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