主题发言

中国电器科学研究院股份有限公司国家重点实验室部长陈川:海上风电电器设备服役环境评价与耐久性评估

2020-12-14    东方风力发电网

  陈川:各位专家,各位领导,下午好!

  我主要分4个方面:第一,介绍一下我们公司及实验室;第二,海上风电电器设备服役环境的特点;第三,电器设备环境评估与降本增效,还有基于我们的研究提出我们了看法;第四,讲电器设计环境耐久性预测。

  我们公司是成立于1958年,是隶属于中国机械工业集团,也是属于央企,是世界500强。

  我们的实验室是工业产品环境适应性国家重点实验室,也是首批36家国家实验是之一,主要是研究环境适应性,包括从制造、服务、储运三方面的问题,包括选材、设计验证或者是控制,还有服役安全和服役行为,以及储运过程中的环境优化或者是控制技术。我们主要是致力于解决国家战略和行业发展的产品和材料的失效问题,服务的产业比较多,新能源也是我们很重要的一方面,包括光复和风电。

  下面讲我们海上风电做的工作。

  通常,IC把环境分为五大类:气候环境、机械环境、电磁环境、化学环境、生物环境。海上风电的话,我们涉及得比较多的是气候、机械、化学和生物这4方面,比如说温湿度、盐雾、震动。电磁环境我们也做相关的研究,但是还不是很深入。

  这是海上风电场主机厂机舱内的温湿度控制情况,海上风电电器设备温湿度控制无明确的要求,控制方法和效果差异较大,各个主机厂都有自己的设计和自己的考虑,以温湿度为例,平均温度、平均相对温度各个厂家差异较大,同期年平均温度最高相差10度。

  关于温湿度该如何控制,相关的企业也没有一个统一的标准去控制温湿度的情况。通常来说,温湿度最主要的影响是凝露的问题,这不是单一引起的,而是跟设备结构、温湿度、粉尘盐雾以及产品和器件等都有密切的关系,每一个设备,凝露的时机都是有区别的,所以湿度还是要进行区别的控制。

  还有盐雾的问题,它是海浪飞泵产生的,包括水泡破裂产生盐雾的液体或者是固体的颗粒循环往复变幻的过程,通常我们讲漂浮在空中的1微米以下,沉降下来的在1微米以上,通过过滤器来控制盐雾也是可以实现的,1微米以下和1微米以上是可以很好的进行控制。现在有很多的企业也开展了盐雾过滤的产品。

  远程监测,我们也做两个传感器,其中一个是激光传感器,它是利用激光笔反射原理,对数量进行监测。

  我讲一下我们前期的一些数据,现在海上风电的盐雾情况是怎样的?这些是我们前些年在国内几个风场做的现场监测数据,主要是采用ISO9225法,经过国内很多的技术设计,盐雾可以控制到比较低的范围内,如果没有很好的设计盐雾水平还是比较高。

  盐雾,大家都会觉得它影响腐蚀问题,这在江苏、福建等7个风场进行的数据,塔筒外或者是机舱外的腐蚀等级是C3C5,对于在机舱塔机内是C1C2等级,大部分风机控制在C1C2等级。

  这是SSA的方法,我们也对整个风机内部的设备进行了监测,塔机控制柜、龙骨内等都是比较低的升级,基本上是G1G2。我们根据机舱内部的腐蚀环境绘制相关的整机腐蚀分布图,右边是我们的范例,可以知道风机是因为什么原因导致的腐蚀严重的区域,以便整机厂改进设计。

  单桩问题,主要来自于细菌分解和矿物岩层等。这也有相应的过虑手段进行去除。

  振动方面,水平不同机组的结构类型,导致的机组内奠基设备的振动情况也有所差异。我们也对不同的技术形式进行了现场监测,对振动进行了研究。

  这是2020年的能源行标,建立海上用风力发电设备服役环境评价规则,制定能源行业标准,对海上风电电器设备服役环境进行认证评价。

  比如说温湿度,我们也划分成几个等级,这还是比较初步的,我们的划分依据,因为我们也做了十几种海上风电的机型,我们是基于温湿度对设备有什么影响,还有企业对温湿度控制的水平,80%的机组都可以达到A12等级。还有盐雾的等级划分,盐雾到底控制到什么样的程度,也做了界定。我们也希望这个监测或者是这个评价可以服务于全生命周期。

  电器设备防护技术,比如说很多产品是借鉴国外成熟经验,很多产品采用了高防护等级的产品,价格也会比较昂贵。很多风机是借鉴国外的经验,这是我们在国外技术和国内技术的对比,这也是在同一个海上风场,可以看到,国内的机组基本上没有什么腐蚀问题,而在国外的机组,腐蚀会比较严重,我们的数据表明,国外技术是国内技术平均的38倍,所以国外的要求是不是适用于我国的要求?

  这是盐雾的差异,现有的海上风电内部的盐雾,和陆地上离岸30公里的距离是差不多的。

  这是我们的思考,希望通过环境控制降低成本。

  最后讲电器设备的研究成果。

  我们之前也制定了相关的标准,但是其中还是有很多的问题,包括我们的试验特别多,没有太多的指导意义。同时,实验过程中设备的损坏,还有通过性实验也没有经过寿命的评估,对设计运维指导意义也不是特别强。

  这些年我们也提出了关于电气设备耐久性的预测方法,首先还是通过环境监测,了解实际公况和温湿度、电压电流运行状态等等,根据模型去设计参数,以实现更好的预测,同时可以开展多因素的耦合实验,结合腐蚀状态,推导显示应用中的寿命预测。如何认为环境实验和环境模型是有效的,我们也有一套相关的论证方法。

  我们现在是拿腐蚀去做桥梁,因为腐蚀也是温湿度、盐雾的影响,通过环境模型去设计我们的环境试验,可以去绘制整个环境定位,对产品进行寿命预测和仿真试验。

  我们通过有针对性的环境试验,可以还原80%的产品故障问题。

  我们后面也会做特定产品和特定材料的仿真试验,通过盐沉积分布模型、空间环境温湿度分布等来预测腐蚀率和寿命预测。

  这是后期的模型开发的过程,包括从环境因素到腐蚀速率上的模型工作,通过参数设置,可以比较精准地实现对电器设备关键材料的预测。

  我的内容是这些,谢谢大家!(内容来自现场速记,未经本人审核)