進(jìn)入春檢季，不少風(fēng)電場運(yùn)維團(tuán)隊(duì)都面臨相同的困擾：服役3年以上的風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)不明原因的跳閘，拆機(jī)檢查才發(fā)現(xiàn)是定子繞組絕緣老化引發(fā)的局部放電擊穿，不僅要承擔(dān)高額的維修成本，還會導(dǎo)致數(shù)天的非計劃停機(jī)，損失大量發(fā)電量。同時，不少區(qū)域的能源監(jiān)管部門近期也明確要求，風(fēng)電場需要把絕緣狀態(tài)評估納入年度運(yùn)維報告，風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測的數(shù)據(jù)作為核心評估指標(biāo)需要定期上報。

一、風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)絕緣故障的常見誘因與檢測必要性

風(fēng)電場的運(yùn)行環(huán)境普遍存在強(qiáng)溫差、高濕度、高鹽霧、持續(xù)機(jī)械振動等特征，部分高海拔風(fēng)電場還要承受強(qiáng)紫外線照射，這些因素都會持續(xù)侵蝕風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的定子主絕緣、匝間絕緣結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致絕緣材料出現(xiàn)氣隙、脫層、開裂等劣化現(xiàn)象，局部放電*是絕緣劣化早期的典型特征【1】。

傳統(tǒng)的絕緣檢測方式以半年一次的停電預(yù)防性試驗(yàn)為主，不僅需要占用發(fā)電窗口期，而且只能檢測到已經(jīng)發(fā)展到較嚴(yán)重階段的絕緣故障，對于早期的局部放電隱患很難及時發(fā)現(xiàn)。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測作為絕緣監(jiān)測體系的核心技術(shù)手段，能夠在風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下捕捉到毫伏級的局部放電信號，提前6-12個月預(yù)警絕緣劣化風(fēng)險，為運(yùn)維團(tuán)隊(duì)預(yù)留充足的計劃檢修時間。

目前國內(nèi)已有近40%的運(yùn)營期風(fēng)電場把風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測納入常態(tài)化運(yùn)維流程，部分海上風(fēng)電場更是要求新并網(wǎng)的風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)必須預(yù)裝局放檢測模塊，從投產(chǎn)初期*建立完整的絕緣監(jiān)測檔案。

二、主流風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測方案的核心構(gòu)成

針對不同類型風(fēng)電場的運(yùn)行場景，目前行業(yè)內(nèi)的局放檢測方案主要分為離線檢測和在線監(jiān)測兩大類，兩類方案各有適用場景，多數(shù)規(guī)?；L(fēng)電場會采用“在線常態(tài)化監(jiān)測+離線定期校核”的組合模式搭建絕緣監(jiān)測體系。

一套完整的局放檢測方案通常包含三個核心模塊：首先是前端傳感單元，根據(jù)檢測原理可分為特高頻傳感器、超聲波傳感器、暫態(tài)對地電壓傳感器三類，其中特高頻傳感器抗電磁干擾能力較強(qiáng)，適合電磁環(huán)境復(fù)雜的陸地風(fēng)電場，超聲波傳感器不受電磁信號干擾，適合安裝空間狹小的機(jī)艙內(nèi)部，海上風(fēng)電場則需要選配IP67以上防護(hù)等級的耐腐蝕傳感器【2】。其次是數(shù)據(jù)處理與傳輸單元，考慮到部分山地風(fēng)電場公網(wǎng)信號不穩(wěn)定，多數(shù)方案會配置邊緣計算網(wǎng)關(guān)，在前端完成信號去噪、特征提取之后再把結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)上傳到云平臺，降低傳輸帶寬需求的同時減少數(shù)據(jù)延遲。第三是智能分析預(yù)警模塊，內(nèi)置經(jīng)過大量現(xiàn)場樣本訓(xùn)練的絕緣劣化診斷模型，能夠區(qū)分局部放電信號和風(fēng)機(jī)變頻器、無功補(bǔ)償裝置產(chǎn)生的干擾信號，誤報率可控制在5%以內(nèi)，一旦檢測到異常信號會自動向運(yùn)維人員推送包含故障位置、劣化程度、建議檢修時間的預(yù)警信息。

對于存量風(fēng)機(jī)改造的風(fēng)電場，現(xiàn)在的局放檢測方案大多支持非侵入式安裝，不需要拆解發(fā)電機(jī)定子繞組，單臺風(fēng)機(jī)的安裝時間可控制在4小時以內(nèi)，不會占用過多發(fā)電時間。

三、絕緣監(jiān)測體系部署的合規(guī)性與資質(zhì)要求

對于政府監(jiān)管部門和第三方檢測機(jī)構(gòu)而言，風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測的流程、設(shè)備、報告都需要符合現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，才能作為合規(guī)性評估的依據(jù)。

目前國內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測需要符合GB/T 37423《永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)要求》中關(guān)于絕緣狀態(tài)檢測的相關(guān)規(guī)定，局放檢測設(shè)備需要通過CNAS認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室檢測，出具檢測報告的機(jī)構(gòu)需要具備CMA電力檢測資質(zhì)，報告內(nèi)容需要包含放電量、放電次數(shù)、放電類型、絕緣狀態(tài)等級等核心指標(biāo)【3】。部分區(qū)域的能源監(jiān)管部門已經(jīng)要求年發(fā)電量1億千瓦時以上的風(fēng)電場，每季度上傳絕緣監(jiān)測的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，新建風(fēng)電場在并網(wǎng)驗(yàn)收階段需要提交局放檢測方案的備案材料，確保投產(chǎn)后絕緣數(shù)據(jù)可追溯、可核查。

此外，針對風(fēng)電場的運(yùn)維安全管理，《風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程》中明確要求，進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測的運(yùn)維人員需要經(jīng)過專項(xiàng)技術(shù)培訓(xùn)，掌握帶電檢測的安全操作規(guī)范，避免作業(yè)過程中發(fā)生觸電、高空墜落等安全事故。

四、局放檢測方案在風(fēng)電場的落地應(yīng)用價值

對于風(fēng)電場運(yùn)營方而言，局放檢測方案的投入產(chǎn)出比是核心關(guān)注指標(biāo)，從多個已落地項(xiàng)目的運(yùn)行數(shù)據(jù)來看，部署完善的絕緣監(jiān)測體系能夠?yàn)轱L(fēng)電場帶來明確的效益提升。

首先是降低非計劃停機(jī)損失，傳統(tǒng)停電檢測模式下，絕緣故障引發(fā)的非計劃停機(jī)平均每臺每次會導(dǎo)致2-3天的發(fā)電量損失，加上維修成本，單臺1.5MW風(fēng)機(jī)單次故障的損失可達(dá)3-5萬元，而風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測能夠提前預(yù)警90%以上的絕緣劣化隱患，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)可以在小風(fēng)期安排計劃檢修，幾乎不會產(chǎn)生額外的發(fā)電量損失【4】。其次是延長風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的使用壽命，通過絕緣監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)并處理早期絕緣缺陷，能夠避免絕緣劣化快速發(fā)展導(dǎo)致的定子繞組整體燒毀，風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)的平均使用壽命可延長3-5年，全生命周期的發(fā)電收益提升10%以上。第三是降低運(yùn)維人工成本，傳統(tǒng)的離線絕緣檢測每臺風(fēng)機(jī)需要2-3名運(yùn)維人員工作1天才能完成，在線局放檢測方案可以實(shí)現(xiàn)24小時自動監(jiān)測，運(yùn)維人員只需要處理預(yù)警信息，絕緣檢測的人工成本可降低70%以上。

據(jù)某沿海陸上風(fēng)電場的運(yùn)行統(tǒng)計，該風(fēng)電場共112臺2MW風(fēng)機(jī)，2021年部署全覆蓋的局放檢測方案之后，2022年和2023年的絕緣故障停機(jī)次數(shù)從之前的年均9次降到了年均1次，年均減少發(fā)電量損失超過120萬千瓦時，加上維修成本的節(jié)約，兩年時間*收回了全部方案投入成本。

五、風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣局部放電檢測的落地注意事項(xiàng)

風(fēng)電場在選型和部署局放檢測方案的過程中，需要注意幾個核心問題，避免出現(xiàn)投入之后達(dá)不到預(yù)期效果的情況。

首先是要關(guān)注傳感器的抗干擾能力，風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行時變頻器、變槳系統(tǒng)都會產(chǎn)生大量的電磁干擾，如果傳感器的濾波能力不足，會導(dǎo)致大量誤報，反而增加運(yùn)維人員的工作量，選型時可以要求供應(yīng)商提供同類型風(fēng)電場的運(yùn)行案例，參考實(shí)際運(yùn)行的誤報率數(shù)據(jù)。其次是要考慮數(shù)據(jù)接口的兼容性，絕緣監(jiān)測的數(shù)據(jù)需要接入風(fēng)電場現(xiàn)有的SCADA系統(tǒng)或者運(yùn)維管理平臺，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)孤島，同時要符合當(dāng)?shù)乇O(jiān)管部門的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，方便后續(xù)合規(guī)上報。第三是要明確后續(xù)的運(yùn)維服務(wù)，局放檢測方案的傳感器、分析模型都需要定期校準(zhǔn)和更新，選型時要確認(rèn)供應(yīng)商能夠提供每年至少一次的現(xiàn)場校準(zhǔn)服務(wù)，以及模型的免費(fèi)迭代升級，確保檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性持續(xù)符合要求【5】。

對于裝機(jī)規(guī)模較小的分散式風(fēng)電場，也可以選擇第三方檢測機(jī)構(gòu)的定期局放檢測服務(wù)，不需要自行采購設(shè)備，每年進(jìn)行2次帶電檢測即可滿足絕緣監(jiān)測和合規(guī)要求，投入成本更低。

參考文獻(xiàn)

【1】 風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣狀態(tài)評估技術(shù)規(guī)范

【2】 風(fēng)電場電氣設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則

【3】 電力設(shè)備局部放電測量方法 第21部分：特高頻法

【4】 風(fēng)電場運(yùn)維成本核算與效益評估指南

【5】 風(fēng)力發(fā)電場安全規(guī)程 *部分：電氣部分