拯救“孤儿”风机 河西走廊上的电力生产安全保卫战

位于中国西北地区的河西走廊，绵延近千公里，因位于黄河以西，为两山夹峙而得名。自古以来便是中原地区通往西域的要道，丝绸之路西去的咽喉，经略西北的军事要地。

公元前121年，雄才大略的汉武帝刘彻派遣派骠骑将军霍去病，出陇右、击匈奴，使整个河西走廊首次纳入华夏版图。

如今，在这块承载了中华民族数千年光辉历史与灿烂文化的土地上，一张新的发展蓝图正徐徐展开。

再造西部“陆上三峡”

——甘肃的“小目标”

据公开资料，整个河西走廊的风能资源理论储量约两亿千瓦时，其中甘肃省以风能资源“量大质优”著称。2006 年，甘肃省委、省政府提出了“建设河西‘风电走廊’、再造西部‘陆上三峡’”的战略构想，位于河西走廊东端的某大型风电场即是这一战略实施的关键棋子。

该风电场分两期建成，一期风电场安装55台900kW电励磁直驱型风机，装机容量49.5MW，于2012年8月全部投产发电；二期风电场共安装25台同品牌2MW永磁直驱型机组，项目容量50MW，于2013年8月全容量并网发电。

随着时间的推移，二期风电场的部分2MW机组的变桨系统故障率攀升，且风机厂家已退出市场，机组核心部件面临有效保障难题，此类故障若不能及时消除，一旦诱发变桨系统瘫痪，将导致飞车、倒塔等严重事故；加之主控系统及变流器可靠性不足，机组的可利用率也出现下滑。

而中央监控系统在数据感知能力、智能化水平上的短板，已无法满足项目业主对于风电场精细化运营管理的需要，对机组实施综合性改造已迫在眉睫。

针对以上课题，项目业主与金风科技全资子公司北京金风慧能技术有限公司（下称：金风慧能）建立联系，希望能对二期风电场存在的问题，提供对症下药、一步到位的整体解决方案，全面提升机组的安全性和可靠性，保障风电场的安全运行与可持续发展。

一场拯救“孤儿”风机、护航电力生产安全的保卫战就此打响。

“全身体检”，探寻问题根源

技改项目组（下称：项目组）的技术专家抵达现场后，首先对各机组的运行状况和故障点进行评估。

前期评估是一项不可或缺的重要环节，它既是制定技改方案的前提，也关系到整个项目实施的科学性和有效性。

在对二期风电场的25台机组的故障频次和故障分布进行统计分析后，金风慧能与项目业主共同确定了对变桨系统实施定制化改造、对变流系统进行稳定性升级的技改路线。

同时，对主控系统软件进行替换，对中控系统进行国产化升级改造，实现机组的全方位提质增效。

辨证施治，保障技改行之有效

2021年7月，项目组全员进驻现场，对两台已停机的机组实施样机技改。

01变桨系统技改

结合历年故障分布的统计分析，项目组发现，原机组变桨系统存在两方面的问题：

一是变桨备电系统采用铅酸蓄电池供电，该备电方式故障率高、寿命短、性能不稳定；二是变桨控制系统的软硬件故障较多，这些故障消耗了大量备件物资和人力维护成本，同时影响到机组安全，具备很大的优化空间。

超级电容+专业充电器（内置）

在技改实施过程中，选用超级电容和专业充电器对原有的备电系统进行升级。超级电容是目前并网机组所采用的主流配置，具有充电速度快、循环使用寿命长、功率密度高和超低温特性好等特点，它的应用使备电系统的安全性和可靠性获得全面提升，显著降低了维护和更换频率。

针对变桨系统频繁报故障以及备件损坏多、采购困难的问题，金风慧能技改团队利用主流的变桨控制系统与技改机组实现定制化的匹配，使得问题得到根本解决。

02变流系统技改

由于原机组变流器厂家已退出中国市场，有可能面临备件供应断档的风险；同时，2MW机组变流器功率较大，散热和变流系统都属于原厂设定，局部更换变流模块无法从整体上解决机组技术和备件供应问题。

因此，采用以主流本土品牌全功率变流器为核心的变流系统，对原变流柜体进行了国产化替代。

替换后，机组在可靠性和电网适应性上获得大幅提升，可实现“高低电压穿越”及“一次调频”，为保证电能输出质量、功率传输和变换，以及电网系统的稳定控制创造了有利条件。

03主控及中控系统技改

原机组的主控和中控系统同样存在不同程度的问题。

其中，主控系统变桨控制逻辑存在不合理项，易导致故障错报；主控系统与中控系统数据通讯功能弱，无法满足大数据通讯要求。通过技改，采用金风机组成熟的控制逻辑，从根源上解决了原主控系统在设计上存在的问题。

原中控系统则缺乏数据采集和统计功能，给故障判断和数据查询分析带来困难。升级为功能更加完备的金风SCADA中央监控系统后，不仅能兼容金风能量管理平台和集控系统，还具备各类数据查询和统计功能，为风电场的精细化运营管理提供助力。

金风SCADA-电场监控页面

金风SCADA-历史告警页面

“中控系统的国产化替代，也同时满足了电网对于能源安全保障工作的指导性要求”，金风慧能高级解决方案工程师李中明补充道。

技改圆满完成

安全风险得到妥善消除

2021年10月，两台技改样机顺利完成调试，成功并网。

并网运行至今，金风SCADA中央监控系统忠实记录了机组的各项运行数据。

与技改前相比，变桨和变流系统故障率分别同比下降95%和97%，机组安全风险得到妥善消除；机组可利用率显著提高，发电量较技改前提升6%以上。

并网后的2MW技改机组

对于主控软件的国产化升级，项目业主也予以充分肯定。

如今，中控室的工作人员足不出户，即可对机组的运行状况了如指掌；通过轻点鼠标，即可实现发电量、发电功率等数据的直观呈现，使得风电场的数据监控和精细化管理水平迈上新台阶。

据不完全统计，在全国范围内，与该风电场存在类似问题的同品牌直驱机组有近700台，都存在安全性和可靠性不足的通病，是威胁电力生产安全与发电收益的共性问题。

因此，金风慧能在此类直驱机组综合性改造的率先实践，不仅为存量资产提质增效提供了行之有效的实施路径，也将成为同类风电场改造的蓝本与典范。