2019年11月22—23日,第四屆中國(guó)風(fēng)電電氣裝備與微電網(wǎng)技術(shù)高峰論壇暨中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)力發(fā)電電器設(shè)備分會(huì)二屆四次年會(huì)于江蘇蘇州召開(kāi),本次會(huì)議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網(wǎng)”。中國(guó)電器科學(xué)研究院股份有限公司高級(jí)工程師陳川在會(huì)上為大家?guī)?lái)了題為《從電氣設(shè)備服役環(huán)境出發(fā)探討海上風(fēng)電“降本增效”》的精彩演講。
以下為演講實(shí)錄:
我今天演講的題目是從電氣設(shè)備服役環(huán)境出發(fā)探討海上風(fēng)電降本增效,這個(gè)話題是大家關(guān)注的話題,我們是做電機(jī)設(shè)備服役環(huán)境的工作,做了近十年的時(shí)間。我們把這個(gè)問(wèn)題拋出來(lái)有自己的想法,跟大家探討一下,可能有些地方說(shuō)得不對(duì),希望與各位專(zhuān)家會(huì)后進(jìn)行交流。
交流是幾個(gè)方面:貨樣環(huán)境電氣設(shè)備服役現(xiàn)狀,第二個(gè)海洋環(huán)境電氣設(shè)備成本舉控制,第三個(gè)服役環(huán)境控制新技術(shù)。
簡(jiǎn)單介紹一下我們公司,公司從1958年開(kāi)始從事環(huán)境適應(yīng)性工作,最開(kāi)始是由東歐5國(guó)聯(lián)合組建的國(guó)家甲級(jí)一類(lèi)綜合應(yīng)用型研究機(jī)構(gòu),歷數(shù)于機(jī)械工業(yè)部,從事電器產(chǎn)品適應(yīng)性研究。我們實(shí)驗(yàn)室主要是做環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)工作,包括氣侯環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、電磁環(huán)境、化學(xué)環(huán)境、生物環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的影響,以及對(duì)產(chǎn)品電氣設(shè)備的服役環(huán)境的監(jiān)測(cè)和檢測(cè),還有評(píng)價(jià)和防護(hù)技術(shù)。
首先是第一塊海洋環(huán)境電氣設(shè)備的服役現(xiàn)狀。
大會(huì)的主題是微電網(wǎng),在微電網(wǎng)這塊我們也做了相關(guān)的一些工作,在國(guó)內(nèi)、國(guó)外都有微電網(wǎng)相關(guān)的示范工程,我們?cè)趶V東珠海萬(wàn)山島和海南三沙的永興島做了微網(wǎng)項(xiàng)目做了相關(guān)的工作,主要是四高環(huán)境:高溫、高濕、高鹽、高輻照,以及腐蝕、老化、絕緣、散熱等對(duì)設(shè)備的影響。這是三沙永興島微網(wǎng)的情況,我們這邊用的多的是ISA71.04對(duì)環(huán)境腐蝕評(píng)價(jià)方法,它是分四個(gè)等級(jí),也是利用相關(guān)的測(cè)試方法和測(cè)試的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。可以看到在海南的三沙永興島是祖國(guó)最南端的城市,輻射環(huán)境是比較惡劣的,尤其是在戶外1號(hào)是陽(yáng)臺(tái),離海100米的距離,腐蝕速率是4萬(wàn)多I每月,3號(hào)和5號(hào)一個(gè)是高低壓配電室和加油房,它只是采用了一個(gè)空調(diào)隔音、密封就可以把環(huán)境控制得比較好,大概只有200多I的每月的腐蝕速率。然后是海南萬(wàn)山島微網(wǎng),也是對(duì)光伏控制室、儲(chǔ)備能夠室進(jìn)行了服役環(huán)境的監(jiān)測(cè),可以看到不同材料在不同的環(huán)境下腐蝕速率差別是很大的,碳鋼800多,其他的鋁合金只有一點(diǎn)幾,然后海鹽粒子,萬(wàn)山島0.6,瓊海是0.5,而在瓊海的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室離海邊20公里相應(yīng)的就弱很多了??梢钥吹礁鱾€(gè)的儲(chǔ)能室,因?yàn)槿f(wàn)山島開(kāi)始的建設(shè)沒(méi)有考慮到相關(guān)的環(huán)境防護(hù)措施,但是環(huán)境防護(hù)措施也是G2—G3的等級(jí)。
這是海水上面風(fēng)電服役環(huán)境的等級(jí)的監(jiān)測(cè),7個(gè)風(fēng)場(chǎng)10余種機(jī)型。采用ISO12944—2的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),C1—CX6個(gè)等級(jí),我這邊沒(méi)有列CX,因?yàn)槲覀兊暮Q蟓h(huán)境并沒(méi)有等級(jí)表征中那么高,比如說(shuō)江蘇、福建、廣東地區(qū)是C4—C5,有的只有C3,包括機(jī)艙、塔基只有C1、C2等級(jí),基本上右側(cè)的這個(gè)放大的圖,基本上都是C1、C2的等級(jí),只有少部分的數(shù)據(jù)是在C2的等級(jí)。再看看電氣設(shè)備內(nèi)部的環(huán)境,我們對(duì)每臺(tái)機(jī)組20個(gè)點(diǎn)左右,選取了7個(gè)關(guān)鍵位置,塔基內(nèi)、輪轂內(nèi)、機(jī)艙內(nèi)、機(jī)艙控制柜、輪轂虧之柜、交流其柜和塔基控制柜,基本上是G1、G2比較好的等級(jí)。然后看鹽霧監(jiān)測(cè),基本上是零點(diǎn)幾毫克每平方米每天的含量,我們采用的是國(guó)標(biāo)的方法,也是ISO相關(guān)的干片法,這邊是我們的實(shí)驗(yàn)裝置。看看溫濕的情況,我們采用機(jī)艙控制柜,可以看到大概是同一個(gè)海上風(fēng)電廠,同一時(shí)期8家主機(jī)廠機(jī)艙控制柜溫濕度控制情況對(duì)比,每家主機(jī)廠商溫濕控制情況相差很大,相關(guān)的也沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)界定。比如說(shuō)我們按照年平均溫度,機(jī)艙控制是10度的樣子,這在我們這邊對(duì)環(huán)境的影響差異很大。年平均新穎的濕度達(dá)到20%,還沒(méi)有參照月平均的,我也統(tǒng)計(jì)了一下月平均溫度最高相差30%,平均溫度最高15度,這是因?yàn)槠髽I(yè)的通風(fēng)散熱和防護(hù)等級(jí)影響是大的。包括我們電氣設(shè)備的高溫高濕還有高變速率差異很大,這會(huì)引起凝露、絕緣下降等問(wèn)題。這是單樁塔筒常見(jiàn)的問(wèn)題,由于海底本細(xì)菌分解和礦物巖導(dǎo)致的硫化氫的問(wèn)題,下面我把硫化氫的腐蝕危害和對(duì)人體的危害進(jìn)行了解讀,基本上3個(gè)PPM可以聞到,4個(gè)是有害怕,10個(gè)是臨界點(diǎn),1000的話人立刻有問(wèn)題了。這塊我沒(méi)有實(shí)測(cè)過(guò)但是很多的廠找過(guò)我們,因?yàn)橐婚_(kāi)始設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮到這樣的問(wèn)題,在單樁塔筒的底部有的風(fēng)廠測(cè)算到10個(gè)PPM了,那人工作8個(gè)小時(shí)就有問(wèn)題了,這也是關(guān)于污染氣體也有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)界定這個(gè)事情。這是現(xiàn)場(chǎng)另外一個(gè)行業(yè),比如說(shuō)我們的其他行業(yè)中硫化氫還是比較普遍的,尤其是石油石化以及一些礦山,像他們的硫化腐蝕比較嚴(yán)重的,基本上一個(gè)月腐蝕就很?chē)?yán)重了。然后這邊是一個(gè)腐蝕的濃度,硫化氫的濃度對(duì)腐蝕的影響,基本上可以看到零點(diǎn)零幾個(gè)PPM對(duì)于腐蝕速率很高的,尤其是等級(jí)是在零點(diǎn)零幾個(gè)PPM,一個(gè)月后筒就變黑了,這風(fēng)廠提出的問(wèn)題,也是大家后續(xù)需要關(guān)注的問(wèn)題。
然后是機(jī)械環(huán)境,這方面由于在做一些工作,基本上海上風(fēng)電的基礎(chǔ)是幾種形式,每個(gè)形式振動(dòng)情況不一樣,導(dǎo)致繼電器的跳閘、接線端子松動(dòng)等。我們對(duì)海上風(fēng)電也是做了監(jiān)測(cè),采用相關(guān)的方法對(duì)震動(dòng)進(jìn)行評(píng)判,尤其是后面的偏腐蝕的機(jī)組,震動(dòng)更厲害一些,后面也要做相關(guān)的研究。另外海上風(fēng)電面臨的環(huán)境問(wèn)題較多,包括氣侯環(huán)境、震動(dòng)環(huán)境和電磁環(huán)境,電磁環(huán)境我們以后也要多關(guān)注一點(diǎn),環(huán)境的影響是漸變的過(guò)程,像慢性病,隱蔽性很強(qiáng),造成的停機(jī)、失效與機(jī)械的故障是相當(dāng)?shù)摹?/div>
第二塊是海洋環(huán)境電機(jī)設(shè)備的成本與控制,這塊有些觀點(diǎn)跟大家今天的介紹不太相同,所以也是歡迎大家多交流和探討的。
一般 我們說(shuō)海上風(fēng)廠的腐蝕防護(hù)基本上是全生命周期的腐蝕環(huán)境控制,從出廠、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、預(yù)安裝、海運(yùn)、安裝、待機(jī)、運(yùn)行等各個(gè)方面都需要相關(guān)的控制,我們更多的關(guān)注是在運(yùn)行中,因?yàn)楫吘惯\(yùn)行中的時(shí)間是整個(gè)生命周期最長(zhǎng)的時(shí)間,包括溫濕度的監(jiān)控,除濕、除鹽霧等相關(guān)的工作。就我們的了解,有些東西可能我這邊了解的信息不夠全,但是我就是根據(jù)我們的了解進(jìn)行一個(gè)歸納。一般現(xiàn)在海上風(fēng)廠都是借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn),他們都會(huì)采用一個(gè)較高等級(jí)的防護(hù)產(chǎn)品,但是價(jià)格會(huì)很昂貴,基本上是普通型產(chǎn)品的2—4倍,我們也是對(duì)它相關(guān)的產(chǎn)品做過(guò)環(huán)境實(shí)驗(yàn)和微觀分析,他們相關(guān)的產(chǎn)品確實(shí)很可靠,基本上都是采用氣隙防封堵的方式,但是海上風(fēng)電是否需要這樣高等級(jí)的產(chǎn)品以及它是否可以防護(hù)20—25年。
我簡(jiǎn)單對(duì)比一下,國(guó)外的海上風(fēng)電它的塔筒防護(hù)等級(jí)都是按照C3、C4的等級(jí),根據(jù)我們的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)國(guó)內(nèi)外海上風(fēng)機(jī)無(wú)論是從腐蝕速率和鹽霧等級(jí),國(guó)外是國(guó)內(nèi)的3—8倍的范圍,可以看到在常采用的ISO的掛片法在國(guó)外的情況和國(guó)內(nèi)的情況差別還是很大的。下面的兩個(gè)是我們經(jīng)過(guò)一年,國(guó)內(nèi)A3鋼沒(méi)變化,而國(guó)外的變化很大的,他們的腐蝕等級(jí)還是在C2,而國(guó)內(nèi)的是在C1,這樣少了一個(gè)等級(jí)。國(guó)外海上風(fēng)電環(huán)境的要求是否適合國(guó)內(nèi),是否從這個(gè)角度進(jìn)行成本控制。我國(guó)海水4上風(fēng)機(jī)腐蝕環(huán)境是否按照C4設(shè)計(jì),是否有必要采用這么高等級(jí)的產(chǎn)品。這是我們和陸上進(jìn)行的比較,海上風(fēng)電進(jìn)入內(nèi)部的鹽霧濃度,基本上是相當(dāng)于我們內(nèi)陸的10—20倍的等級(jí),基本上很難測(cè)到,我們的設(shè)備的臨界點(diǎn)基本上是在50公里這樣的范圍。海上風(fēng)組從鹽霧和腐蝕的角度還是一個(gè)C1和C2等級(jí)的概念,其實(shí)等于說(shuō)我們海上設(shè)備的腐蝕環(huán)境從鹽霧與陸上是差不多,是否還要考慮海上的鹽霧設(shè)計(jì)是需要探討的問(wèn)題。還有溫濕度、鹽霧、振動(dòng)等相關(guān)的環(huán)境應(yīng)力作用。
下面的是我個(gè)人的一些觀點(diǎn),我們可以節(jié)省什么東西?電氣設(shè)備的防護(hù)等級(jí)是否可以從C3降到C2,我們的涂鍍層是否采用那么厚,還有是否采用與陸地上面相同防護(hù)工藝產(chǎn)品,國(guó)產(chǎn)品牌是否可以做相關(guān)的事情。還有維護(hù)方面,是否可以通過(guò)環(huán)境的監(jiān)測(cè)去提前預(yù)判它的維護(hù),另外是否可以減少運(yùn)維次數(shù)和配件更換頻率。環(huán)境控制是很簡(jiǎn)單的,控制成本也不過(guò)幾萬(wàn)塊錢(qián),但是海水上面風(fēng)電采用的高防護(hù)等級(jí)產(chǎn)品,還有一些裝置可能達(dá)到百萬(wàn)級(jí)或者是全生命周期的維護(hù)成本也是百萬(wàn)級(jí),損失的成本更多。最簡(jiǎn)單的意思是最開(kāi)始國(guó)外的風(fēng)機(jī)都是塔筒,大家都有關(guān)注,它的角度比國(guó)內(nèi)的小很多,還有它基礎(chǔ)鋼裝的厚度比國(guó)內(nèi)的也要薄很多,這塊國(guó)內(nèi)可能很多的業(yè)主和主機(jī)廠覺(jué)得我們產(chǎn)品多花點(diǎn)錢(qián)就可靠了,把環(huán)境這個(gè)東西精準(zhǔn)控制了,可以沒(méi)必要花那么多的錢(qián),尤其是在電氣設(shè)備這塊。因?yàn)閲?guó)內(nèi)的電氣設(shè)備包括通風(fēng)設(shè)計(jì)和防護(hù)可能已經(jīng)比較好了,所以我們的想法是通過(guò)我們的環(huán)境監(jiān)測(cè)去用數(shù)據(jù)支撐來(lái)降低我們的成本。
最近我們也在做一些工作,就是對(duì)于電氣設(shè)備的腐蝕環(huán)境進(jìn)行界定,包括溫濕度的界定,以及全生命周期的鹽霧濃度的界定,還有振動(dòng)等級(jí)的劃分也都是做相關(guān)的工作。
最后講一下服役環(huán)境控制我們做了一些新的技術(shù)。因?yàn)楝F(xiàn)在在中廣核的海上工廠要求每臺(tái)機(jī)組都要裝一臺(tái),包括塔筒和機(jī)艙內(nèi)都要裝除鹽霧的濃度測(cè)試裝置,上面是測(cè)試裝置,下面是根據(jù)測(cè)鹽密開(kāi)發(fā)的房子進(jìn)行的鹽霧粒子的測(cè)量。講一下鹽霧過(guò)濾,我也發(fā)現(xiàn)三峽的每個(gè)風(fēng)廠都會(huì)提到主機(jī)廠要配鹽霧過(guò)濾系統(tǒng),機(jī)械是分離,海裝是船裝的過(guò)濾產(chǎn)品。鹽霧是海浪沖擊導(dǎo)致的飛沫是固態(tài)和液態(tài)不斷循環(huán)的過(guò)程,小于1微米漂浮在空中,大于1微米可能就沉降了,這個(gè)是機(jī)構(gòu)給我們的圖,過(guò)濾器是有一些原理的,對(duì)于1微米到0.5微米這個(gè)級(jí)別,過(guò)濾效率是很差的,基本上它是靠MPPS是靠靜電攔截來(lái)應(yīng)對(duì)鹽霧,在底下是靠篩效和慣性來(lái)應(yīng)對(duì)鹽霧。我理解這個(gè)圖是沒(méi)道理的,相關(guān)的研究我們也是在做了。講一下我們?cè)邴}霧過(guò)濾這塊所做的事情,我們今年也在開(kāi)發(fā)一些鹽霧過(guò)濾的產(chǎn)品,包括提出的三級(jí)過(guò)濾系統(tǒng),從初效過(guò)濾到長(zhǎng)效化學(xué)過(guò)濾和高效過(guò)濾,價(jià)格比較低廉,維護(hù)周期長(zhǎng),降低海上設(shè)備制造成本和運(yùn)維成本。不用改變海上風(fēng)電原廠設(shè)計(jì),把設(shè)備丟在塔筒里可以運(yùn)轉(zhuǎn),然后相關(guān)的情況我們做了監(jiān)測(cè)和對(duì)比。另外是硫化氫的情況,石油石化處理方式多,主要是過(guò)濾棉、多孔催化材料,HEPA濾網(wǎng)和改性活性炭,達(dá)到90%的效率。
最后講一下氣相防銹,主要?dú)庀喑凉竦龋@個(gè)我不多說(shuō)了。我的報(bào)告就到這里,謝謝大家!
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