CWPE2019：施耐德電氣冰峰：施智賦能，提升風(fēng)電電氣系統(tǒng)可靠性

 

　　以下為演講實錄：

 

　　我在施耐德電氣負責(zé)行業(yè)市場，尤其是新能源行業(yè)。我?guī)淼念}目是施智賦能，提升風(fēng)電電氣系統(tǒng)可靠性。今天以及昨天各位專家也提到了很多在風(fēng)電系統(tǒng)提升可靠性的必要性，那我今天來為大家回顧一下在風(fēng)電行業(yè)為什么可靠性這么重要？

 

　　目前所處的能源發(fā)展階段，按照國外的一些說法，我們是處于第四次能源革命，第一次是人類首先使用了火，到后面是生物能源到化石能源以及到我們的新能源。第四次能源革命是與三次能源革命不同的革命，是整個全人類主動性能源的革命，其實也是肩負著未來清潔能源和可再生能源發(fā)展的重任，這張圖大家可以猜猜我要講什么故事，這是一個諧音“LONDON”、“LonDON  ON、LonDON  Off”。今年的8月9號在倫敦發(fā)生了嚴(yán)重的事故，正當(dāng)一個周五的下午大家都在趕著回家的路上時間，大約下午五點，突然所有的公交系統(tǒng)癱瘓了，所有的用電設(shè)備停了，到底發(fā)生了什么樣的情況呢？  當(dāng)時因為是有雷電的天氣狀況，在倫敦南部地區(qū)它的一個燃氣電廠以及倫敦南部的海上風(fēng)電受到了雷擊，先后兩大電廠發(fā)生了設(shè)備的脫網(wǎng)，由于頻率波動導(dǎo)致的脫網(wǎng)，致使英國的海上風(fēng)電電廠800萬兆瓦的設(shè)備，其中737兆瓦產(chǎn)生了脫網(wǎng)。導(dǎo)致了包括倫敦地區(qū)在內(nèi)的英格蘭地區(qū)和威爾士地區(qū)的大范圍停電，事故停滯了一、兩個小時才恢復(fù)。可見電力系統(tǒng)的可靠性和新能源的可靠性，對于生產(chǎn)生活和正常社會的運營產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。

 

　　電力的生產(chǎn)大家也知道，通過幾個重要的環(huán)節(jié)，一個是通過風(fēng)機產(chǎn)生電力，通過風(fēng)壓升壓，通過電網(wǎng)實現(xiàn)傳輸，整個鐵三角的過程中是環(huán)環(huán)相扣，每個環(huán)節(jié)的可靠性影響到系統(tǒng)的可靠性。我們?nèi)?nèi)人都知道，不管是  陸上風(fēng)電還是海上風(fēng)電運行的環(huán)境相當(dāng)惡劣，包括振動和海上風(fēng)電的鹽霧以及粉塵的影響，無論是機械系統(tǒng)還是電氣設(shè)備系統(tǒng)都存在可靠性的風(fēng)險。另外是風(fēng)電系統(tǒng)一般地處偏遠、人煙稀少，運維難度以及運維的成本都特別高，導(dǎo)致了運維提出了重要的要求，一旦發(fā)生了不可靠性，一旦發(fā)生安全性的問題，它造成的損失也是相當(dāng)嚴(yán)重的。另外風(fēng)機或者是風(fēng)電廠的設(shè)計遵循20—25年的長生命周期的設(shè)計，如何保證長生命周期中連續(xù)、穩(wěn)定地安全運行，保證功率輸出，減少棄電現(xiàn)象的發(fā)生，這也是對可靠性提出了高的要求。

 

　　這張圖我們就是拿陸上風(fēng)電的例子做分析，我們從國內(nèi)的某開發(fā)風(fēng)廠的開發(fā)商那里拿到了故障統(tǒng)計，包含了所有的機械系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)。這兩天我們也看到整個的各位專家會把風(fēng)電電廠分成十幾個子系統(tǒng)來看，從發(fā)電電流、風(fēng)電箱變等按照故障次數(shù)的權(quán)重和發(fā)生時間的權(quán)重做了類比和分析，發(fā)現(xiàn)我們在風(fēng)電的變流器、箱變等一些電氣設(shè)備所造成的影響是最大的，從次數(shù)上來看可以影響到電廠故障次數(shù)的77%左右，造成的整個停電時間可以造成權(quán)重為60.2%的影響。右邊也舉了兩個例子，在某風(fēng)廠運行了兩年，由于簡單的問題，由于并網(wǎng)開關(guān)的螺栓松了，導(dǎo)致螺栓斷在變流器中，導(dǎo)致了燒毀事故，這跟維諦的趙總所提的一樣的，安全性、可靠性在海上風(fēng)機行業(yè)是屬于一個非常重要的話題。

 

　　另外我們看到另外一個案例，就是下面的這個案例，在2019年的6月，剛剛發(fā)生不久，某風(fēng)廠運行了6年時間，剛好是因為風(fēng)電行業(yè)是5年質(zhì)保，6年時間是剛剛出保一年，風(fēng)電變流器燒毀，機艙和葉片嚴(yán)重?zé)龤?，風(fēng)廠66臺風(fēng)機在2017年出保，導(dǎo)致整個的運維發(fā)生了嚴(yán)重的問題。對于業(yè)主面臨的很大的挑戰(zhàn)是所有的設(shè)備都出保了，我如何把我目前的風(fēng)廠能夠提升它的可靠性和穩(wěn)定性，這也是非常重要的話題，對于業(yè)主來說，它面臨的是很大的資金壓力的成本。所有的設(shè)備它想換更新型和更智能化的設(shè)備，后期投入要比前期投入還要多。

 

　　接下來看看海上風(fēng)電的例子，這個例子就更加地明顯了，左下角是一個失效曲線圖，就是橫坐標(biāo)是一個時間軸，縱坐標(biāo)是一個失效率的數(shù)值。可以看到紅色的曲線就是拐彎下來的曲線它指的是什么呢？新裝機在測試調(diào)試以及初步運行階段發(fā)生的概率，那是隨著時間的增加是逐步下降的。那在疲勞和  長時間運行引起的效率是黃色曲線是逐漸降低的。而隨機出現(xiàn)的是綠色曲線是相對恒定的數(shù)值，綜合起來是藍色的曲線，就是可以觀察到的失效率，有一段中間的穩(wěn)定運行期，隨著時間的增長風(fēng)廠十年以上的時間，隨著年限的增長就會逐漸提高。這是英國海域500臺風(fēng)機的這樣一個項目，大概是在前幾年發(fā)生的一個故事，所有的業(yè)朱累計裝機容量4500多臺中，有10%發(fā)生了運維事故。運維檢修過程中發(fā)現(xiàn)機械部分包括風(fēng)機葉片和齒輪箱以及電氣部分，控制、電流等陸陸續(xù)續(xù)地發(fā)生了一些問題，那怎么辦？他就要進行檢修，而大家知道海上風(fēng)電的檢修成本是一個海量的數(shù)字，可能各位專家對各國內(nèi)的海上風(fēng)電和陸上風(fēng)電維修的成本都相對比較熟悉了，那我們看看在國外在英國地區(qū)，以及德國、法國地區(qū)它的海上風(fēng)電運維成本大家可以猜猜大概是多少金額一臺？可以心中默想一下，那這個數(shù)字是巨額的，可能是國內(nèi)的幾倍了，一百萬英鎊每臺風(fēng)機的金額，相當(dāng)于這臺風(fēng)機初始投資5%—10%的費用，僅僅是一次維修的費用。那其中包括簡單地跟大家匯報一下，租船15萬英鎊/天，昨天專家提到了還要看海況和天氣情況導(dǎo)致的因素，有可能船出了也出不了海，到了樁的門口也上不了樁，另外平時的維修費用和維修的時間，我5天才能維修好一臺風(fēng)機，人工成本25萬英鎊/臺風(fēng)機，費用高額不下，導(dǎo)致了運維方面有非常大的困難。這也是從另外一個角度說明風(fēng)機的可靠性，整體風(fēng)機的運營成本和全風(fēng)廠的生命周期都是有影響。

 

　　如何應(yīng)對這樣的挑戰(zhàn)呢？施耐德電氣在海上風(fēng)電這一比較細分的領(lǐng)域已經(jīng)有較多的經(jīng)驗了，我們是一家法國公司，在歐洲我們跟維司塔斯等大的風(fēng)電集團都有合作。在與客戶充分交流的基礎(chǔ)上，我們總結(jié)了三個必要的條件能夠保障整個電氣可靠性的要求：第一個是設(shè)備選型，第二個系統(tǒng)配合，第三個是運維優(yōu)化。這個鐵三角對于風(fēng)電行業(yè)的可靠性，尤其是電氣行業(yè)缺一不可，設(shè)備選型確保設(shè)計初期選型就要有組的可靠性和穩(wěn)定性，尤其是風(fēng)電行業(yè)有特殊要求的情況下，選普通產(chǎn)品肯定是不行的，另外是風(fēng)廠一般來講都難以運維，那人員上次去的次數(shù)非常少，這就保證了整個風(fēng)機的主機和電流器等一些大的設(shè)備，以及我們自己的一些斷路器和配電的一些設(shè)備和元件要有很高的智慧化，就像昨天專家提到的要有超感知的能力，我們把實時狀態(tài)感知出來上報系統(tǒng)。

 

　　系統(tǒng)配合是我們在不同層次的設(shè)備以及元件之間要達到高可靠性的配合，同時滿足整體系統(tǒng)的設(shè)計。比重最大的一塊也是這兩天專家提得最多的一塊，就是運維的重要性，前面提到運維成本，在風(fēng)廠整體的運維成本占到風(fēng)廠全生命周期投資的比例超過了60%—80%，所以運維優(yōu)化顯得尤為重要。運維這兩天講得比較多，其中的一個要點是運維要有數(shù)據(jù)，沒有數(shù)據(jù)的運維都等于說是空談。另外是運維我們要提一個預(yù)防性的維護，因為所有的故障在爆發(fā)之前，除了之前提到Run的Flile之外，其他的都是可以查的。我們這兩天了解到一些技術(shù)，包括震動的檢測技術(shù)，包括對聲音的檢測技術(shù)，都有很多新的技術(shù)手段來保證數(shù)據(jù)和運營維護的實現(xiàn)。另外是對于風(fēng)電系統(tǒng)，我們運維的可靠性分析也很重要，在邊緣控制和基于云的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)上都會實現(xiàn)。最后是風(fēng)電資產(chǎn)優(yōu)化的管理，建風(fēng)電廠可能前幾年一直靠補貼，現(xiàn)在還在靠補貼，可能未來補貼越來越弱，如何將我們資產(chǎn)進行優(yōu)化管理，使建風(fēng)廠不光是為了實現(xiàn)這種補貼方面層次的經(jīng)濟效益，而是說真真切切地從發(fā)電本身創(chuàng)造它的經(jīng)濟價值，將它的資產(chǎn)作為優(yōu)化，讓它的初始投資最終在5年、10年、15年產(chǎn)生一個高額的投資回報率，使得這一行業(yè)能夠順利地有序地向前、往前發(fā)展，風(fēng)電廠的資產(chǎn)化管理也是非常重要的。

 

　　基于對客戶的理解，對于風(fēng)廠的理解，我們施耐德有一個黃金法則，其實這個黃金法則其實也是對各個行業(yè)都是基本適用的。我們把所有的電氣設(shè)備和控制設(shè)備分三個層次，施耐德電氣叫三層架構(gòu)：第一層是互聯(lián)互通的產(chǎn)品，第二層叫邊緣控制或者是區(qū)域控制，第三層是廣泛意義上的應(yīng)用、分析和服務(wù)。那么這種架構(gòu)其實大家可以作為一個公式或者是一個模板套用到各個行業(yè)，不光是風(fēng)電行業(yè)、光伏發(fā)電行業(yè)，甚至是商業(yè)建筑行業(yè)，我們的冶金行業(yè)、數(shù)據(jù)中心行業(yè)，以及我們的電子廠房行業(yè)都可以應(yīng)用到類似的架構(gòu)，只不過里面設(shè)計到的專有產(chǎn)品或者是控制軟件有區(qū)別而已。為什么我們需要底層的互聯(lián)互通的設(shè)備呢？剛才提到設(shè)備本身是有可靠性，沒有設(shè)備作為基礎(chǔ)，上層的可靠性幾乎是無法談。另外是我們的設(shè)備也越來越多地具有超感知的能力，也就是說它的傳感器都已經(jīng)預(yù)設(shè)在各個元器件的內(nèi)部，導(dǎo)致了它可以實時地感知到資深的狀態(tài)，以及運維的需求，同時它可以互聯(lián)互通，不僅僅是感受到自己的需求，可以和其他的軟件設(shè)備和上升軟件實現(xiàn)信息的共享和融合，使得他們不再是孤立的元器件，他們有血有肉，是整個骨架中的重要環(huán)節(jié)。區(qū)域控制其實很多時候我們有不同的區(qū)域控制軟件，包括我們的運維軟件、包括我們的電力控制軟件甚至是一些架控專家支持我們從第二層到第三層整體的架構(gòu)。對于第三層軟件來說，那其實國內(nèi)開發(fā)現(xiàn)在也是比較充分了，我們的國產(chǎn)品牌還有進口品牌，其實這方面都是有較多突破性的進展。第三層很多時候是基于云的服務(wù)，通過大數(shù)據(jù)將不同項目、不同地域的一些項目進行一個類比，通過大數(shù)據(jù)分析結(jié)合一些環(huán)境因素的影響，將你所收集到的數(shù)據(jù)進行加工和整理，最后給你一個整體的解決方案。這一層的背后其實不光是機器學(xué)習(xí)，包括是大數(shù)據(jù)的一些技術(shù)在后面，其實還是有很多的專家和顧問來幫助大家支持到整個風(fēng)電設(shè)備的運維和資產(chǎn)的增值。

 

　　接下來舉禮分別來看看三層的特點，這個其實是施耐德電氣比較著名的一款設(shè)備，是框架斷路器，從老的系列到智能化的XTZ，這不是為了做廣告，而是希望通過元件來為大家介紹現(xiàn)在的元件和設(shè)備制造達到了怎樣的先進。對于開關(guān)斷路器做電的比較了解，它本質(zhì)上是開關(guān)，本身的功能是在過電留、過電壓，系統(tǒng)發(fā)生電氣故障保證整個系統(tǒng)在合適的時間和工況下斷路，這是一個斷路器。這個斷路器已經(jīng)是非常自動化的自檢系統(tǒng)，它能夠檢測開關(guān)動了多少次，儲頭磨損到什么程度，預(yù)計到多少時間需要更換儲頭。并且優(yōu)化了設(shè)計，在很高、嚴(yán)苛的情況下抵御外部的沖擊，同時也有很高的特性。針對這個斷路器，現(xiàn)場工程師爬到上面做運維的時候，我們相應(yīng)地也是配了很多的軟件，手機上安一個APP現(xiàn)場一掃碼就能讀到手機上藍牙和NFC的通信形式，就能讀取到斷路器所有關(guān)鍵的信息，包括它的維護信息和故障信息?？赡苓@個工程師之前我也聽很多風(fēng)電行業(yè)的人聊，可能這個工程師既需要懂機械又需要懂電，所以它對于整個設(shè)備的運行是有非常重要的意義。但是我們拿這個軟件有什么用？這個軟件就可以很好地指導(dǎo)你，我這個斷路器出現(xiàn)了A報警，如何去檢測你的故障，如何確認系統(tǒng)處于良好的狀態(tài)，如何進行一系列的步驟，導(dǎo)致你安全的合閘，不會導(dǎo)致你人身和電網(wǎng)發(fā)生故障，這是很明顯的助手。另外還有分析的功能，可以看到斷路器的狀態(tài)，幫助運維人員提前做判斷。

 

　　第二個也是剛才提到的系統(tǒng)層面，我們要跟不同的系統(tǒng)保持良性的合作，細節(jié)不談了，提幾個比較重點的地方。第一個是剛才維諦的趙總也提到了，對于人員的安全性大家都很關(guān)心，在電氣系統(tǒng)中經(jīng)常會有飛弧的現(xiàn)象發(fā)生，剛才提到的這款斷路器就可以滿足零飛弧的設(shè)計。從本身產(chǎn)品來看，它滅弧式的保護效應(yīng)，噴出的氣體沒有不帶電的，保持整個的電氣柜的設(shè)計過程中優(yōu)化設(shè)計、縮小尺寸，不用特意留滅弧空間。之后還有比如說我們還會在風(fēng)機、風(fēng)電箱變、變電系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)保持分析。然后接觸器和空氣斷路器有完美的二類配合方案，保證各系統(tǒng)順利運行。

 

　　第三塊是剛才提到的就是關(guān)于錢的問題，那基于一個數(shù)據(jù)的分析，我們的目標(biāo)是什么呢？就是使得風(fēng)廠它的資產(chǎn)在原始投資的基礎(chǔ)上盡量減少運維的成本，為發(fā)電的可靠性和穩(wěn)定性，能夠提高它的運行周期，為它整個的資產(chǎn)做一個增值。在智慧運維方面，我們也有自己的專家系統(tǒng)，同時我們也廣泛地跟OEM廠和風(fēng)機廠產(chǎn)生一些合作，能夠共同開發(fā)一些生態(tài)圈來為整個的電機系統(tǒng)的穩(wěn)定性提升它的抗風(fēng)險能力。

 

　　最后一頁也跟大家分享一下我們在歐洲所做的實際案例，這是德國的ORKONA這樣一個風(fēng)廠，整個施耐德電氣可以做很多的產(chǎn)品，它所涉及的服務(wù)也是非常全，這是一個典型的例子。那么在整個的風(fēng)廠過程中，我們提供了海上風(fēng)機和升壓站的全部的解決方案，尤其是中壓配電系統(tǒng)以及具體的變流器當(dāng)中的開關(guān)斷路器以及低壓的配電系統(tǒng)等子系統(tǒng)，同時我們還提供了遠程的監(jiān)控系統(tǒng)，就是提升它電氣安全的可靠性。昨天我們電氣專家也提到了，我們通過無人機，通過視覺系統(tǒng)其實是可以更早地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，并且以低成本的方式提升運維的可靠性。另外，我們也是在提供設(shè)備和元件以及軟件的基礎(chǔ)上，還為風(fēng)廠提供了很多綜合性的服務(wù)，比如說在海上的風(fēng)機和集電系統(tǒng)和海上升壓站提供了調(diào)試服務(wù)，在后期的運維過程中我們會持續(xù)地為電廠的運維人員提供培訓(xùn)和運維的支持服務(wù)。這些運維支持也是基于我們智能化和數(shù)字化的設(shè)備和元件的基礎(chǔ)上來提供的。

 

　　最后非常感謝大家，也感謝主辦方的邀請，希望大家能夠健康、愉快，謝謝！

 

　　（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）