基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機組故障模式分析

基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機組故障模式分析風(fēng)力發(fā)電機是一種利用風(fēng)能將其轉(zhuǎn)換成電能的裝置。由于其具有環(huán)保、可再生、節(jié)能等顯著優(yōu)點，近年來受到越來越廣泛的關(guān)注，并已經(jīng)在很多國家得到大規(guī)模應(yīng)用。然而，風(fēng)力發(fā)電機組在使用過程中也存在一些故障問題，這些故障會對其運行效率和安全性產(chǎn)生不良影響。因此，本文將采用FMEA法（失效模式與影響分析法）對風(fēng)力發(fā)電機組的故障模式進行分析，旨在提高其可靠性、穩(wěn)定性和安全性。

1.FMEA法概述

FMEA法是一種以預(yù)先評估失效途徑、確定失效影響和采取預(yù)防措施為目標的系統(tǒng)分析方法，廣泛用于故障防范、質(zhì)量管理和安全工程等領(lǐng)域，是對產(chǎn)品和服務(wù)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性進行評估和改進的重要工具。FMEA法主要包括以下步驟：

（1）確定分析對象

（2）建立失效模式清單

（3）評估失效后果

（4）確定失效原因

（5）采用改進措施

本文采用的是基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機組故障模式分析。分析的對象是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過列出系統(tǒng)內(nèi)部各個元素的失效模式以及分析這些失效模式的影響和原因，最終提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

2.風(fēng)力發(fā)電機組故障模式分析

2.1建立失效模式清單

失效模式清單是FMEA法中的第二步，是針對系統(tǒng)的各個元素進行的，主要是對系統(tǒng)中可能發(fā)生的失效模式進行清單，以便后續(xù)的故障模式分析和識別。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式清單如下：

番號|二級失敗模式|三級原因|四級效果

--|--|--|--

01|電纜老化|電纜過渡段過度磨損，細節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花

02|風(fēng)輪葉片脫離|葉片材料變質(zhì)、脆化；螺栓松動侵蝕，點蝕|機組飛車；降低輸出功率

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線照射；葉片過熱；龜裂等；葉片失重|機組飛車；降低輸出功率

04|扭曲變形|可靠性差的結(jié)構(gòu)和材料；因振動引起震動|機組飛車；降低輸出功率；減少壽命；減少可靠性

05|近地層風(fēng)速低|自然條件變化；地形影響等|減少停機時間；減少損失

06|機內(nèi)元件接觸不良|長時間運行后機內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機組失效|

2.2評估失效后果

評估失效后果是FMEA法中的第三步，是對失效模式的影響進行評估，評估結(jié)果可以為后續(xù)的改進措施提供參考。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式，評估結(jié)果如下：

番號|二級失敗模式|三級原因|四級效果|風(fēng)險指標RPN

--|--|--|--|--

01|電纜老化|電纜過渡段過度磨損，細節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花|210

02|風(fēng)輪葉片脫離|葉片材料變質(zhì)、脆化；螺栓松動侵蝕，點蝕|機組飛車；降低輸出功率|240

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線照射；葉片過熱；龜裂等；葉片失重|機組飛車；降低輸出功率|270

04|扭曲變形|可靠性差的結(jié)構(gòu)和材料；因振動引起震動|機組飛車；降低輸出功率；減少壽命；減少可靠性|375

05|近地層風(fēng)速低|自然條件變化；地形影響等|減少停機時間；減少損失|96

06|機內(nèi)元件接觸不良|長時間運行后機內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機組失效|135

其中，風(fēng)險指數(shù)RPN=失效模式清單中各項的“發(fā)生概率P”ד影響程度S”ד難度D”。

2.3確定失效原因

確定失效原因是FMEA法中的第四步，主要是為了找出失效模式的根本原因。在碰到高RPN值時需要考慮問題的重要性，而失效的根本原因則必須通盤考慮，以取得根本性的解決。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式，確定失效原因如下：

番號|二級失敗模式|三級原因|四級效果|風(fēng)險指標RPN|原因

--|--|--|--|--|--

01|電纜老化|電纜過渡段過度磨損，細節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花|210|硬化而失去彈性；長時間的工作環(huán)境太熱、太潮濕、溫差過大以及負載過重的影響等

02|風(fēng)輪葉片脫離|葉片材料變質(zhì)、脆化；螺栓松動侵蝕，點蝕|機組飛車；降低輸出功率|240|外部環(huán)境的風(fēng)、雨、雪等天氣狀況、失衡的風(fēng)輪、故障的電池及控制箱以及機組的金屬疲勞、振動和磨損等等

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線照射；葉片過熱；龜裂等；葉片失重|機組飛車；降低輸出功率|270|外部環(huán)境的風(fēng)、雨、雪等天氣狀況、失衡的風(fēng)輪、故障的電池及控制箱以及機組的金屬疲勞、振動和磨損等等

04|扭曲變形|可靠性差的結(jié)構(gòu)和材料；因振動引起震動|機組飛車；降低輸出功率；減少壽命；減少可靠性|375|設(shè)備本身的設(shè)計、制造和安裝等的基礎(chǔ)；能源、電網(wǎng)等的質(zhì)量、變化以及其它技術(shù)要求等的要求

05|近地層風(fēng)速低|自然條件變化；地形影響等|減少停機時間；減少損失|96|地形的轉(zhuǎn)換、高低變化、地形曲線等等；自然影響、氣象影響、環(huán)境影響等等

06|機內(nèi)元件接觸不良|長時間運行后機內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機組失效|135|操作不當、環(huán)境影響、誤操作、缺少預(yù)防等等

2.4采用改進措施

采用改進措施是FMEA法中的第五步，通過評價先前實行的措施能否解決故障，并根據(jù)評價結(jié)果提出新的解決措施。針對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式，采用改進措施如下：

番號|二級失敗模式|三級原因|四級效果|風(fēng)險指標RPN|原因|改進措施

--|--|--|--|--|--|--

01|電纜老化|電纜過渡段過度磨損，細節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花|210|硬化而失去彈性；長時間的工作環(huán)境太熱、太潮濕、溫差過大以及負載過重的影響等|根據(jù)廠家提供的運維手冊執(zhí)行定期檢查、維護和更換電纜

02|風(fēng)輪葉片脫離|葉片材料變質(zhì)、脆化；螺栓松動侵蝕，點蝕|機組飛車；降低輸出功率|240|外部環(huán)境的風(fēng)、雨、雪等天氣狀況、失衡的風(fēng)輪、故障的電池及控制箱以及機組的金屬疲勞、振動和磨損等等|加強對風(fēng)輪的定期檢查和預(yù)防性維護，使用更好的金屬疲勞材料

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線照射；葉片過熱；龜裂等；葉片失重|機組飛車；降低輸出功率|270|外部環(huán)境的風(fēng)、雨、雪等天氣狀況、失衡的風(fēng)輪、故障的電池及控制箱以及機組的金屬疲勞、振動和磨損等等|加強對風(fēng)輪的定期檢查和預(yù)防性維護，使用更好的金屬疲勞材料

04|扭曲變形|可靠性差的結(jié)構(gòu)和材料；因振動引起震動|機組飛車；降低輸出功率；減少壽命；減少可靠性|375|設(shè)備本身的設(shè)計、制造和安裝等的基礎(chǔ)；能源、電網(wǎng)等的質(zhì)量、變化以及其它技術(shù)要求等的要求|加強對機內(nèi)元件的維護，提高材料質(zhì)量和設(shè)計水平

05|近地層風(fēng)速低|自然條件變化；地形影響等|減少停機時間；減少損失|96|地形的轉(zhuǎn)換、高低變化、地形曲線等等；自然影響、氣象影響、環(huán)境影響等等|加強對風(fēng)電場的選址分析，選擇具有較好近地層風(fēng)速的地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場

06|機內(nèi)元件接觸不良|長時間運行后機內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機組失效|135|操作不當、環(huán)境影響、誤操作、缺少預(yù)防等等|加強對機內(nèi)元件的維護，定期更換老化的元件

3.結(jié)論

通過以上基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機組故障模式分析，我們可以得到以下結(jié)論：

（1）針對風(fēng)力發(fā)電機組出現(xiàn)的電纜老化、風(fēng)輪葉片脫離、風(fēng)輪葉片破裂、扭曲變形、近地層風(fēng)速低、機內(nèi)元件接觸不良等多種故障模式，可以采用不同的預(yù)防性維護措施，以降低其對系統(tǒng)運行效率和安全性的不良影響。

（2）在采用改進措施時應(yīng)結(jié)合實際情況，適當提高材料質(zhì)量和設(shè)計水平，加強對機內(nèi)元件的維護以及選擇具有較好近地層風(fēng)速的地區(qū)建設(shè)風(fēng)電場等，以便達到提高設(shè)備可靠性、穩(wěn)定性和安全性的目的。

（3）FMEA法可以幫助我們發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機組故障模式的類型、根本原因以及對系統(tǒng)的影響，從而針對可能出現(xiàn)的問題提出預(yù)防性措施，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。本文將以“全球二氧化碳排放量”為數(shù)據(jù)對象，通過數(shù)據(jù)分析的方式揭示全球環(huán)境問題的現(xiàn)狀，并探討相應(yīng)的解決方案。該數(shù)據(jù)來源于國際能源機構(gòu)(IEA)的《2017全球能源與排放數(shù)據(jù)總結(jié)》報告，覆蓋時間從1990年到2016年。

1.數(shù)據(jù)概覽

全球二氧化碳排放量(單位:百萬噸)數(shù)據(jù)如下表所示：

年份|二氧化碳排放量

--|--

1990|21011.6

1991|21385

1992|22483.4

1993|22877.4

1994|23608.4

1995|23743.9

1996|24452

1997|24912.6

1998|25261

1999|25991.2

2000|26677.5

2001|27417.5

2002|28569.5

2003|29573.1

2004|30773.2

2005|31973

2006|32943.8

2007|34109.9

2008|34438.9

2009|33696.8

2010|35264.2

2011|35727.9

2012|35360.3

2013|35927

2014|36252.1

2015|36013.9

2016|36406.4

2.數(shù)據(jù)分析

2.1.總排放量變化趨勢

從1990年到2016年，全球二氧化碳排放量總體呈增長趨勢，從21011.6萬噸增長到36406.4萬噸，漲幅近73%。具體來看，1990年到2000年，全球二氧化碳排放量逐年增長，且增長速度逐漸加快。2000年以后，全球二氧化碳排放量增速有所放緩，但總體呈上升趨勢。值得注意的是，2016年全球二氧化碳排放量創(chuàng)歷史新高，達到了36406.4萬噸。

2.2.本文將以“全球二氧化碳排放量”為數(shù)據(jù)對象，通過數(shù)據(jù)分析的方式揭示全球環(huán)境問題的現(xiàn)狀，并探討相應(yīng)的解決方案。該數(shù)據(jù)來源于國際能源機構(gòu)(IEA)的《2017全球能源與排放數(shù)據(jù)總結(jié)》報告，覆蓋時間從1990年到2016年。

一、數(shù)據(jù)概覽

全球二氧化碳排放量(單位:百萬噸)數(shù)據(jù)如下表所示：

年份|二氧化碳排放量

--|--

1990|21011.6

1991|21385

1992|22483.4

1993|22877.4

1994|23608.4

1995|23743.9

1996|24452

1997|24912.6

1998|25261

1999|25991.2

2000|26677.5

2001|27417.5

2002|28569.5

2003|29573.1

2004|30773.2

2005|31973

2006|32943.8

2007|34109.9

2008|34438.9

2009|33696.8

2010|35264.2

2011|35727.9

2012|35360.3

2013|35927

2014|36252.1

2015|36013.9

2016|36406.4

二、數(shù)據(jù)分析

2.1.總排放量變化趨勢

從1990年到2016年，全球二氧化碳排放量總體呈增長趨勢，從21011.6萬噸增長到36406.4萬噸，漲幅近73%。具體來看，1990年到2000年，全球二氧化碳排放量逐年增長，且增長速度逐漸加快。2000年以后，全球二氧化碳排放量增速有所放緩，但總體呈上升趨勢。值得注意的是，2016年全球二氧化碳排放量創(chuàng)歷史新高，達到了36406.4萬噸。

2.2.年度排放量變化趨勢

從年度變化趨勢來看，二氧化碳排放量呈“次月為高”的規(guī)律，即每年的第二季度排放量較高。這與很多國家的生產(chǎn)和用電高峰期重合，也與夏季氣溫升高，能源需求增加有關(guān)。此外，從2009年開始，全球二氧化碳排放量開始下降，但在2010年以后，排放量又重新走高。

三、數(shù)據(jù)解讀

全球二氧化碳排放量的增長與人類活動密切相關(guān)，特別是工業(yè)化和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，排放量增長最快的是發(fā)展中國家和新興經(jīng)濟體，尤其是中國和印度。然而，工業(yè)化國家仍然是二氧化碳排放的主要來源。

為什么全球二氧化碳排放量增長如此迅速？主要原因包括以下幾點：

(1)過度工業(yè)化和城市化：工業(yè)化和城市化令許多國家的經(jīng)濟快速發(fā)展。但這些產(chǎn)業(yè)增加了大量的二氧化碳排放，導(dǎo)致燃燒化石燃料、溫室氣體排放等環(huán)境問題日益嚴峻。

(2)城市化的增加：城市化增加導(dǎo)致了更多的汽車使用、更多能源消耗，進而增加了溫室氣體的排放。

(3)能源結(jié)構(gòu)的不合理：全球能源結(jié)構(gòu)是以煤、石油和天然氣為主，而這些能源的燃燒會排放大量的二氧化碳。目前，改變能源結(jié)構(gòu)的進程緩慢，因為轉(zhuǎn)向可再生能源需要重大投資，并且現(xiàn)有的能源基礎(chǔ)設(shè)施很難被替換。

四、解決方案

全球?qū)Νh(huán)境污染的不斷關(guān)注和呼吁使得各國政府開始采取措施來減少溫室氣體排放。為改善環(huán)境，國際社會也制定了很多環(huán)保協(xié)議，鼓勵各國共同應(yīng)對全球變暖等環(huán)境問題。以下是一些解決方案：

(1)轉(zhuǎn)向可再生能源：全球需要加速向可再生能源轉(zhuǎn)型，將太陽能、風(fēng)能、水能等可再生能源作為一種能源多樣化的解決方案，減少對煤炭、石油和天然氣等化石燃料的依賴。

(2)消減排放量：各國政府應(yīng)采取切實可行的政策措施來減少溫室氣體的排放，如限制新能源汽車和燃油汽車的上路，推廣公共交通等。此外，大型工業(yè)企業(yè)也應(yīng)該發(fā)揮作用，積極采取能源節(jié)約、污染治理等環(huán)保措施。

(3)提高全民環(huán)保意識：每個公民協(xié)同行動可以幫助改變氣候變化。政府、學(xué)校和公司等各方應(yīng)開展信息宣傳活動，增強公眾對環(huán)保的認識，提高環(huán)境