相信不少風電同仁,都存在這兩點疑問:
1、故障頻次和MTBF都是衡量風電機組可靠性的指標,兩者有何區(qū)別,誰更具有代表性?
2、部分整機商介紹其風電項目的MTBF可達到6000(小時)以上,相當于連續(xù)250天無故障運行,這與業(yè)主對機組可靠性的實際感受有很大偏差。
問題到底出在哪兒?
我們先從MTBF的統(tǒng)計方法來談談。
MTBF是英文Mean Time Between Failures的縮寫,意為“平均故障間隔時間”或“平均無故障運行時間”,它直接衡量產品的整體可靠性水平,綜合評估故障頻次和故障維修能力。
MTBF的計算方法和標準,源自軍用和商用電子設備行業(yè),其對產品可靠性和耐久性要求苛刻,其他行業(yè)沿用MTBF均屬于“跨界”。
既生瑜何生亮?
通常,故障頻次(故障率)越高,機組的無故障運行時間越短,MTBF越低,兩者成反比關系。
但是,與故障頻次相比,MTBF的公式中存在一個新增變量“故障停機小時數(shù)”,加入這個變量以后,故障頻次與MTBF的差別能有多大呢?
為了解答這個疑問,我們選取了國內不同資源、不同機型、不同運行年限的200余座風電場。
本次對標對“故障”的定義有嚴格的標準:
(1)一次停機超過15分鐘的故障;
(2)遠程復位次數(shù)超過三次的故障;
(3)單臺機組在運行,但累計通訊中斷時間超過1小時。
這么一對比,不能說是一模一樣,可以說是高度重合…
那么,問題來了:
既然故障頻次和MTBF都可以表征風電場的可靠性,且兩者互為反比關系,為什么還要統(tǒng)計出兩個指標,而不是兩選一呢?
常言道“立場決定觀點”,需要看看MTBF和故障頻次分別是誰在主張。
整機商為什么要談MTBF?
在整機商對典型風電項目(質保內)的介紹中,與故障頻次相比,MTBF指標能更直觀地反應機組投運后,在時間維度上的質量。畢竟,MTBF大于8760小時,就相當于機組一年不“壞”。
在質保內,機組運維工作由整機商承擔,作為制造型企業(yè),質保內做MTBF指標統(tǒng)計可以幫助整機商改進產品設計,提高產品的可靠性、容錯性、可維修性;出質保后,運維工作由業(yè)主或第三方公司承擔,MTBF指標對于整機商的參考價值變弱。
業(yè)主為什么更關注故障頻次?
事實上,多數(shù)風電業(yè)主對于MTBF這一指標的關注度和敏感度不高,故障頻次才是業(yè)主用來評估風電場可靠性的核心指標和配置運維資源的決策依據(jù)。
原因在于,故障頻次與運檢人員的出工次數(shù)、車輛出勤,以及現(xiàn)場的備件消耗等運維的直、間接成本相關,而維修時長就代表著故障停機時長,即電量損失。
尤其是在做區(qū)域檢修的人數(shù)配置計劃時,一個區(qū)域應該配置多少運檢人員,都要基于故障頻次計算得出。
而MTBF摻雜了故障停機時長這一變量,影響故障停機時長的因素不僅綜合且相互交織,包括機組本身的可靠性、現(xiàn)場的工況、使用設備的水平、維護保養(yǎng)水平、故障維修能力、備品備件的供應速度等等。
黑貓白貓,抓住耗子的就是好貓。
統(tǒng)計MTBF并非沒有意義,只是從風電業(yè)主生產管理的角度,不利于清晰地對故障停機進行歸因和考核,且不能作為指導生產的直接依據(jù)。
此MTBF,非彼MTBF?
下面來解答第二道題:
整機商與業(yè)主統(tǒng)計的MTBF,為何存在很大差異?
本次對標對“故障”的定義有嚴格的標準:
(1)一次停機超過15分鐘的故障;
(2)遠程復位次數(shù)超過三次的故障;
(3)單臺機組在運行,但累計通訊中斷時間超過1小時。
出現(xiàn)這種差異,最大的原因在于,不同行業(yè)主體所統(tǒng)計的故障次數(shù)不盡相同,MTBF的計算結果自然不同。
為什么大家統(tǒng)計的故障次數(shù)會不一樣呢?
這種差異來源于技術和組織兩個層面:
技術層:故障定義不盡相同
故障的定義取決于判斷故障的若干條件。在這方面,整機商和業(yè)主之間,不同品牌的整機商之間,業(yè)主與業(yè)主之間,出于技術或管理方面的原因,都存在一定的個性化差異。
例如,某整機商將“一次停機超過15分鐘的故障”計為一次故障,某業(yè)主將“一次停機超過60分鐘的故障”計為一次故障,兩者的故障次數(shù)統(tǒng)計結果就會產生較大差別。
組織層:對停機的責任劃分上存在差異
通常,對于在運風電場,將引發(fā)停機的責任主體分為①電網(wǎng)②業(yè)主③設備廠商④風電機組運維⑤輸變電運維⑥其他(自然災害等不可抗力),共6種主體,不同責任主體承擔不同的責任范圍。
因此,業(yè)主統(tǒng)計故障次數(shù)的范疇要比整機商大,其MTBF值比整機商的低很多,也就不足為奇了。
然而,即便有著相對明確的責任主體劃分依據(jù),在個別情況下,停機責任的劃分依然存在分歧。
例如遇到集電線路跳閘、電網(wǎng)的計劃和非計劃停電,在恢復送電后,機組無法正常啟機,這種“次生”停機故障,究竟算電網(wǎng)的責任,還是設備廠商的責任?難以定論。
此外,個別整機商停機不報故障,故障停機后自動復位啟機等也會影響故障次數(shù)。
MTBF指標越高
風電機組的可靠性就越好嗎?
需要指出的是,對于不同類型的產品,MTBF所代表的意義不同。
在可靠性工程中,MTBF主要針對由多個零件組成的、可維修的系統(tǒng)級產品,例如風電機組、汽車、個人電腦等等。
與之相對應的,如果是風電機組上的高強螺栓、汽車上的LED燈泡、個人電腦上的內存條,這些元器件一旦發(fā)生故障損壞,維修價值不高,通常會把舊件廢棄并更換新件。對于這類元器件產品,MTBF就等同于它的平均壽命。
由于在產品復雜度、使用環(huán)境、制造工藝上的差別,不同產品的MTBF(或壽命)的平均水平會存在很大的差異。
例如LED燈泡、磁盤陣列、電視機之類的標準化產品,LED燈泡的壽命通常在30000小時以上(約3年半),磁盤陣列的MTBF一般不低于50000小時(5年半以上),液晶電視的安全使用年限為7年(60000小時以上)。
如果說液晶電視是航行在平靜湖面上的一葉扁舟,那么風電機組就是在汪洋大海中乘風破浪的航母。
風電機組作為一種在復雜工況中運行的,集機械、電氣設備于一體的復雜多部件系統(tǒng),天然決定了其MTBF的平均水平,會與大批量生產的標準化產品存在較大差距。
同時,我國風電行業(yè)自2003年起進入產業(yè)化發(fā)展階段,當前正步入由量轉質的換擋期,尤其是風電機組大型化趨勢下,其設計和制造工藝還有一定的提升空間。
風電機組是典型的可修復類產品,機組本身的產品質量和投運后的運維水平,都是左右機組可靠性的重要因素;機組的投運年限越長,設備劣化越明顯,運維水平對于機組故障率的影響越大。
因此,在風電場投運期,MTBF指標并不能直接指征機組本身的可靠性。
無論如何,這并不影響MTBF作為一項衡量可靠性的關鍵指標,在生產管理中的應用和價值。只是我們在表述MTBF指標時,應明確核算指標的前提條件,諸如質保內/外、是否已排除電網(wǎng)因素等,避免行業(yè)的不同主體在理解上產生歧義。
原標題:解碼風電機組可靠性指標:故障頻次與MTBF,既生瑜何生亮?