基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障模式分析風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(diǎn)，近年來(lái)受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，并已經(jīng)在很多國(guó)家得到大規(guī)模應(yīng)用。然而，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在使用過(guò)程中也存在一些故障問(wèn)題，這些故障會(huì)對(duì)其運(yùn)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(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的故障模式進(jìn)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(píng)估失效途徑、確定失效影響和采取預(yù)防措施為目標(biāo)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(duì)產(chǎn)品和服務(wù)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性進(jìn)行評(píng)估和改進(jìn)的重要工具。FMEA法主要包括以下步驟：

（1）確定分析對(duì)象

（2）建立失效模式清單

（3）評(píng)估失效后果

（4）確定失效原因

（5）采用改進(jìn)措施

本文采用的是基于FMEA法的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組故障模式分析。分析的對(duì)象是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)列出系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)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(jī)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(duì)系統(tǒng)的各個(gè)元素進(jìn)行的，主要是對(duì)系統(tǒng)中可能發(fā)生的失效模式進(jìn)行清單，以便后續(xù)的故障模式分析和識(shí)別。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式清單如下：

番號(hào)|二級(jí)失敗模式|三級(jí)原因|四級(jí)效果

--|--|--|--

01|電纜老化|電纜過(guò)渡段過(guò)度磨損，細(xì)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(dòng)侵蝕，點(diǎn)蝕|機(jī)組飛車(chē)；降低輸出功率

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線(xiàn)照射；葉片過(guò)熱；龜裂等；葉片失重|機(jī)組飛車(chē)；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(dòng)引起震動(dòng)|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)時(shí)間；減少損失

06|機(jī)內(nèi)元件接觸不良|長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后機(jī)內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機(jī)組失效|

2.2評(píng)估失效后果

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

番號(hào)|二級(jí)失敗模式|三級(jí)原因|四級(jí)效果|風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)RPN

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

01|電纜老化|電纜過(guò)渡段過(guò)度磨損，細(xì)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(dòng)侵蝕，點(diǎn)蝕|機(jī)組飛車(chē)；降低輸出功率|240

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線(xiàn)照射；葉片過(guò)熱；龜裂等；葉片失重|機(jī)組飛車(chē)；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(dòng)引起震動(dòng)|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)時(shí)間；減少損失|96

06|機(jī)內(nèi)元件接觸不良|長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后機(jī)內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機(jī)組失效|135

其中，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RPN=失效模式清單中各項(xiàng)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(shí)需要考慮問(wèn)題的重要性，而失效的根本原因則必須通盤(pán)考慮，以取得根本性的解決。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式，確定失效原因如下：

番號(hào)|二級(jí)失敗模式|三級(jí)原因|四級(jí)效果|風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)RPN|原因

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

01|電纜老化|電纜過(guò)渡段過(guò)度磨損，細(xì)節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花|210|硬化而失去彈性；長(zhǎng)時(shí)間的工作環(huán)境太熱、太潮濕、溫差過(guò)大以及負(fù)載過(guò)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(dòng)侵蝕，點(diǎn)蝕|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)組的金屬疲勞、振動(dòng)和磨損等等

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線(xiàn)照射；葉片過(guò)熱；龜裂等；葉片失重|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)組的金屬疲勞、振動(dòng)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(dòng)引起震動(dòng)|機(jī)組飛車(chē)；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(jì)、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(jī)時(shí)間；減少損失|96|地形的轉(zhuǎn)換、高低變化、地形曲線(xiàn)等等；自然影響、氣象影響、環(huán)境影響等等

06|機(jī)內(nèi)元件接觸不良|長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后機(jī)內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機(jī)組失效|135|操作不當(dāng)、環(huán)境影響、誤操作、缺少預(yù)防等等

2.4采用改進(jìn)措施

采用改進(jìn)措施是FMEA法中的第五步，通過(guò)評(píng)價(jià)先前實(shí)行的措施能否解決故障，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果提出新的解決措施。針對(duì)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的失效模式，采用改進(jìn)措施如下：

番號(hào)|二級(jí)失敗模式|三級(jí)原因|四級(jí)效果|風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)RPN|原因|改進(jìn)措施

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

01|電纜老化|電纜過(guò)渡段過(guò)度磨損，細(xì)節(jié)處磨損光緒|電纜短路、火花|210|硬化而失去彈性；長(zhǎng)時(shí)間的工作環(huán)境太熱、太潮濕、溫差過(guò)大以及負(fù)載過(guò)重的影響等|根據(jù)廠家提供的運(yùn)維手冊(cè)執(zhí)行定期檢查、維護(hù)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(dòng)侵蝕，點(diǎn)蝕|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)組的金屬疲勞、振動(dòng)和磨損等等|加強(qiáng)對(duì)風(fēng)輪的定期檢查和預(yù)防性維護(hù)，使用更好的金屬疲勞材料

03|風(fēng)輪葉片破裂|紫外線(xiàn)照射；葉片過(guò)熱；龜裂等；葉片失重|機(jī)組飛車(chē)；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(jī)組的金屬疲勞、振動(dòng)和磨損等等|加強(qiáng)對(duì)風(fēng)輪的定期檢查和預(yù)防性維護(hù)，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(dòng)引起震動(dòng)|機(jī)組飛車(chē)；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(jì)、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(qiáng)對(duì)機(jī)內(nèi)元件的維護(hù)，提高材料質(zhì)量和設(shè)計(jì)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(jī)時(shí)間；減少損失|96|地形的轉(zhuǎn)換、高低變化、地形曲線(xiàn)等等；自然影響、氣象影響、環(huán)境影響等等|加強(qiáng)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)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(chǎng)

06|機(jī)內(nèi)元件接觸不良|長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后機(jī)內(nèi)元件常常老化，接觸不良|機(jī)組失效|135|操作不當(dāng)、環(huán)境影響、誤操作、缺少預(yù)防等等|加強(qiáng)對(duì)機(jī)內(nèi)元件的維護(hù)，定期更換老化的元件

3.結(jié)論

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

（1）針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(hù)措施，以降低其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行效率和安全性的不良影響。

（2）在采用改進(jìn)措施時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，適當(dāng)提高材料質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平，加強(qiáng)對(duì)機(jī)內(nèi)元件的維護(hù)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(chǎng)等，以便達(dá)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(jī)組故障模式的類(lèi)型、根本原因以及對(duì)系統(tǒng)的影響，從而針對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題提出預(yù)防性措施，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。本文將以“全球二氧化碳排放量”為數(shù)據(jù)對(duì)象，通過(guò)數(shù)據(jù)分析的方式揭示全球環(huán)境問(wèn)題的現(xiàn)狀，并探討相應(yīng)的解決方案。該數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的《2017全球能源與排放數(shù)據(jù)總結(jié)》報(bào)告，覆蓋時(shí)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(wàn)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(shì)

從1990年到2016年，全球二氧化碳排放量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，從21011.6萬(wàn)噸增長(zhǎng)到36406.4萬(wàn)噸，漲幅近73%。具體來(lái)看，1990年到2000年，全球二氧化碳排放量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)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(shì)。值得注意的是，2016年全球二氧化碳排放量創(chuàng)歷史新高，達(dá)到了36406.4萬(wàn)噸。

2.2.本文將以“全球二氧化碳排放量”為數(shù)據(jù)對(duì)象，通過(guò)數(shù)據(jù)分析的方式揭示全球環(huán)境問(wèn)題的現(xiàn)狀，并探討相應(yīng)的解決方案。該數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)的《2017全球能源與排放數(shù)據(jù)總結(jié)》報(bào)告，覆蓋時(shí)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(wàn)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(shì)

從1990年到2016年，全球二氧化碳排放量總體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，從21011.6萬(wàn)噸增長(zhǎng)到36406.4萬(wàn)噸，漲幅近73%。具體來(lái)看，1990年到2000年，全球二氧化碳排放量逐年增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)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(shì)。值得注意的是，2016年全球二氧化碳排放量創(chuàng)歷史新高，達(dá)到了36406.4萬(wàn)噸。

2.2.年度排放量變化趨勢(shì)

從年度變化趨勢(shì)來(lái)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(guó)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(kāi)始，全球二氧化碳排放量開(kāi)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(zhǎng)與人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān)，特別是工業(yè)化和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，排放量增長(zhǎng)最快的是發(fā)展中國(guó)家和新興經(jīng)濟(jì)體，尤其是中國(guó)和印度。然而，工業(yè)化國(guó)家仍然是二氧化碳排放的主要來(lái)源。

為什么全球二氧化碳排放量增長(zhǎng)如此迅速？主要原因包括以下幾點(diǎn)：

(1)過(guò)度工業(yè)化和城市化：工業(yè)化和城市化令許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)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(wèn)題日益嚴(yán)峻。

(2)城市化的增加：城市化增加導(dǎo)致了更多的汽車(chē)使用、更多能源消耗，進(jìn)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(huì)排放大量的二氧化碳。目前，改變能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)程緩慢，因?yàn)檗D(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(guó)政府開(kāi)始采取措施來(lái)減少溫室氣體排放。為改善環(huán)境，國(guó)際社會(huì)也制定了很多環(huán)保協(xié)議，鼓勵(lì)各國(guó)共同應(yīng)對(duì)全球變暖等環(huán)境問(wèn)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(yáng)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(duì)煤炭、石油和天然氣等化石燃料的依賴(lài)。

(2)消減排放量：各國(guó)政府應(yīng)采取切實(shí)可行的政策措施來(lái)減少溫室氣體的排放，如限制新能源汽車(chē)和燃油汽車(chē)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(shí)：每個(gè)公民協(xié)同行動(dòng)可以幫助改變氣候變化。政府、學(xué)校和公司等各方應(yīng)開(kāi)展信息宣傳活動(dòng)，增強(qiáng)公眾對(duì)環(huán)保的認(rèn)識(shí)，提高環(huán)境