風電產業中葉片維護的探討

李占軍

（國電科技環保集團股份有限公司赤峰風電公司，內蒙古 赤峰 024000）

風電產業中葉片維護的探討

李占軍

（國電科技環保集團股份有限公司赤峰風電公司，內蒙古 赤峰 024000）

在中國風電事業快速發展的同時，隱患也漸漸顯現，葉片事故是其中之一.本文對國內葉片維護現狀和常見的葉片事故隱患作了剖析，并就風場日常運營中如何做好葉片維護工作提出了自己的建議，以期能對中國風電事業的穩步推進盡綿薄之力.

葉片事故；沙線；風沙抽磨；膠衣開裂；橫向裂紋；預防性定檢；質量標準；葉片材質

我國第一個風力發電場于1986年6月在山東榮成馬蘭灣竣工，大型風力發電機組安裝在國土上已有二十五年多了，從當初認識風力發電開始，只有風機塵土是中國制造，到現在的自主產權兆瓦型風電機組，中國風電所走過的歷程可謂陽光總在風雨后.目前中國風電產業已經進入高速發展的快車道，截至2010年底，我國風電總裝機容量已經超過4000萬千瓦，已居世界第一位.根據國家目前正在調整的新能源規劃，2020年我國風電裝機容量目標為1.5億千瓦.當我們看到可喜成就的同時應居安思危，只有走自主研發、自主生產經營、自主維護的道路，才能使中國風電產業做大做強，下面筆者就葉片自行維護有待解決的相關問題及維護檢驗空白點與大家共同探討：

1 國外風機葉片維護現狀

國外有停風期預防性檢修制度，只要風機停風期一到，相關人員就會及時對設備開始檢修，其中包括必檢項目——風機葉片.國外每個風場都有一臺價值人民幣近百萬的葉片檢修平臺車.檢修人員可以從下至上，對每支葉片進行檢查，從細小裂紋的膠衣修復，到葉片親合力的膠衣檢查，從細小砂眼填充，到葉尖的磨損指數，都檢查維護到位.國外風場尤其重視葉片膠衣磨損情況.因為引起葉片開裂的因素只有兩種原因，一種是不可抗拒的雷擊所至，另一種就是葉片膠衣脫落，葉片親合力下降.風機遇低溫自振時，開裂現象便會出現，所以在國外，風機葉片的檢修和清洗維護修補是固定項目.

2 國內風機葉片維護現狀

停風期預防性檢修制度在國內風電企業還沒得到足夠重視，由于風力發電機葉片所處位置特殊，租用設備維護成本較高，而且因移動設備時間較長，工作效率特低，加之某些平臺金屬物如遇突發天氣與葉片相撞，損壞葉片現象已屢見不鮮，葉片專業檢查人員較少，沒有行業標準等，也是國內風機葉片維護現狀.

3 風機葉片預檢的重要性

預檢即預防性檢查，其目的是在風機運行兩年后對風機葉片進行整體檢查，內容包括清洗葉片，檢查葉片內固合情況，清洗葉片的目的在保證發電量的同時，檢查鹽霧、油污、靜電灰、飛蟲污物背后隱藏的事故隱患，是否有膠衣起層脫落現象，外固合縫是否有開縫現象，是否出項麻面、沙眼，外觀看似油污漬，背后是否出現裂紋等等.內固合檢查是指，通過專用工具對葉片內主梁敲擊，從聲音中判斷葉片與主梁是否有空鼓現象，因為葉片只有在通過一段時間的運行自振后葉片內側和主梁之間才會發生離合虛粘接現象，因此只有通過聲音才能判斷出來.此種現象在葉片制造過程中是不可預見的，只有通過葉片運轉抖動后，需黏合部位才能顯現出來，而此時葉片的外固合還是完好無損的.內黏合如何，我們不能把葉片劈開檢查，只有通過專業人員對葉片外皮主梁處通過聲音判定是否有空鼓現象，如出現隱患可采用鉆眼注射法，填平內離合縫，用外夾具壓合，消除因外固力下降后風機自振而引發的葉片自然開裂，因此我極力倡導對葉片的預防性檢查，因為風機葉片不存在100%的主梁與外片的親合力，此種現象已在修復葉片開裂施工中得到驗證，所以風機葉片的定期檢查，是保障運轉的重要因素.我們知道風電設備最怕機組和葉片出現故障，兩者都會造成因停機待修而造成發電量損失，而風機葉片事故90%不是突發的，是可預見的，只是因我們很難接近它，視而難見而引發的大患.我們應該借鑒國外的預防性維護經驗，使葉片成為停風期必檢項目，只有這樣盛風期時才能安全運轉.

4 葉片外觀的誤區

風機葉片對風電人來講每天與之相伴卻又難以接近，由于風場所處的地域不同，風機葉片出現隱患種類、發生年限、外觀目測及運行聲音識別都有不同之處.干旱地區由于蚊蟲較少，葉片表面只附著靜電灰和漏油污物，從外觀上看比沿海地區葉片潔凈，原因是沿海地區是蚊蟲附著物和鹽霧相撞形成污物，但是沿海地區葉片可靠濕度和雨水自然沖刷，而干旱地區葉片則完全是風沙打磨，兩者之間效果可想而知.其實并非葉片潔凈就代表完好無損.統計數據表明，干旱地區由于風中含沙較高，葉尖縮短，外固合磨損時間等，比其他時間相應提前，沿海地區葉尖兩年縮短0.4毫米，而干旱地區一年就縮短了將近0.5毫米，而迎風面外固合縫顯露上提前近2年.干旱風沙地區葉片，運行兩年后，初次清洗檢查葉片的重點，應在膠衣是否有起鼓脫落，葉尖和迎風角面受損程度和是否有氣泡破碎沙眼，葉刃從上至下是否有橫向細紋，干旱地區巡視人員特別需要注意，葉刃處是否有橫向黑色線狀，和橫向黑色油污現象，如發現應停機檢查，因為此種現象近80%是橫向裂紋，另一種原因是風機漏油所致.

5 我國常見葉片受損種類分析

目前在我國風電場中普遍存在一種現象，同期運行的風機葉片，風沙抽磨的受損程度各不相同，葉片運行兩年后其表面已顯現事故隱患，外層保護膠衣出現磨盡和脫落現象，葉尖部位受損尤為明顯.風機塔筒防腐漆顏色變暗風力發電機葉片的維護應在地面組裝時開始，由于葉片較長，在拆箱、組合、吊裝的過程中難免有刮碰現象，如果是輕度刮磨，現場可用水磨砂紙磨光后，噴涂氣干膠衣便可吊裝，關鍵問題在于葉片刮磨后視而不見繼續裝機，待風機運行后，刮磨受傷處最早演變為沙眼密集區，直接導致外膠衣層起鼓脫落，出現沙坑和軟胎現象.實踐證實，風機葉片的眾多事故都是由于無外保護層而引起的，隨著葉片運轉，每天都在遇風沙打磨，但是抽磨在潔面和抽磨在沙眼的進度是截然不同的，而且由于葉片制造過程中，耐沖擊層難免有內存氣泡現象，如果風沙抽磨的受傷處有內存氣泡，幾年后就會形成通腔沙眼，總之葉片組裝時受損，靠自行運轉永遠抽磨不出一致的表面.風機葉片在組裝時如果出現與金屬利器相刮，刮痕在葉刃位置深度為0.1毫米以上，并且是橫向刮痕，不要急于吊裝，無論現場環境如何，必須把橫向刮痕及時處理，因為橫向刮痕在風機運轉后最易形成橫向裂紋，如果葉片刮痕在葉尖以上1.5米到4米處，形成橫向裂紋的可能性在90%以上.如果發現后未修補，急于裝機運行，最多一年后形成橫向裂紋，風力發電機每次彎曲、扭曲、自振時橫向裂紋都在增寬延長，遇突發天氣葉片撕開折斷的可能性是注定存在的，如果是葉刃處橫向劃痕形成橫向裂紋的幾率能占99%，而且發展速度是人難以想象的，因為葉刃處是葉片最薄，抗彎自振最弱的地方，因此在組裝時要提高組裝監管人員責任心，不要因環境氣候等原因讓風機帶病上天運轉，發現事故隱患必須處理完結，確保空中運行安全.

在我國有幾家風電場是建在了風沙口地區，風給我們帶來動力的同時，沙粒卻給我們外露的風機葉片帶來危害，在同等維護的狀況下，使用壽命低于其他地區，原因是風中沙粒含量較高，顆粒較大，使葉片風沙抽磨受損嚴重，風機葉片和迎風角面安全年限縮短.在日常維護上，由于自然因素，很難從視覺、聽覺上發現問題，建議風口地區的風場應抓住風力較小的時機，著重檢查葉片的迎風角和葉尖部位.運行四至五年后再一次葉尖增厚加長加固施工，目的是防止葉尖因風沙抽磨縮短而造成的外固合力下降，迎風面的膠衣修復也是解決葉片因風沙抽磨使外固合力下降而導致風機自振抖動開裂的有效方法.新建風場，一定要選擇耐沖擊層較厚的硬性葉片以便把葉片的安全使用年限向后推延.

6 常見葉片病因分析

6.1 葉片百病起因：耐沖擊層

膠衣是葉片最外層的抗沖擊層，是葉片內組合材料的防彈衣，當膠衣被風沙抽磨至最薄極限時，涂刮復合材料時存在的氣泡破碎，形成了較深較大的沙眼，短時間內在沙的沖擊下形成通腔沙眼，遇雨葉片通腔內進水，形成內外導電體，避雷指數降低，失效.另種現象，葉片在失去膠衣保護后，纖維布外露，風沙抽磨起毛，遇雨水和陽光暴曬后很快風化，形成葉片軟胎現象，遇雨后逐漸向葉片深處發展，而且由于表面附著有靜電灰塵，遇雨水后此處濕度增加，接閃器失效，葉片遭雷擊洞穿.膠衣抽磨致使葉片的外固合力下降，迎風角面沙眼極速生成，葉片的雙片固合縫清晰可見，此時如果葉片和主梁之間有離核現象，在無外固力的情況下，葉片隨時有因抖動而開裂的發生，如發現不及時，后果可想而知.

6.2 葉尖開裂

葉尖的原始固合處都是實心體，每支葉尖的實心長度約為50厘米左右，目的是有效固合整支葉片底尖部，我們通過施工標記來分析葉尖自然開裂原因，發現葉尖實體部位，每年都有因風沙抽磨在縮短現象發生.一般一年縮短0.5厘米-0.8厘米，按年限計算，葉尖的耐磨年限為4年-6年，當葉尖的外固合磨損至極限后，內固合又是主梁的尖端，內黏合面積最小的地帶，所以遇風機各種自振，在失速狀態下都有被抖開的可能.解決葉尖開裂的根本辦法不是黏結后繼續運轉，需要用樹脂鉚釘貫通葉片加固，同時將葉尖加長加厚，從而增加耐磨年限，保障安全運行.

6.3 葉片橫向裂紋

橫向裂紋是可以直接導致葉片極度事故的隱患，所產生的部位一般在葉刃處.整體葉片的中下部，90%的裂紋是風機自振所引發的，葉片橫向裂紋初期，在地面上人們很難發現.只有在因風機自振、葉片抖動時，裂紋處的每次漲縮瞬間，外界污物乘機而入，裂紋內形成葉片上黑色橫紋時，地面才能發現，它的發展速度相當驚人，因為裂紋內已有的污物無法閉合，形成了只張難合的現象，使裂紋逐漸加深延長.早期的橫向裂紋形成深度只在纖維布層以外，因為在纖維布層未進水風化之前是有彈性的，不易形成折斷體，如果此時發現隱患，只需做表層診斷處理，擴大修復面積，重新刮涂耐沖擊材料，相反在裂紋深達纖維層后，需切換纖維板做梯形黏結.因此早期發現葉片橫向裂紋是是杜絕葉片事故的關鍵，在每次因臺風而損毀撕裂葉片事故中，絕不能排除橫向裂紋所導致的后果.因此只有定期預檢，才是解決問題方案.

6.4 迎風角面受損

風機葉片的迎風角面，由于寬厚度所在，是受損最嚴重的部位.它承受的過沙面積較大，也是葉片外固合材料抽磨最快的部位.葉片煙霧生成、膠衣脫落、麻面沙眼、通腔沙眼、葉片內腔進水、抖動開裂等，都多發生于此部位.風機運轉時葉片噪音增大、哨聲、轉速降低，都是迎風角面的沙眼阻力所造成的，因此風機葉片運行四至五年后，建議風電場做一次表面增厚膠衣加固，除可以解決上述問題外，加固是解決因自振而引發葉片開裂的最可行方案.

7 相關建議

7.1 解決沙線空白

業內共知，每臺風力發電機的運行壽命為20年，期間有近17年的時間需要我們自己維護和保養，就外露的風機葉片而言，它的使用壽命有多長，保護層耐沖擊年限多少我們不得而知，我們只知道它的復合材料組成，防水、防腐蝕、耐酸堿、不怕日曬，但任何物體都是怕風沙抽磨的，事實證明風機葉片除停風期外，每時每刻都在受到風沙的打磨，所以葉片能否安全運轉是一項不可忽視的問題.要想讓葉片達到安全運轉年限，首先在風場選址時應避開沙線上安裝風機是延長風機葉片使用年限的關鍵.通過維護施工觀察沙線上的風機葉片，比正常的壽命至少縮短三年，而且事故頻發.在發電量上，因后期維修所占用時間費用與其他機組相比所需維護費用較高，因此建議相關部門組建測定過沙面積機構，使風機葉片的受損年限向后延伸.

7.2 出臺葉片質量標準

所謂葉片質量標準，是指風機葉片的內外固合力標準.因為在我們修復過的葉片開裂工程中，有許多葉片因為內黏合主梁處與葉片的結合面有較大的漏黏點，使葉片的外固合面在風沙抽磨變薄失去固合力后，葉片因自振抖動而開裂.如果此時葉片與主梁的內黏合較好就不會發生因為開裂而造成的葉片撕斷現象，雖然葉片開裂撕斷有外固合力失效的因素，但在我們修復的各類損壞葉片中，沒發現一支葉片的內黏程度達到80%以上，如果風機葉片內黏結較好，巡視人員發現及時，葉片因開裂而撕斷報廢現象會降至很低，所以我們針對風機葉片所發生的某些事故，應從源頭分析原因，制定標準，決不能聽之任之，無標準可循.

7.3 優選葉片材質

不同地區所建的風電場，應選擇不同材質的風機葉片，是減少日后維護成本的關鍵.由于地域不同，風中的含沙量、刮起沙粒的體積重量各不相同，我們應從當地所能吹刮起的沙粒體積、重量，選擇葉片的種類，必要時應與廠家協調，在葉片相應部位增加耐沖擊材料厚度，以延長安全運轉年限，而現實的風場裝機類型缺少指導性和保障性標準，更沒有與葉片廠家協商增加系數可言.互相觀望，就是國內現行裝機標準，就某些新型葉片而論，如果所選風場急于求成，當運行幾年后發現問題，只能從所得利潤中去彌補當初的損失，現實已無法挽回.所以我極力主張，應根據當地的沙害等級，選擇相應材質葉片，才是保障安全運行的根本，力爭把風沙抽磨葉片造成的損失降至最低.

7.4 打破葉片定檢誤區

由于風力發電機葉片所處位置特殊，租用設備維護成本較高，而且因移動設備時間較長，如遇突發天氣與葉片相撞，損壞葉片現象已屢見不鮮，葉片專業檢查人員較少，沒有行業標準等，也是國內風機葉片維護現狀，給我們帶來發電動力的風機葉片，處于風吹就能轉、酸堿都泡不爛的局面，其實你視而難見的風機葉片并非讓你高枕無憂，沙害每時每刻都在侵蝕著葉片的肉體，隱患每天都處在演變成事故的過程中.業內人士共知發電機組、風機葉片兩者中任何一種出現故障都需較長停機待修時間，而且發生事故的季節在盛風發電期較多，給風場帶來較大發電損失.追其原因，在國外有停風期預防性檢修制度，在國內風電企業還沒得到足夠重視，在許多國家，停風期針對每支葉片都是必檢項目，發現隱患及時修補是風電企業后期減少維修支出的所在，比如一個沙眼，通過一個盛風期可轉變成通腔大沙眼.一個早期發現的橫向裂紋，可用時數小時修復，如果演變至纖維深度，得付出幾十倍的時間和費用.定檢的最重要一項，是檢查葉片的內外固合情況.主梁聲音檢查、迎風角外力固合檢查、葉尖受損檢查，其目的就是為已運行幾年的葉片做一次體檢，讓其在盛風期安全運轉，避免因盛風期葉片事故而帶來的發電量損失，而在國內此項目始終沒能得到重視，只有幾家風電企業在按此規則運行.實踐證明，預則立，不預則廢.這對風機葉片而言絕對是現實體現.另外從年檢工程費用上來進行核算，每臺風機年檢費用為盛風期單臺風機幾小時的發電量等于工程費，也就是說單臺風機幾天的發電量轉換成維檢工程費，可為至少五臺風機葉片做全面檢查.從任何角度而言都物有所值.綜上所述的風機現狀，是我們在從事為風電企業服務的十年來的現場所見證，某些葉片事故隱患是從實踐中分析總結驗證出來的，目的是讓同行們知道，讓我們的風機葉片達到良性運轉標準，給風電企業后期的葉片維護降低成本，倡導企業把葉片定期維護重視起來.

8 結束語

因為目前我國的風電機組還依靠合資和進口，對外依賴性還較強，使風力發電后期的維護費用大大增加，加之國外對知識產權的保護，風機保修期過后的維護費用，占據了大量投資費用.加之我們對風機葉片維護意義認識不足，長期以來沒能引起足夠重視，更缺乏有效的制度保障，占總投資近25%的風機葉片在維護上處于無章可循的狀態.葉片維護專業化企業人才稀缺，而且由于風機維護的季節性較強，葉片材料對固化所需環境要求過高，相關葉片的后期維護問題會接踵而來.所以我們只有走自主研發、自主生產經營、自主維護的道路，才能使中國風電產業做大做強.

〔1〕中華人民共和國安全生產法.

〔2〕電業安全工作規程.

〔3〕內蒙古自治區安全生產條例.

〔4〕中國安全生產年鑒.

〔5〕中華人民共和國能源“十二五”規劃.

TM315

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1673-260X（2012）11-0049-03