淺談風電機組檢測在風電發展中的作用

韓世輝，李立山，李智峰

(北京天源科創風電技術有限責任公司, 北京 100176)

0 引言

在2006年以前，中國風電技術發展多以探索性研究、模仿吸收國外先進技術為主，在2007年以后，中國風電企業迅速發展壯大，風電發展進入黃金時期。

2008年，全國風電總裝機容量12000MW，躍居世界第四位。2009年，以25800MW的總累計裝機容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近10000MW的差距。2010年，中國風電發展勢頭迅猛，總裝機容量比上年增長約62%。而美國新增容量僅為5000MW左右。中國首次登上世界第一的位置。

2012年，中國（除臺灣地區外）新增安裝風電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%[1]。

在中國風電迅速發展的過程中，一些產業發展弊端也開始顯現。風電機組的制造技術雖然得到飛速發展，但是機組維護技術發展表現得過于緩慢；部分風電場重視盈利，但管理和技術建設不足；風電機組維護人員培養跟不上需求增長等。這兩年，風電的發展也逐漸由狂熱發展轉向冷靜思考、穩步發展、注重質量和效率。

1 風電機組檢測的產生

風電場進入運營階段，由風電場實施對風電機組運行管理和維護[2]。風電機組是一種由電氣系統和機械系統組成的復雜設備，并且處于環境惡劣的野外，經過長期的運行就會出現一些故障或隱患，風電場維護人員一般只具備機組日常的一些維護、維修能力，并不能完全滿足風電機組維護的需要。另外，會有一些無法預測的隱患導致機組故障頻繁、長時間停機，為了保證風電場的收益最大化，風電場運行工作人員承受著很大的壓力。

根據多年工作經驗，風電機組的高故障周期一般為3到5年； 也就是說，風電場在建設完成，運營3到5年之后就會出現一個故障集中出現的高峰期，在這個時期如果故障得到正確處理，風電機組運行又會進入一個新的穩定時期，直到下一個故障高峰期的出現。

針對以上問題我們提出了風電機組檢測的概念。風電機組檢測是指按照技術標準通過各種檢測手段對運行一定周期的機組關鍵性部件和系統進行檢測，從而發現機組存在的故障隱患。最終達到以下幾個目的：

A、 提前發現故障隱患；

B、 控制隱患的發展擴大；

C、 有計劃適時進行維修；

D、 延長機組及部件的使用壽命；

E、 減少突發故障的發生；

F、 提高風電場隱性收益。

風電機組檢測一般是指對機組進行全面的檢測，涵蓋機組的機械、電氣各個方面，同時對風電機組進行綜合性的檢測評估；在后期針對發現的問題進行深入的分析，可以避免孤立、被動地去處理重大故障，而是通過更加廣闊視角分析隱患，提前消除隱患或是做好應對措施，從而減少不必要的損失。

2 風電機組檢測的項目

風電機組檢測的項目包括：系統機械檢測、葉片檢測、傳動鏈振動檢測、內窺鏡檢測、紅外檢測、葉輪動平衡檢測、噪聲檢測、電能質量分析、結構件探傷檢測、風電機組防雷檢測、通信檢測等。

2.1 系統機械檢測

風電機組在運行一段時間之后，齒輪箱與發電機對中、高速剎車盤（撓度、厚度）、剎車片（厚度）、偏航剎車盤（平整度）、齒輪箱彈性支撐等都會發生一定的變化，當達到一定程度時會引發機組故障。通過系統的機械檢查可以盡早地發現這些問題。

2.2 葉片檢測

葉片安裝在輪轂上面，組成風電機組巨大的葉輪。在機組運行過程中葉片要經受風吹、雨淋、日曬、冰凍、污染、雷擊各種侵蝕，或輕或重都會受到一定的損傷。葉片檢測一般會對葉片的前緣、后緣、迎風面、背風面、十三切面、小葉尖、接閃器進行檢查，以確定風損、失速條狀態、開裂狀態、表面潔凈度、膠衣光澤、渦流發生器狀態、定位銷狀態、是否遭受雷擊等。

2.3 傳動鏈振動檢測

發電機組主軸、齒輪箱、聯軸器和發電機等傳動部件都是風電機組的動力傳動的關鍵環節，對保證機組正常發電非常重要。過振動檢測可以判斷風電機組機械傳動部件運行狀態，診斷異常故障原因、部位、程度和發展趨勢[3]。

2.4 內窺鏡檢測

內窺鏡檢測屬于無損檢測中的目視檢查，是人眼視覺的延伸。在不破壞被檢物體的情況下，通過檢測通道進入被檢測物體的內部，檢查具體缺陷，輔助檢查人員做定性分析。

2.5 紅外檢測

通過紅外檢測設備對風電機組的重要部位進行檢測，如動力電纜、電纜接頭、電控柜、電控柜內部元件、主軸軸承、齒輪箱、高速軸承、發電機軸承、散熱油路等。紅外檢測設備利用關鍵部件形成的異常熱場特征，判斷其故障狀態。

2.6 葉輪動平衡檢測

據德國WindGuard公司對德國風電機組的調查，葉片加工精度、安裝質量、氣動異常、結冰、灰塵和積水等原因，都會導致機組存在不平衡和啟動不平衡的問題。葉輪的不平衡會引起風電機組的異常振動，從而加重風電機組的局部載荷，造成異常損壞。通過對動平衡的檢測和調整改善機組的運行條件[4]。

2.7 噪聲檢測

風電機組在安裝完成后，在運行過程中由于各種原因會產生一定程度的噪音，可能會對周圍環境造成影響。噪聲一般來源于機械機構和葉片。風電機組的噪聲一般都是長期存在的，會對環境中的敏感因素帶來困擾，如居民的生活、棲息的動物等。噪聲檢測主要是測量噪聲聲級，分析噪聲譜系。

2.8 電能質量分析

電能質量包括諧波、電壓不平衡、電壓波動、電壓閃變、最大功率、無功功率等，風速的變化是隨機的，機組的并網會引起電網電能質量的變化，目前帶有大型電力電子器件的變流器已經在各地得到廣泛的應用，當變流器出現故障時，就有可能向電網注入含有諧波的電流，引起電網電壓的畸變。諧波問題已經成為風電機組電能質量的主要問題。

2.9 結構件探傷檢測

巨大的風電機組是由結構件組裝到一起的，包括鑄件、焊接件，是組成機組的主體，當結構件出現裂紋等內部損傷時，會給機組本身和工作人員安全帶來威脅，國內外都出現過不少的類似事故，塔架斷裂，輪轂解體等。可以利用超聲波、磁軛法等無損探傷技術對關鍵結構件進行檢測。

2.10 風電機組防雷檢測

風電機組均位于野外，為了得到較好的風能資源，周圍沒有較大的建筑物，是比較容易遭到雷擊的對象，每年風電行業都會因為雷擊帶來很大的損失，在風電機組設計過程中也非常重視防雷設計，盡管如此，還會因為各種原因造成防雷的失效，因雷擊而造成損失。為此，防雷檢測也應該引起電場管理人員的重視。

2.11 通信檢測

風電機組是一套復雜的控制系統，控制系統一般包括一個主站（主控制器）、多個子站組成，通過現場總線進行通信控制。風電機組內部電磁環境復雜，各站（主站、子站）間的通信質量直接影響機組的運行穩定性。通信檢測可以直接找出故障點，并有針對性地采取措施。

3 風電機組檢測的現狀

風電機組的檢測在其壽命周期內安全穩定運行的意義和價值顯而易見，因此專業檢測服務單位、風電機組研發制造單位、風電投資單位、風電機組關鍵核心部件制造單位等依據各自的優勢，紛紛進入了風電機組檢測業務的開發和服務角逐戰場，都在爭取著屬于自己的市場份額。目前已逐步形成了以關鍵核心部件為主體的專項檢測、以控制和傳動為主體的系統檢測及以整機為主體的全面檢測三大檢測體系。但是，由于風力發電行業歷史較短，發展迅速，歷史數據積累不足，這些因素造成風電機組的檢測時機、檢測項目及評估標準確定缺少科學依據，從而使客戶在選擇檢測時存在諸多的顧慮和疑問。因此，風電機組的檢測市場目前既有機遇又有挑戰，一方面是廣闊的風電后服務市場，另一方面則是如何建立科學合理的檢測標準。

4 風電機組檢測重要性

近些年來，國家對風電的大力支持極大地促進了風電的發展。風電機組逐漸大型化，國內也有三四家風電企業研發出了5MW以上的機組。國內企業在大型風電機組的研發設計上日趨成熟。這幾年來，經過幾萬臺風電機組的大批量制造，國內的風電制造企業對機組的制造技術已是駕輕就熟。也正因如此，近兩年國內的風電機組出現了產能過剩的問題。這對國內風電制造業來說是個不小的問題，但對風電行業的長期發展卻不完全是一件壞事。除了風電制造業，風電機組維護、檢測和維修對于風電行業的穩定健康發展同樣重要，但目前都屬于薄弱環節。

日常的機組維護檢修無法代替風電機組檢測。風電機組日常維護與檢修工作一般包括故障處理、巡檢、年檢、半年檢等，其重點在于機組的簡單維修與保養，不管是目的性還是技術角度都與風電機組檢測沒有交匯點，兩者有著本質的區別。但是，通過風電機組檢測可以大大減輕維護與檢修的勞動強度。從這個角度看，檢測的作用不可忽視。

風電場管理中不應該重視維修而輕視檢測。目前有些建場時間長、運行經驗豐富的風電場直接與制造企業（電機制造廠、齒輪箱加工廠）建立長期的合作關系，卻對風電機組的檢測沒有給予同樣的重視。這恰恰忽視了最節省人力和成本的環節，通過風電機組的檢測提前發現隱患并采取措施，既可以延長機組壽命，也能降低維修的成本，從而為風電場增加效益。

案例1：

某風電場1臺風電機組頻繁報通信故障，經風電場維護人員多次處理均不見效果，這種情況持續半年之久，更換大量零部件，月可利用率只有60%。后來通過通信檢測發現變槳子站通信存在異常，最終確認是由于航空插頭受到輕微污染和空氣濕度過大影響所導致。

案例2：

某風電場發電機軸承損壞率很高，通過振動檢測發現發電機軸承損傷失效趨勢嚴重，經過進一步分析發現，是由區域性氣候原因影響所致，原來規定的維護軸承加脂量不能滿足當地運行機組的需求。處理方案是加裝自動加脂器，并設定合適的加脂量。跟蹤檢測2年之后，軸承失效趨勢下降。

案例3：

某風電場位于廣東沿海地區，受臺風影響全場機組停機，恢復上電運行前對機組進行機械和電氣的全面檢測，發現齒輪箱中速軸后軸承外圈開裂；葉片表面膠衣出現不同程度的損壞，同時葉片伴有不同程度的開裂；發電機主電纜回路出現不同程度的絕緣降低等一系列的機械和電氣方面的問題，存在大量不易被發現的隱性問題。如果不進行全面檢測，僅是上電運行前的例行巡檢很難發現問題。此時如果直接上電運行，會引發更加嚴重的后果，帶來巨額經濟損失。

通過以上案例不難發現，風電機組檢測側重于發現隱性故障，找出一般巡檢、檢修無法發現的隱患。所以風電機組檢測是機組全生命周期不可或缺的維護手段，不只是在減少機組的維護成本方面，同時對機組全生命周期內的工作效率有了保證。

5 未來展望

風電機組檢測服務包括制定機組檢測方案、對機組進行檢測、評估機組的健康狀況、提供檢測報告等系統性服務。通過風電機組檢測服務，一方面可以讓機組運營商了解機組的運行狀況，便于機組維護維修；另一方面也可以為商業上的風電場買賣交易、機組大部件保險議價提供技術性依據，從而有利于風電市場的進一步擴大。風電機組檢測服務必將在風電服務市場上占據舉足輕重的位置。

近些年，在國家對風電的大力支持背景下，風電行業在國內外有了長足的快速發展，隨著風力發電技術的不斷深入，風電機組單機容量也在不斷增大，同時海上風電也在悄然崛起。大容量的海上風電機組的運行環境和檢修條件對風電機組的檢測預防提出了新的要求和機遇。

總之，風電機組檢測服務解決了風電機組壽命周期內存在的運營隱患問題，保證了風電場的長期穩定效益，它將為降低機組壽命周期內的度電成本和提高風電場收益作出巨大貢獻，為風電行業的技術革新和服務創新帶來新的活力。

[1] 李俊峰.中國風能發展報告.北京：中國環境科學出版社[R].2012.9.

[2] 熊禮儉.風力發電新技術與發電工程設計、運行、維護及標準規范[M].北京：中國科技文化出版社.2007.3.

[3] 羅川.風力發電機組動平衡系統的研發與機組振動研究[D].西北工業大學.2007.

[4] 薛揚,秦世耀,李慶.重視開發風電機組檢測技術[J].中國科技投資.2008.4.