兆瓦級風力發(fā)電機葉片運維研究

吳艷花

摘要：作為風力發(fā)電機的三個重要零部件之一，葉片的作用主要是吸收風能從而帶動發(fā)電機運動，從而產(chǎn)生電能。目前常用的兆瓦級風力發(fā)電機葉片長度在30米以上，在生產(chǎn)運輸和安裝及運行過程中，經(jīng)常會遇見各類問題，必須對其進行及時的運行保養(yǎng)和維護，才能保證發(fā)電機組的正常工作。基于此，論文首先說明了風力發(fā)電機葉片運維的必要性，其次說明了葉片的常見損傷及原因、可能產(chǎn)生的后果，再次說明了風力發(fā)電機葉片故障的診斷方法及監(jiān)測技術，最后說明了風力發(fā)電機葉片的常規(guī)運維方法，希望可以為廣大風力發(fā)電從業(yè)者提供一定的參考。

關鍵詞：兆瓦級風力發(fā)電機;葉片;運維

1、兆瓦級風力發(fā)電機葉片運維的必要性

風力發(fā)電機市場的規(guī)模不斷變大，也帶動了大兆瓦發(fā)電機的研發(fā)和生產(chǎn)，風力發(fā)電機的葉片生產(chǎn)制造及運營維護也迎來了紅利期。兆瓦級的風力發(fā)電機葉片主要被安裝在戈壁灘、山區(qū)及近海等環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，其設計的運行溫度在零下40度到零上50度之間，運行速度高達85米每秒。由于葉片長期被雨水侵蝕、雷擊和紫外線照射，所以如果不能及時的維護和保養(yǎng)，很可能造成風機故障，甚至不可逆性損傷，所以對葉片的運行狀態(tài)進行監(jiān)測并展開定期的維護保養(yǎng)，對于保障風力發(fā)電機的可持續(xù)運行有著重要的意義。

2、兆瓦級風力發(fā)電機葉片常見的損傷

一般情況下，葉片的設計壽命通常為20年，在壽命期范圍內(nèi)，較為常見的損傷為前緣腐蝕、油漆脫落、邊緣開裂、雷擊、表面起鼓、保護膜破損等，這些損傷對于風力發(fā)電機的葉片正常運行產(chǎn)生嚴重的制約，同時也為人們帶來了嚴重的經(jīng)濟損失。

3、損傷原因

3.1設計和生產(chǎn)原因

隨著風力發(fā)電機組的容量不斷提升，在設計方面葉片的長度也在不斷的增加，為了控制發(fā)電機組的載荷，設計人員對于葉片的重量要求也越來越嚴格。由于葉片的設計余量被不斷的減少和控制，造成葉片在設計過程中留下的隱患也越來越多，并且由于一些制造廠家一味的降低成本，在更換原材料的時候沒有經(jīng)過仔細的測試，例如膠粘劑和樹脂等關鍵的材料隨意更換很容易造成葉片在運行過程中受到損傷。根據(jù)筆者的實際觀察來看，葉片的斷裂和開裂等一些問題在實際工作過程中很容易出現(xiàn)，但在設計過程中都可以加以避免。除此之外，在生產(chǎn)過程中的品質把控不夠嚴格也是重要原因，一些作業(yè)人員沒有按照工藝的生產(chǎn)要求進行工作，造成漏氣、出現(xiàn)褶皺。

3.2不可抗力

不可抗力主要與地區(qū)有關。例如，云貴川等山區(qū)出現(xiàn)雷擊的現(xiàn)象比較頻繁，葉片經(jīng)常樹立在最高處，很容易遭到雷擊;而內(nèi)蒙和新疆等地區(qū)的風沙較為嚴重，很可能對葉片的表面帶來一些點蝕和磨損;廣東福建等沿海地區(qū)的風力發(fā)電機葉片容易被鹽霧腐蝕。并且每年的夏季也是臺風的高發(fā)時期，沿海的浙江福建地區(qū)很容易受到臺風的影響，經(jīng)常由于倒塌事故帶來葉片的損傷。

3.3各類損傷導致后果

風力發(fā)電機的前緣腐蝕如果不及時的維修處理，很可能造成葉片翼型發(fā)生變化，進而導致葉片的氣動性能受到嚴重的影響，最終影響了發(fā)電效率，后緣開裂，如果不及時修復容易造成裂痕慢慢擴大，造成葉片發(fā)動機的表面大面積的撕裂，導致機組發(fā)生震動。對于長期處于雨水浸泡的葉片來說，可能導致葉片表面起鼓開裂，尤其是對于葉片的填充材料來說，很容易造成腐蝕，使葉片產(chǎn)生嚴重的損傷。除此之外，夜間部分很容易在多雨的季節(jié)受到雷擊，導致葉片的葉尖開裂或表面劃傷，也可能使葉片的避雷系統(tǒng)受到傷害，如果不及時的修復，可能造成葉片的避雷系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的損傷，失去避雷的效果。

3.4兆瓦級風力發(fā)電機葉片狀態(tài)監(jiān)測技術

3.4.1光纖傳感器監(jiān)測

作為風機發(fā)電機組的重要組成部分，對于葉片進行故障診斷，主要是基于受力分析實現(xiàn)的，因為在故障狀態(tài)下的運行效果與正常狀態(tài)下的運行效果是完全不同的，所以可以利用光纖的光纖傳感器對葉片進行檢測，判斷葉片的精密用電的變化范圍，是否在合理的范圍內(nèi)從而得出葉片的運行狀態(tài)是否正常，尤其是在一些環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下，光纖光柵傳感器的運用是十分合適的。

3.4.2無損檢測法

目前，葉片的無損檢測方法主要有超聲波檢測法、聲發(fā)射檢測法、紅外熱成像檢測法等，而且并沒有完善的標準來規(guī)定檢測方法的適用階段。超聲波檢測法的原理如下：葉片結構缺陷處將對超聲波傳播路徑產(chǎn)生影響。該方法可用于檢測材料內(nèi)部或表面缺陷，通常用于離線檢測，具有應用范圍廣、缺陷定位準確、響應速度快等特點，理論發(fā)展完善。但不同類型的缺陷需使用不同的超聲探頭，檢測時需要耦合劑等，限制了該方法在實時、動態(tài)檢測領域的應用。上述方式屬于可以遠距離監(jiān)測的非接觸物檢測方式，但這種方式的檢測精度與超聲波檢測方法相比相對較弱，更加適用于一些實時監(jiān)測的精度要求不高的場合。由于不同溫度下的物體輻射紅外線也不同，所以根據(jù)這一理論，也可以根據(jù)葉片表面熱輻射成像的特征來診斷葉片的狀況，這種方式主要是用于剝落和表面裂紋等故障的判斷。

國內(nèi)外在近些年來的無損動態(tài)監(jiān)測技術有了長足的進步，在生發(fā)射監(jiān)測技術上投入了大量的人力和物力進行研究，可以基本根據(jù)風力發(fā)電機組的材料在受到外力產(chǎn)生的負荷時的受力反應情況來判斷機組的實際損傷。機組的材料隨著不斷的被破壞及結構受力，也會發(fā)出很多信號，使得計算機系統(tǒng)可以對信號進行接收并分析處理。在這些信號波形中，也隱含著大量的發(fā)射源的特征數(shù)據(jù)，技術人員分析這些課程數(shù)據(jù)即可實現(xiàn)葉片材料的損壞位置定位、損壞程度判斷及損壞趨勢的分析，從而實現(xiàn)葉片的基本運維，為風力發(fā)電機組的整體維護提供可靠的依據(jù)。

4、兆瓦級風力發(fā)電機葉片維護的要點

風力發(fā)電機的運維主要包括臨時維修和定期維護。其中，前者是葉片出現(xiàn)損傷時，對于損傷的部位進行定點的臨時維修;而后者主要是針對風力發(fā)電機組進行巡檢，確保沒有異常的隱患。

4.1臨時維修

風力發(fā)電機組都具備信息反饋系統(tǒng)，所以一旦風力發(fā)電機產(chǎn)生故障，那么系統(tǒng)會及時提醒工作人員，然后工作人員可以到現(xiàn)場仔細排查故障，對于發(fā)現(xiàn)的問題盡快聯(lián)系工作人員消缺。上述行為屬于被動方式，其優(yōu)點是節(jié)約了運維的時間成本，但同時也具備一定的缺點，很可能風力發(fā)電機組的損傷從可逆損傷發(fā)展到不可逆的重大損傷以后，才被系統(tǒng)所提示，并且一旦系統(tǒng)提示，往往需要花費較長的時間和資金，并且風力發(fā)電機的停機時間要更長，帶來的負面影響更大。

4.2定期維護

目前越來越多的風力發(fā)電行業(yè)的工作人員意識到葉片定期運維的重要性，往往會選擇在小風季進行停車展開定期運維，并在運維結束以后形成臺賬。這種定期運維對于葉片的掉漆和小裂痕等輕度的損傷，可以進行及時的修復，避免損傷進一步擴大，但由于風力發(fā)電機廠的機組數(shù)量相對較多，往往需要較多的運營維護人員。為了避免上述情況，可以將風力發(fā)電機組的葉片進行編號來錯峰維修，避免集中維修產(chǎn)生的人員不足。

4.3結語

兆瓦級的風力發(fā)電機葉片對于整個機組來說的影響十分巨大，如果在運行過程中受到各種損傷沒有被及時修復，很可能會產(chǎn)生嚴重的后果，所以對機組的葉片進行運維是十分重要的，在選擇運維團隊時，也應該盡量選擇口碑強、技術硬的團隊，避免由于維護不當造成的負面影響。

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