浅谈风电机组检测在风电发展中的作用

韩世辉，李立山，李智峰

(北京天源科创风电技术有限责任公司, 北京 100176)

0 引言

在2006年以前，中国风电技术发展多以探索性研究、模仿吸收国外先进技术为主，在2007年以后，中国风电企业迅速发展壮大，风电发展进入黄金时期。

2008年，全国风电总装机容量12000MW，跃居世界第四位。2009年，以25800MW的总累计装机容量超过德国，成为世界第二，但与排名第一的美国仍有近10000MW的差距。2010年，中国风电发展势头迅猛，总装机容量比上年增长约62%。而美国新增容量仅为5000MW左右。中国首次登上世界第一的位置。

2012年，中国（除台湾地区外）新增安装风电机组7872台，装机容量12960MW，同比下降26.5%；累计安装风电机组53764台，装机容量75324.2MW，同比增长20.8%[1]。

在中国风电迅速发展的过程中，一些产业发展弊端也开始显现。风电机组的制造技术虽然得到飞速发展，但是机组维护技术发展表现得过于缓慢；部分风电场重视盈利，但管理和技术建设不足；风电机组维护人员培养跟不上需求增长等。这两年，风电的发展也逐渐由狂热发展转向冷静思考、稳步发展、注重质量和效率。

1 风电机组检测的产生

风电场进入运营阶段，由风电场实施对风电机组运行管理和维护[2]。风电机组是一种由电气系统和机械系统组成的复杂设备，并且处于环境恶劣的野外，经过长期的运行就会出现一些故障或隐患，风电场维护人员一般只具备机组日常的一些维护、维修能力，并不能完全满足风电机组维护的需要。另外，会有一些无法预测的隐患导致机组故障频繁、长时间停机，为了保证风电场的收益最大化，风电场运行工作人员承受着很大的压力。

根据多年工作经验，风电机组的高故障周期一般为3到5年； 也就是说，风电场在建设完成，运营3到5年之后就会出现一个故障集中出现的高峰期，在这个时期如果故障得到正确处理，风电机组运行又会进入一个新的稳定时期，直到下一个故障高峰期的出现。

针对以上问题我们提出了风电机组检测的概念。风电机组检测是指按照技术标准通过各种检测手段对运行一定周期的机组关键性部件和系统进行检测，从而发现机组存在的故障隐患。最终达到以下几个目的：

A、 提前发现故障隐患；

B、 控制隐患的发展扩大；

C、 有计划适时进行维修；

D、 延长机组及部件的使用寿命；

E、 减少突发故障的发生；

F、 提高风电场隐性收益。

风电机组检测一般是指对机组进行全面的检测，涵盖机组的机械、电气各个方面，同时对风电机组进行综合性的检测评估；在后期针对发现的问题进行深入的分析，可以避免孤立、被动地去处理重大故障，而是通过更加广阔视角分析隐患，提前消除隐患或是做好应对措施，从而减少不必要的损失。

2 风电机组检测的项目

风电机组检测的项目包括：系统机械检测、叶片检测、传动链振动检测、内窥镜检测、红外检测、叶轮动平衡检测、噪声检测、电能质量分析、结构件探伤检测、风电机组防雷检测、通信检测等。

2.1 系统机械检测

风电机组在运行一段时间之后，齿轮箱与发电机对中、高速刹车盘（挠度、厚度）、刹车片（厚度）、偏航刹车盘（平整度）、齿轮箱弹性支撑等都会发生一定的变化，当达到一定程度时会引发机组故障。通过系统的机械检查可以尽早地发现这些问题。

2.2 叶片检测

叶片安装在轮毂上面，组成风电机组巨大的叶轮。在机组运行过程中叶片要经受风吹、雨淋、日晒、冰冻、污染、雷击各种侵蚀，或轻或重都会受到一定的损伤。叶片检测一般会对叶片的前缘、后缘、迎风面、背风面、十三切面、小叶尖、接闪器进行检查，以确定风损、失速条状态、开裂状态、表面洁净度、胶衣光泽、涡流发生器状态、定位销状态、是否遭受雷击等。

2.3 传动链振动检测

发电机组主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等传动部件都是风电机组的动力传动的关键环节，对保证机组正常发电非常重要。过振动检测可以判断风电机组机械传动部件运行状态，诊断异常故障原因、部位、程度和发展趋势[3]。

2.4 内窥镜检测

内窥镜检测属于无损检测中的目视检查，是人眼视觉的延伸。在不破坏被检物体的情况下，通过检测通道进入被检测物体的内部，检查具体缺陷，辅助检查人员做定性分析。

2.5 红外检测

通过红外检测设备对风电机组的重要部位进行检测，如动力电缆、电缆接头、电控柜、电控柜内部元件、主轴轴承、齿轮箱、高速轴承、发电机轴承、散热油路等。红外检测设备利用关键部件形成的异常热场特征，判断其故障状态。

2.6 叶轮动平衡检测

据德国WindGuard公司对德国风电机组的调查，叶片加工精度、安装质量、气动异常、结冰、灰尘和积水等原因，都会导致机组存在不平衡和启动不平衡的问题。叶轮的不平衡会引起风电机组的异常振动，从而加重风电机组的局部载荷，造成异常损坏。通过对动平衡的检测和调整改善机组的运行条件[4]。

2.7 噪声检测

风电机组在安装完成后，在运行过程中由于各种原因会产生一定程度的噪音，可能会对周围环境造成影响。噪声一般来源于机械机构和叶片。风电机组的噪声一般都是长期存在的，会对环境中的敏感因素带来困扰，如居民的生活、栖息的动物等。噪声检测主要是测量噪声声级，分析噪声谱系。

2.8 电能质量分析

电能质量包括谐波、电压不平衡、电压波动、电压闪变、最大功率、无功功率等，风速的变化是随机的，机组的并网会引起电网电能质量的变化，目前带有大型电力电子器件的变流器已经在各地得到广泛的应用，当变流器出现故障时，就有可能向电网注入含有谐波的电流，引起电网电压的畸变。谐波问题已经成为风电机组电能质量的主要问题。

2.9 结构件探伤检测

巨大的风电机组是由结构件组装到一起的，包括铸件、焊接件，是组成机组的主体，当结构件出现裂纹等内部损伤时，会给机组本身和工作人员安全带来威胁，国内外都出现过不少的类似事故，塔架断裂，轮毂解体等。可以利用超声波、磁轭法等无损探伤技术对关键结构件进行检测。

2.10 风电机组防雷检测

风电机组均位于野外，为了得到较好的风能资源，周围没有较大的建筑物，是比较容易遭到雷击的对象，每年风电行业都会因为雷击带来很大的损失，在风电机组设计过程中也非常重视防雷设计，尽管如此，还会因为各种原因造成防雷的失效，因雷击而造成损失。为此，防雷检测也应该引起电场管理人员的重视。

2.11 通信检测

风电机组是一套复杂的控制系统，控制系统一般包括一个主站（主控制器）、多个子站组成，通过现场总线进行通信控制。风电机组内部电磁环境复杂，各站（主站、子站）间的通信质量直接影响机组的运行稳定性。通信检测可以直接找出故障点，并有针对性地采取措施。

3 风电机组检测的现状

风电机组的检测在其寿命周期内安全稳定运行的意义和价值显而易见，因此专业检测服务单位、风电机组研发制造单位、风电投资单位、风电机组关键核心部件制造单位等依据各自的优势，纷纷进入了风电机组检测业务的开发和服务角逐战场，都在争取着属于自己的市场份额。目前已逐步形成了以关键核心部件为主体的专项检测、以控制和传动为主体的系统检测及以整机为主体的全面检测三大检测体系。但是，由于风力发电行业历史较短，发展迅速，历史数据积累不足，这些因素造成风电机组的检测时机、检测项目及评估标准确定缺少科学依据，从而使客户在选择检测时存在诸多的顾虑和疑问。因此，风电机组的检测市场目前既有机遇又有挑战，一方面是广阔的风电后服务市场，另一方面则是如何建立科学合理的检测标准。

4 风电机组检测重要性

近些年来，国家对风电的大力支持极大地促进了风电的发展。风电机组逐渐大型化，国内也有三四家风电企业研发出了5MW以上的机组。国内企业在大型风电机组的研发设计上日趋成熟。这几年来，经过几万台风电机组的大批量制造，国内的风电制造企业对机组的制造技术已是驾轻就熟。也正因如此，近两年国内的风电机组出现了产能过剩的问题。这对国内风电制造业来说是个不小的问题，但对风电行业的长期发展却不完全是一件坏事。除了风电制造业，风电机组维护、检测和维修对于风电行业的稳定健康发展同样重要，但目前都属于薄弱环节。

日常的机组维护检修无法代替风电机组检测。风电机组日常维护与检修工作一般包括故障处理、巡检、年检、半年检等，其重点在于机组的简单维修与保养，不管是目的性还是技术角度都与风电机组检测没有交汇点，两者有着本质的区别。但是，通过风电机组检测可以大大减轻维护与检修的劳动强度。从这个角度看，检测的作用不可忽视。

风电场管理中不应该重视维修而轻视检测。目前有些建场时间长、运行经验丰富的风电场直接与制造企业（电机制造厂、齿轮箱加工厂）建立长期的合作关系，却对风电机组的检测没有给予同样的重视。这恰恰忽视了最节省人力和成本的环节，通过风电机组的检测提前发现隐患并采取措施，既可以延长机组寿命，也能降低维修的成本，从而为风电场增加效益。

案例1：

某风电场1台风电机组频繁报通信故障，经风电场维护人员多次处理均不见效果，这种情况持续半年之久，更换大量零部件，月可利用率只有60%。后来通过通信检测发现变桨子站通信存在异常，最终确认是由于航空插头受到轻微污染和空气湿度过大影响所导致。

案例2：

某风电场发电机轴承损坏率很高，通过振动检测发现发电机轴承损伤失效趋势严重，经过进一步分析发现，是由区域性气候原因影响所致，原来规定的维护轴承加脂量不能满足当地运行机组的需求。处理方案是加装自动加脂器，并设定合适的加脂量。跟踪检测2年之后，轴承失效趋势下降。

案例3：

某风电场位于广东沿海地区，受台风影响全场机组停机，恢复上电运行前对机组进行机械和电气的全面检测，发现齿轮箱中速轴后轴承外圈开裂；叶片表面胶衣出现不同程度的损坏，同时叶片伴有不同程度的开裂；发电机主电缆回路出现不同程度的绝缘降低等一系列的机械和电气方面的问题，存在大量不易被发现的隐性问题。如果不进行全面检测，仅是上电运行前的例行巡检很难发现问题。此时如果直接上电运行，会引发更加严重的后果，带来巨额经济损失。

通过以上案例不难发现，风电机组检测侧重于发现隐性故障，找出一般巡检、检修无法发现的隐患。所以风电机组检测是机组全生命周期不可或缺的维护手段，不只是在减少机组的维护成本方面，同时对机组全生命周期内的工作效率有了保证。

5 未来展望

风电机组检测服务包括制定机组检测方案、对机组进行检测、评估机组的健康状况、提供检测报告等系统性服务。通过风电机组检测服务，一方面可以让机组运营商了解机组的运行状况，便于机组维护维修；另一方面也可以为商业上的风电场买卖交易、机组大部件保险议价提供技术性依据，从而有利于风电市场的进一步扩大。风电机组检测服务必将在风电服务市场上占据举足轻重的位置。

近些年，在国家对风电的大力支持背景下，风电行业在国内外有了长足的快速发展，随着风力发电技术的不断深入，风电机组单机容量也在不断增大，同时海上风电也在悄然崛起。大容量的海上风电机组的运行环境和检修条件对风电机组的检测预防提出了新的要求和机遇。

总之，风电机组检测服务解决了风电机组寿命周期内存在的运营隐患问题，保证了风电场的长期稳定效益，它将为降低机组寿命周期内的度电成本和提高风电场收益作出巨大贡献，为风电行业的技术革新和服务创新带来新的活力。

[1] 李俊峰.中国风能发展报告.北京：中国环境科学出版社[R].2012.9.

[2] 熊礼俭.风力发电新技术与发电工程设计、运行、维护及标准规范[M].北京：中国科技文化出版社.2007.3.

[3] 罗川.风力发电机组动平衡系统的研发与机组振动研究[D].西北工业大学.2007.

[4] 薛扬,秦世耀,李庆.重视开发风电机组检测技术[J].中国科技投资.2008.4.