浅谈塔筒钢板对风力发电机组安全性影响及其到货质量管理

智腾飞

（中国电能成套设备有限公司（国家电力投资集团有限公司物资装备分公司），北京 100080）

近年来，国内风电装机规模不断增加，技术储备逐渐丰富，但在大规模风电建设的同时，国内各风电项目“倒塔”事故频发，“倒塔”事故对检修、运行人员造成了严重的安全威胁，经济损失巨大，根据以往“倒塔”事故的调查，原因一般分为超出设计范围内的极端天气、塔筒焊缝质量、风机设计、塔筒设计、原材料质量等问题。为规避事故的发生，风电行业到货质量管理力度日趋加强，并提出多种行之有效的预防措施。

1 国内风力发电机钢板到货质量管理发展

20世纪80年代，我国首批单机55kW风力发电机组投入商业运营，大规模风电场开发建设自本世纪初开始，由国内风力发电机组企业直接引用国外维斯塔斯、GE等成熟机型的技术条件及规范，通过近20年的发展，我国风力发电市场规模已经世界领先，当初引进的技术条件及规范在国内风电不断发展中持续改进。

由于国外炼钢质量管理体系较为成熟，国外风电项目对塔筒钢板的到货质量管理较为松散。国内塔筒钢板的生产情况有所不同，部分钢铁企业对中厚板等风电钢板的冶炼、轧制水平较低，且随着风电市场的大规模发展，部分企业过分追求低价，采购质控水平相对较低的产品，在国内造成了因钢板质量原因引起的“倒塔事件”。

随后，国内大型风力发电机组企业相继对塔架的设计规范进行了调整，对风电塔筒钢板进行到货质量管理，对钢板的宏观缺陷、微观缺陷、化学成分、力学性能、冲击性能、硬度分布分析、夹杂物等性能提出新的要求。检测方法分为每炉、批号目视检测、显微镜观察、X射线探伤、超声波无损探伤等。具体技术规范要求每个风力发电机组企业要求总体一致，根据各自企业产品特点情况略有不同。

2 塔筒钢板到货管理

目前，国内大部分风电项目塔架设计方均为风机供应商，风机供应商在同需方确认合同关系后将塔架及相关材料的技术规范发送至需方，由需方按照技术规范要求进行采购。

2．1 采购环节

一组风力发电机组由风机、塔筒及其内附件、电气设备、电缆等构成，塔筒由钢板下料、卷制焊接、法兰焊接、组对焊接、打砂、防腐、内附件安装等流程生产。

2．2 质量控制环节

为控制到货塔筒钢板的质量，在上述流程中采取以下措施：

（1）到货钢板的目视检查。该环节为初步筛查，主要排除钢板的外观缺陷，如划伤、打磨等，国内各大风力发电机组企业技术规范均有明确要求，钢板出厂前不允许打磨，该项要求的初衷不是因为打磨本身影响钢板性能，而是防止钢板生产企业为掩盖钢板外观缺陷，通过打磨的方式对缺陷进行掩盖。到货钢板的目视检查一般在钢板下料环节进行，为人工抽检，抽检范围覆盖到货钢板的全部炉、批号。

（2）到货钢板的抽检取样送检。该工作一般在钢板下料过程中同步进行，由于钢材的质量控制与整炉轧制工艺控制有关，因此，取样范围应覆盖所有钢板的炉、批号。检测工作应委托至具备资质的第三方独立机构进行。检测项目一般包含化学成分测定、力学性能检测、无损检测等。按照当前国内惯例，该项检测一般由塔筒制作厂进行。近年来，存在个别塔筒制造企业为节约成本，委托的独立第三方机构不具备CNAS等检测资质，甚至直接伪造检测报告，给后续风力发电机组运行安全带来极大隐患。因此，为保证工程质量安全，部分用户单位选择钢板自行抽检，并同塔筒制作厂委托检测结果进行数据对比，分析检测结果的可靠性。

（3）塔筒焊缝无损检测。塔筒焊缝包括纵缝和环缝，由第三方具备资质的无损探伤人员对焊缝进行无损检测，无损检测的目的主要是把控焊接质量，同时无损检测也是对钢板检测的补充。对于检测发现的不合格焊缝，将分析判断属于何种质量问题。塔筒的焊缝无损探伤可以很大程度避免钢板的质量问题。对于风电塔筒，钢板质量的最大危害在于夹杂物。焊缝无损检测主要通过超声波探伤仪采取直探头、斜探头、双晶探头的检测方式检测是否存在气泡、未焊满、偏析等实质性缺陷，焊缝的无损探伤主要包括焊缝本身及其热影响区。如焊缝周边热影响区部分钢板存在裂纹、白点、及超标的金属夹杂物、非金属夹杂物等，将可直接通过超声波探测仪发现，或由于夹杂物的存在造成焊缝缺陷，从而发现钢板的质量问题。因此，塔筒的焊缝检测既是对焊缝的全面检查，也是对塔筒钢板的全面抽检。

（4）塔筒出厂前的资料审核。风力发电机组企业将在塔筒出厂前派监理人员全程驻厂，对塔筒生产工艺流程复核，对生产记录进行检查，并对原材料、成品等进行外观检查，检查合格后发放“放行单”批准发货。因此，风力发电机组监理人员作为塔筒质量管理最后环节，同样起到了关键作用。

3 风电塔筒钢板质量控制存在的问题

3．1 大容量风力发电机组带来的挑战

在国家对风力发电项目补贴的不断退坡甚至退出，风电行业的采购、运行成本亟需下降；海上风电的快速发展对大容量机型存在迫切需求的背景下，单机5MW甚至8MW以上机组不断研发上市，大容量机型的不断研发势必对风电塔筒钢板的设计提出了新的要求。

3．2 钢板检测环节存在的不足

目前，风电行业塔筒钢板检测主要依靠钢板生产企业进行，由于国内钢铁企业主要为国有企业，且风电钢板产量在其总产量占比较低，因此，大部分钢板厂需方进行驻厂监造及检测见证，给需方在钢板质量的前期控制造成了一定的困难。另外，由于钢板质量较重，体积较大，存在集中到货、集中存放的特点，给钢板到货后下料前时间段的检测造成了一定的困难。

3．3 当前钢板问题处理困境

由于到货后钢板检测起点在下料环节，从钢板下料到法兰焊接一般为7～10天，到防腐、内附件安装一般为14～21天，而下料取样送检至第三方检测完成一般需要20天以上，加之风电项目对建设周期要求较短，对生产速度要求较高。因此，一旦到货钢板存在问题，真正发现问题时，已经完成大量焊接及防腐工作，更换钢板对后期责任界定造成较大困难，且经济损失较大。

4 结语

随着我国经济的增长、制造业水平不断增强、风力发电机组企业的技术不断升级以及风电行业对于风电项目运行安全性的重视，近年来，风力发电机组“倒塔”事故数量呈下降趋势。但随着我国风电产业的不断升级，塔筒钢板的质量控制仍然值得业内给予足够关注。