兆瓦级风力发电机叶片运维研究

吴艳花

摘要：作为风力发电机的三个重要零部件之一，叶片的作用主要是吸收风能从而带动发电机运动，从而产生电能。目前常用的兆瓦级风力发电机叶片长度在30米以上，在生产运输和安装及运行过程中，经常会遇见各类问题，必须对其进行及时的运行保养和维护，才能保证发电机组的正常工作。基于此，论文首先说明了风力发电机叶片运维的必要性，其次说明了叶片的常见损伤及原因、可能产生的后果，再次说明了风力发电机叶片故障的诊断方法及监测技术，最后说明了风力发电机叶片的常规运维方法，希望可以为广大风力发电从业者提供一定的参考。

关键词：兆瓦级风力发电机;叶片;运维

1、兆瓦级风力发电机叶片运维的必要性

风力发电机市场的规模不断变大，也带动了大兆瓦发电机的研发和生产，风力发电机的叶片生产制造及运营维护也迎来了红利期。兆瓦级的风力发电机叶片主要被安装在戈壁滩、山区及近海等环境较为恶劣的地区，其设计的运行温度在零下40度到零上50度之间，运行速度高达85米每秒。由于叶片长期被雨水侵蚀、雷击和紫外线照射，所以如果不能及时的维护和保养，很可能造成风机故障，甚至不可逆性损伤，所以对叶片的运行状态进行监测并展开定期的维护保养，对于保障风力发电机的可持续运行有着重要的意义。

2、兆瓦级风力发电机叶片常见的损伤

一般情况下，叶片的设计寿命通常为20年，在寿命期范围内，较为常见的损伤为前缘腐蚀、油漆脱落、边缘开裂、雷击、表面起鼓、保护膜破损等，这些损伤对于风力发电机的叶片正常运行产生严重的制约，同时也为人们带来了严重的经济损失。

3、损伤原因

3.1设计和生产原因

随着风力发电机组的容量不断提升，在设计方面叶片的长度也在不断的增加，为了控制发电机组的载荷，设计人员对于叶片的重量要求也越来越严格。由于叶片的设计余量被不断的减少和控制，造成叶片在设计过程中留下的隐患也越来越多，并且由于一些制造厂家一味的降低成本，在更换原材料的时候没有经过仔细的测试，例如胶粘剂和树脂等关键的材料随意更换很容易造成叶片在运行过程中受到损伤。根据笔者的实际观察来看，叶片的断裂和开裂等一些问题在实际工作过程中很容易出现，但在设计过程中都可以加以避免。除此之外，在生产过程中的品质把控不够严格也是重要原因，一些作业人员没有按照工艺的生产要求进行工作，造成漏气、出现褶皱。

3.2不可抗力

不可抗力主要与地区有关。例如，云贵川等山区出现雷击的现象比较频繁，叶片经常树立在最高处，很容易遭到雷击;而内蒙和新疆等地区的风沙较为严重，很可能对叶片的表面带来一些点蚀和磨损;广东福建等沿海地区的风力发电机叶片容易被盐雾腐蚀。并且每年的夏季也是台风的高发时期，沿海的浙江福建地区很容易受到台风的影响，经常由于倒塌事故带来叶片的损伤。

3.3各类损伤导致后果

风力发电机的前缘腐蚀如果不及时的维修处理，很可能造成叶片翼型发生变化，进而导致叶片的气动性能受到严重的影响，最终影响了发电效率，后缘开裂，如果不及时修复容易造成裂痕慢慢扩大，造成叶片发动机的表面大面积的撕裂，导致机组发生震动。对于长期处于雨水浸泡的叶片来说，可能导致叶片表面起鼓开裂，尤其是对于叶片的填充材料来说，很容易造成腐蚀，使叶片产生严重的损伤。除此之外，夜间部分很容易在多雨的季节受到雷击，导致叶片的叶尖开裂或表面划伤，也可能使叶片的避雷系统受到伤害，如果不及时的修复，可能造成叶片的避雷系统产生不可逆的损伤，失去避雷的效果。

3.4兆瓦级风力发电机叶片状态监测技术

3.4.1光纤传感器监测

作为风机发电机组的重要组成部分，对于叶片进行故障诊断，主要是基于受力分析实现的，因为在故障状态下的运行效果与正常状态下的运行效果是完全不同的，所以可以利用光纤的光纤传感器对叶片进行检测，判断叶片的精密用电的变化范围，是否在合理的范围内从而得出叶片的运行状态是否正常，尤其是在一些环境比较恶劣的环境下，光纤光栅传感器的运用是十分合适的。

3.4.2无损检测法

目前，叶片的无损检测方法主要有超声波检测法、声发射检测法、红外热成像检测法等，而且并没有完善的标准来规定检测方法的适用阶段。超声波检测法的原理如下：叶片结构缺陷处将对超声波传播路径产生影响。该方法可用于检测材料内部或表面缺陷，通常用于离线检测，具有应用范围广、缺陷定位准确、响应速度快等特点，理论发展完善。但不同类型的缺陷需使用不同的超声探头，检测时需要耦合剂等，限制了该方法在实时、动态检测领域的应用。上述方式属于可以远距离监测的非接触物检测方式，但这种方式的检测精度与超声波检测方法相比相对较弱，更加适用于一些实时监测的精度要求不高的场合。由于不同温度下的物体辐射红外线也不同，所以根据这一理论，也可以根据叶片表面热辐射成像的特征来诊断叶片的状况，这种方式主要是用于剥落和表面裂纹等故障的判断。

国内外在近些年来的无损动态监测技术有了长足的进步，在生发射监测技术上投入了大量的人力和物力进行研究，可以基本根据风力发电机组的材料在受到外力产生的负荷时的受力反应情况来判断机组的实际损伤。机组的材料随着不断的被破坏及结构受力，也会发出很多信号，使得计算机系统可以对信号进行接收并分析处理。在这些信号波形中，也隐含着大量的发射源的特征数据，技术人员分析这些课程数据即可实现叶片材料的损坏位置定位、损坏程度判断及损坏趋势的分析，从而实现叶片的基本运维，为风力发电机组的整体维护提供可靠的依据。

4、兆瓦级风力发电机叶片维护的要点

风力发电机的运维主要包括临时维修和定期维护。其中，前者是叶片出现损伤时，对于损伤的部位进行定点的临时维修;而后者主要是针对风力发电机组进行巡检，确保没有异常的隐患。

4.1临时维修

风力发电机组都具备信息反馈系统，所以一旦风力发电机产生故障，那么系统会及时提醒工作人员，然后工作人员可以到现场仔细排查故障，对于发现的问题尽快联系工作人员消缺。上述行为属于被动方式，其优点是节约了运维的时间成本，但同时也具备一定的缺点，很可能风力发电机组的损伤从可逆损伤发展到不可逆的重大损伤以后，才被系统所提示，并且一旦系统提示，往往需要花费较长的时间和资金，并且风力发电机的停机时间要更长，带来的负面影响更大。

4.2定期维护

目前越来越多的风力发电行业的工作人员意识到叶片定期运维的重要性，往往会选择在小风季进行停车展开定期运维，并在运维结束以后形成台账。这种定期运维对于叶片的掉漆和小裂痕等轻度的损伤，可以进行及时的修复，避免损伤进一步扩大，但由于风力发电机厂的机组数量相对较多，往往需要较多的运营维护人员。为了避免上述情况，可以将风力发电机组的叶片进行编号来错峰维修，避免集中维修产生的人员不足。

4.3结语

兆瓦级的风力发电机叶片对于整个机组来说的影响十分巨大，如果在运行过程中受到各种损伤没有被及时修复，很可能会产生严重的后果，所以对机组的叶片进行运维是十分重要的，在选择运维团队时，也应该尽量选择口碑强、技术硬的团队，避免由于维护不当造成的负面影响。

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