淺談風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)在風(fēng)電發(fā)展中的作用

韓世輝，李立山，李智峰

(北京天源科創(chuàng)風(fēng)電技術(shù)有限責(zé)任公司, 北京 100176)

0 引言

在2006年以前，中國(guó)風(fēng)電技術(shù)發(fā)展多以探索性研究、模仿吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)為主，在2007年以后，中國(guó)風(fēng)電企業(yè)迅速發(fā)展壯大，風(fēng)電發(fā)展進(jìn)入黃金時(shí)期。

2008年，全國(guó)風(fēng)電總裝機(jī)容量12000MW，躍居世界第四位。2009年，以25800MW的總累計(jì)裝機(jī)容量超過德國(guó)，成為世界第二，但與排名第一的美國(guó)仍有近10000MW的差距。2010年，中國(guó)風(fēng)電發(fā)展勢(shì)頭迅猛，總裝機(jī)容量比上年增長(zhǎng)約62%。而美國(guó)新增容量?jī)H為5000MW左右。中國(guó)首次登上世界第一的位置。

2012年，中國(guó)（除臺(tái)灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機(jī)組7872臺(tái)，裝機(jī)容量12960MW，同比下降26.5%；累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53764臺(tái)，裝機(jī)容量75324.2MW，同比增長(zhǎng)20.8%[1]。

在中國(guó)風(fēng)電迅速發(fā)展的過程中，一些產(chǎn)業(yè)發(fā)展弊端也開始顯現(xiàn)。風(fēng)電機(jī)組的制造技術(shù)雖然得到飛速發(fā)展，但是機(jī)組維護(hù)技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)得過于緩慢；部分風(fēng)電場(chǎng)重視盈利，但管理和技術(shù)建設(shè)不足；風(fēng)電機(jī)組維護(hù)人員培養(yǎng)跟不上需求增長(zhǎng)等。這兩年，風(fēng)電的發(fā)展也逐漸由狂熱發(fā)展轉(zhuǎn)向冷靜思考、穩(wěn)步發(fā)展、注重質(zhì)量和效率。

1 風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)的產(chǎn)生

風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段，由風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施對(duì)風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行管理和維護(hù)[2]。風(fēng)電機(jī)組是一種由電氣系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成的復(fù)雜設(shè)備，并且處于環(huán)境惡劣的野外，經(jīng)過長(zhǎng)期的運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)一些故障或隱患，風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)人員一般只具備機(jī)組日常的一些維護(hù)、維修能力，并不能完全滿足風(fēng)電機(jī)組維護(hù)的需要。另外，會(huì)有一些無法預(yù)測(cè)的隱患導(dǎo)致機(jī)組故障頻繁、長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，為了保證風(fēng)電場(chǎng)的收益最大化，風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行工作人員承受著很大的壓力。

根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，風(fēng)電機(jī)組的高故障周期一般為3到5年； 也就是說，風(fēng)電場(chǎng)在建設(shè)完成，運(yùn)營(yíng)3到5年之后就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)故障集中出現(xiàn)的高峰期，在這個(gè)時(shí)期如果故障得到正確處理，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行又會(huì)進(jìn)入一個(gè)新的穩(wěn)定時(shí)期，直到下一個(gè)故障高峰期的出現(xiàn)。

針對(duì)以上問題我們提出了風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)的概念。風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)是指按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過各種檢測(cè)手段對(duì)運(yùn)行一定周期的機(jī)組關(guān)鍵性部件和系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)，從而發(fā)現(xiàn)機(jī)組存在的故障隱患。最終達(dá)到以下幾個(gè)目的：

A、 提前發(fā)現(xiàn)故障隱患；

B、 控制隱患的發(fā)展擴(kuò)大；

C、 有計(jì)劃適時(shí)進(jìn)行維修；

D、 延長(zhǎng)機(jī)組及部件的使用壽命；

E、 減少突發(fā)故障的發(fā)生；

F、 提高風(fēng)電場(chǎng)隱性收益。

風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)一般是指對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面的檢測(cè)，涵蓋機(jī)組的機(jī)械、電氣各個(gè)方面，同時(shí)對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行綜合性的檢測(cè)評(píng)估；在后期針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行深入的分析，可以避免孤立、被動(dòng)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(yīng)對(duì)措施，從而減少不必要的損失。

2 風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)的項(xiàng)目

風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)的項(xiàng)目包括：系統(tǒng)機(jī)械檢測(cè)、葉片檢測(cè)、傳動(dòng)鏈振動(dòng)檢測(cè)、內(nèi)窺鏡檢測(cè)、紅外檢測(cè)、葉輪動(dòng)平衡檢測(cè)、噪聲檢測(cè)、電能質(zhì)量分析、結(jié)構(gòu)件探傷檢測(cè)、風(fēng)電機(jī)組防雷檢測(cè)、通信檢測(cè)等。

2.1 系統(tǒng)機(jī)械檢測(cè)

風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行一段時(shí)間之后，齒輪箱與發(fā)電機(jī)對(duì)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(huì)發(fā)生一定的變化，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)引發(fā)機(jī)組故障。通過系統(tǒng)的機(jī)械檢查可以盡早地發(fā)現(xiàn)這些問題。

2.2 葉片檢測(cè)

葉片安裝在輪轂上面，組成風(fēng)電機(jī)組巨大的葉輪。在機(jī)組運(yùn)行過程中葉片要經(jīng)受風(fēng)吹、雨淋、日曬、冰凍、污染、雷擊各種侵蝕，或輕或重都會(huì)受到一定的損傷。葉片檢測(cè)一般會(huì)對(duì)葉片的前緣、后緣、迎風(fēng)面、背風(fēng)面、十三切面、小葉尖、接閃器進(jìn)行檢查，以確定風(fēng)損、失速條狀態(tài)、開裂狀態(tài)、表面潔凈度、膠衣光澤、渦流發(fā)生器狀態(tài)、定位銷狀態(tài)、是否遭受雷擊等。

2.3 傳動(dòng)鏈振動(dòng)檢測(cè)

發(fā)電機(jī)組主軸、齒輪箱、聯(lián)軸器和發(fā)電機(jī)等傳動(dòng)部件都是風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)力傳動(dòng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)保證機(jī)組正常發(fā)電非常重要。過振動(dòng)檢測(cè)可以判斷風(fēng)電機(jī)組機(jī)械傳動(dòng)部件運(yùn)行狀態(tài)，診斷異常故障原因、部位、程度和發(fā)展趨勢(shì)[3]。

2.4 內(nèi)窺鏡檢測(cè)

內(nèi)窺鏡檢測(cè)屬于無損檢測(cè)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(cè)通道進(jìn)入被檢測(cè)物體的內(nèi)部，檢查具體缺陷，輔助檢查人員做定性分析。

2.5 紅外檢測(cè)

通過紅外檢測(cè)設(shè)備對(duì)風(fēng)電機(jī)組的重要部位進(jìn)行檢測(cè)，如動(dòng)力電纜、電纜接頭、電控柜、電控柜內(nèi)部元件、主軸軸承、齒輪箱、高速軸承、發(fā)電機(jī)軸承、散熱油路等。紅外檢測(cè)設(shè)備利用關(guān)鍵部件形成的異常熱場(chǎng)特征，判斷其故障狀態(tài)。

2.6 葉輪動(dòng)平衡檢測(cè)

據(jù)德國(guó)WindGuard公司對(duì)德國(guó)風(fēng)電機(jī)組的調(diào)查，葉片加工精度、安裝質(zhì)量、氣動(dòng)異常、結(jié)冰、灰塵和積水等原因，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)組存在不平衡和啟動(dòng)不平衡的問題。葉輪的不平衡會(huì)引起風(fēng)電機(jī)組的異常振動(dòng)，從而加重風(fēng)電機(jī)組的局部載荷，造成異常損壞。通過對(duì)動(dòng)平衡的檢測(cè)和調(diào)整改善機(jī)組的運(yùn)行條件[4]。

2.7 噪聲檢測(cè)

風(fēng)電機(jī)組在安裝完成后，在運(yùn)行過程中由于各種原因會(huì)產(chǎn)生一定程度的噪音，可能會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成影響。噪聲一般來源于機(jī)械機(jī)構(gòu)和葉片。風(fēng)電機(jī)組的噪聲一般都是長(zhǎng)期存在的，會(huì)對(duì)環(huán)境中的敏感因素帶來困擾，如居民的生活、棲息的動(dòng)物等。噪聲檢測(cè)主要是測(cè)量噪聲聲級(jí)，分析噪聲譜系。

2.8 電能質(zhì)量分析

電能質(zhì)量包括諧波、電壓不平衡、電壓波動(dòng)、電壓閃變、最大功率、無功功率等，風(fēng)速的變化是隨機(jī)的，機(jī)組的并網(wǎng)會(huì)引起電網(wǎng)電能質(zhì)量的變化，目前帶有大型電力電子器件的變流器已經(jīng)在各地得到廣泛的應(yīng)用，當(dāng)變流器出現(xiàn)故障時(shí)，就有可能向電網(wǎng)注入含有諧波的電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變。諧波問題已經(jīng)成為風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量的主要問題。

2.9 結(jié)構(gòu)件探傷檢測(cè)

巨大的風(fēng)電機(jī)組是由結(jié)構(gòu)件組裝到一起的，包括鑄件、焊接件，是組成機(jī)組的主體，當(dāng)結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋等內(nèi)部損傷時(shí)，會(huì)給機(jī)組本身和工作人員安全帶來威脅，國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)過不少的類似事故，塔架斷裂，輪轂解體等?？梢岳贸暡?、磁軛法等無損探傷技術(shù)對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)。

2.10 風(fēng)電機(jī)組防雷檢測(cè)

風(fēng)電機(jī)組均位于野外，為了得到較好的風(fēng)能資源，周圍沒有較大的建筑物，是比較容易遭到雷擊的對(duì)象，每年風(fēng)電行業(yè)都會(huì)因?yàn)槔讚魩砗艽蟮膿p失，在風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)過程中也非常重視防雷設(shè)計(jì)，盡管如此，還會(huì)因?yàn)楦鞣N原因造成防雷的失效，因雷擊而造成損失。為此，防雷檢測(cè)也應(yīng)該引起電場(chǎng)管理人員的重視。

2.11 通信檢測(cè)

風(fēng)電機(jī)組是一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)一般包括一個(gè)主站（主控制器）、多個(gè)子站組成，通過現(xiàn)場(chǎng)總線進(jìn)行通信控制。風(fēng)電機(jī)組內(nèi)部電磁環(huán)境復(fù)雜，各站（主站、子站）間的通信質(zhì)量直接影響機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性。通信檢測(cè)可以直接找出故障點(diǎn)，并有針對(duì)性地采取措施。

3 風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)的現(xiàn)狀

風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)在其壽命周期內(nèi)安全穩(wěn)定運(yùn)行的意義和價(jià)值顯而易見，因此專業(yè)檢測(cè)服務(wù)單位、風(fēng)電機(jī)組研發(fā)制造單位、風(fēng)電投資單位、風(fēng)電機(jī)組關(guān)鍵核心部件制造單位等依據(jù)各自的優(yōu)勢(shì)，紛紛進(jìn)入了風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)業(yè)務(wù)的開發(fā)和服務(wù)角逐戰(zhàn)場(chǎng)，都在爭(zhēng)取著屬于自己的市場(chǎng)份額。目前已逐步形成了以關(guān)鍵核心部件為主體的專項(xiàng)檢測(cè)、以控制和傳動(dòng)為主體的系統(tǒng)檢測(cè)及以整機(jī)為主體的全面檢測(cè)三大檢測(cè)體系。但是，由于風(fēng)力發(fā)電行業(yè)歷史較短，發(fā)展迅速，歷史數(shù)據(jù)積累不足，這些因素造成風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)時(shí)機(jī)、檢測(cè)項(xiàng)目及評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)確定缺少科學(xué)依據(jù)，從而使客戶在選擇檢測(cè)時(shí)存在諸多的顧慮和疑問。因此，風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)市場(chǎng)目前既有機(jī)遇又有挑戰(zhàn)，一方面是廣闊的風(fēng)電后服務(wù)市場(chǎng)，另一方面則是如何建立科學(xué)合理的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)重要性

近些年來，國(guó)家對(duì)風(fēng)電的大力支持極大地促進(jìn)了風(fēng)電的發(fā)展。風(fēng)電機(jī)組逐漸大型化，國(guó)內(nèi)也有三四家風(fēng)電企業(yè)研發(fā)出了5MW以上的機(jī)組。國(guó)內(nèi)企業(yè)在大型風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)設(shè)計(jì)上日趨成熟。這幾年來，經(jīng)過幾萬臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的大批量制造，國(guó)內(nèi)的風(fēng)電制造企業(yè)對(duì)機(jī)組的制造技術(shù)已是駕輕就熟。也正因如此，近兩年國(guó)內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)了產(chǎn)能過剩的問題。這對(duì)國(guó)內(nèi)風(fēng)電制造業(yè)來說是個(gè)不小的問題，但對(duì)風(fēng)電行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展卻不完全是一件壞事。除了風(fēng)電制造業(yè)，風(fēng)電機(jī)組維護(hù)、檢測(cè)和維修對(duì)于風(fēng)電行業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展同樣重要，但目前都屬于薄弱環(huán)節(jié)。

日常的機(jī)組維護(hù)檢修無法代替風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)。風(fēng)電機(jī)組日常維護(hù)與檢修工作一般包括故障處理、巡檢、年檢、半年檢等，其重點(diǎn)在于機(jī)組的簡(jiǎn)單維修與保養(yǎng)，不管是目的性還是技術(shù)角度都與風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)沒有交匯點(diǎn)，兩者有著本質(zhì)的區(qū)別。但是，通過風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)可以大大減輕維護(hù)與檢修的勞動(dòng)強(qiáng)度。從這個(gè)角度看，檢測(cè)的作用不可忽視。

風(fēng)電場(chǎng)管理中不應(yīng)該重視維修而輕視檢測(cè)。目前有些建場(chǎng)時(shí)間長(zhǎng)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富的風(fēng)電場(chǎng)直接與制造企業(yè)（電機(jī)制造廠、齒輪箱加工廠）建立長(zhǎng)期的合作關(guān)系，卻對(duì)風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)沒有給予同樣的重視。這恰恰忽視了最節(jié)省人力和成本的環(huán)節(jié)，通過風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)提前發(fā)現(xiàn)隱患并采取措施，既可以延長(zhǎng)機(jī)組壽命，也能降低維修的成本，從而為風(fēng)電場(chǎng)增加效益。

案例1：

某風(fēng)電場(chǎng)1臺(tái)風(fēng)電機(jī)組頻繁報(bào)通信故障，經(jīng)風(fēng)電場(chǎng)維護(hù)人員多次處理均不見效果，這種情況持續(xù)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(cè)發(fā)現(xiàn)變槳子站通信存在異常，最終確認(rèn)是由于航空插頭受到輕微污染和空氣濕度過大影響所導(dǎo)致。

案例2：

某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電機(jī)軸承損壞率很高，通過振動(dòng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)軸承損傷失效趨勢(shì)嚴(yán)重，經(jīng)過進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，是由區(qū)域性氣候原因影響所致，原來規(guī)定的維護(hù)軸承加脂量不能滿足當(dāng)?shù)剡\(yùn)行機(jī)組的需求。處理方案是加裝自動(dòng)加脂器，并設(shè)定合適的加脂量。跟蹤檢測(cè)2年之后，軸承失效趨勢(shì)下降。

案例3：

某風(fēng)電場(chǎng)位于廣東沿海地區(qū)，受臺(tái)風(fēng)影響全場(chǎng)機(jī)組停機(jī)，恢復(fù)上電運(yùn)行前對(duì)機(jī)組進(jìn)行機(jī)械和電氣的全面檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)齒輪箱中速軸后軸承外圈開裂；葉片表面膠衣出現(xiàn)不同程度的損壞，同時(shí)葉片伴有不同程度的開裂；發(fā)電機(jī)主電纜回路出現(xiàn)不同程度的絕緣降低等一系列的機(jī)械和電氣方面的問題，存在大量不易被發(fā)現(xiàn)的隱性問題。如果不進(jìn)行全面檢測(cè)，僅是上電運(yùn)行前的例行巡檢很難發(fā)現(xiàn)問題。此時(shí)如果直接上電運(yùn)行，會(huì)引發(fā)更加嚴(yán)重的后果，帶來巨額經(jīng)濟(jì)損失。

通過以上案例不難發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)側(cè)重于發(fā)現(xiàn)隱性故障，找出一般巡檢、檢修無法發(fā)現(xiàn)的隱患。所以風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)是機(jī)組全生命周期不可或缺的維護(hù)手段，不只是在減少機(jī)組的維護(hù)成本方面，同時(shí)對(duì)機(jī)組全生命周期內(nèi)的工作效率有了保證。

5 未來展望

風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)服務(wù)包括制定機(jī)組檢測(cè)方案、對(duì)機(jī)組進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)估機(jī)組的健康狀況、提供檢測(cè)報(bào)告等系統(tǒng)性服務(wù)。通過風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)服務(wù)，一方面可以讓機(jī)組運(yùn)營(yíng)商了解機(jī)組的運(yùn)行狀況，便于機(jī)組維護(hù)維修；另一方面也可以為商業(yè)上的風(fēng)電場(chǎng)買賣交易、機(jī)組大部件保險(xiǎn)議價(jià)提供技術(shù)性依據(jù)，從而有利于風(fēng)電市場(chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大。風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)服務(wù)必將在風(fēng)電服務(wù)市場(chǎng)上占據(jù)舉足輕重的位置。

近些年，在國(guó)家對(duì)風(fēng)電的大力支持背景下，風(fēng)電行業(yè)在國(guó)內(nèi)外有了長(zhǎng)足的快速發(fā)展，隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷深入，風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量也在不斷增大，同時(shí)海上風(fēng)電也在悄然崛起。大容量的海上風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和檢修條件對(duì)風(fēng)電機(jī)組的檢測(cè)預(yù)防提出了新的要求和機(jī)遇。

總之，風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)服務(wù)解決了風(fēng)電機(jī)組壽命周期內(nèi)存在的運(yùn)營(yíng)隱患問題，保證了風(fēng)電場(chǎng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定效益，它將為降低機(jī)組壽命周期內(nèi)的度電成本和提高風(fēng)電場(chǎng)收益作出巨大貢獻(xiàn)，為風(fēng)電行業(yè)的技術(shù)革新和服務(wù)創(chuàng)新帶來新的活力。

[1] 李俊峰.中國(guó)風(fēng)能發(fā)展報(bào)告.北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社[R].2012.9.

[2] 熊禮儉.風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)與發(fā)電工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[M].北京：中國(guó)科技文化出版社.2007.3.

[3] 羅川.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡系統(tǒng)的研發(fā)與機(jī)組振動(dòng)研究[D].西北工業(yè)大學(xué).2007.

[4] 薛揚(yáng),秦世耀,李慶.重視開發(fā)風(fēng)電機(jī)組檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)科技投資.2008.4.