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，中國風(fēng)電技術(shù)發(fā)展多以探索性研究、模仿吸收國外先進技術(shù)為主，在2007年以后，中國風(fēng)電企業(yè)迅速發(fā)展壯大，風(fēng)電發(fā)展進入黃金時期。

2008年，全國風(fēng)電總裝機容量12000MW，躍居世界第四位。2009年，以25800MW的總累計裝機容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近10000MW的差距。2010年，中國風(fēng)電發(fā)展勢頭迅猛，總裝機容量比上年增長約62%。而美國新增容量僅為5000MW左右。中國首次登上世界第一的位置。

2012年，中國（除臺灣地區(qū)外）新增安裝風(fēng)電機組7872臺，裝機容量12960MW，同比下降26.5%；累計安裝風(fēng)電機組53764臺，裝機容量75324.2MW，同比增長20.8%[1]。

在中國風(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)電機組的制造技術(shù)雖然得到飛速發(fā)展，但是機組維護技術(shù)發(fā)展表現(xiàn)得過于緩慢；部分風(fēng)電場重視盈利，但管理和技術(shù)建設(shè)不足；風(fēng)電機組維護人員培養(yǎng)跟不上需求增長等。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)電機組檢測的產(chǎn)生

風(fēng)電場進入運營階段，由風(fēng)電場實施對風(fēng)電機組運行管理和維護[2]。風(fēng)電機組是一種由電氣系統(tǒng)和機械系統(tǒng)組成的復(fù)雜設(shè)備，并且處于環(huán)境惡劣的野外，經(jīng)過長期的運行就會出現(xiàn)一些故障或隱患，風(fēng)電場維護人員一般只具備機組日常的一些維護、維修能力，并不能完全滿足風(fēng)電機組維護的需要。另外，會有一些無法預(yù)測的隱患導(dǎo)致機組故障頻繁、長時間停機，為了保證風(fēng)電場的收益最大化，風(fēng)電場運行工作人員承受著很大的壓力。

根據(jù)多年工作經(jīng)驗，風(fēng)電機組的高故障周期一般為3到5年； 也就是說，風(fēng)電場在建設(shè)完成，運營3到5年之后就會出現(xiàn)一個故障集中出現(xiàn)的高峰期，在這個時期如果故障得到正確處理，風(fēng)電機組運行又會進入一個新的穩(wěn)定時期，直到下一個故障高峰期的出現(xiàn)。

針對以上問題我們提出了風(fēng)電機組檢測的概念。風(fēng)電機組檢測是指按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過各種檢測手段對運行一定周期的機組關(guān)鍵性部件和系統(tǒng)進行檢測，從而發(fā)現(xiàn)機組存在的故障隱患。最終達到以下幾個目的：

A、 提前發(fā)現(xiàn)故障隱患；

B、 控制隱患的發(fā)展擴大；

C、 有計劃適時進行維修；

D、 延長機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)電場隱性收益。

風(fēng)電機組檢測一般是指對機組進行全面的檢測，涵蓋機組的機械、電氣各個方面，同時對風(fēng)電機組進行綜合性的檢測評估；在后期針對發(fā)現(xiàn)的問題進行深入的分析，可以避免孤立、被動地去處理重大故障，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)對措施，從而減少不必要的損失。

2 風(fēng)電機組檢測的項目

風(fēng)電機組檢測的項目包括：系統(tǒng)機械檢測、葉片檢測、傳動鏈振動檢測、內(nèi)窺鏡檢測、紅外檢測、葉輪動平衡檢測、噪聲檢測、電能質(zhì)量分析、結(jié)構(gòu)件探傷檢測、風(fēng)電機組防雷檢測、通信檢測等。

2.1 系統(tǒng)機械檢測

風(fēng)電機組在運行一段時間之后，齒輪箱與發(fā)電機對中、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發(fā)生一定的變化，當(dāng)達到一定程度時會引發(fā)機組故障。通過系統(tǒng)的機械檢查可以盡早地發(fā)現(xiàn)這些問題。

2.2 葉片檢測

葉片安裝在輪轂上面，組成風(fēng)電機組巨大的葉輪。在機組運行過程中葉片要經(jīng)受風(fēng)吹、雨淋、日曬、冰凍、污染、雷擊各種侵蝕，或輕或重都會受到一定的損傷。葉片檢測一般會對葉片的前緣、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 傳動鏈振動檢測

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

2.4 內(nèi)窺鏡檢測

內(nèi)窺鏡檢測屬于無損檢測中的目視檢查，是人眼視覺的延伸。在不破壞被檢物體的情況下，通過檢測通道進入被檢測物體的內(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

通過紅外檢測設(shè)備對風(fēng)電機組的重要部位進行檢測，如動力電纜、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)電機軸承、散熱油路等。紅外檢測設(shè)備利用關(guān)鍵部件形成的異常熱場特征，判斷其故障狀態(tài)。

2.6 葉輪動平衡檢測

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

2.7 噪聲檢測

風(fēng)電機組在安裝完成后，在運行過程中由于各種原因會產(chǎn)生一定程度的噪音，可能會對周圍環(huán)境造成影響。噪聲一般來源于機械機構(gòu)和葉片。風(fēng)電機組的噪聲一般都是長期存在的，會對環(huán)境中的敏感因素帶來困擾，如居民的生活、棲息的動物等。噪聲檢測主要是測量噪聲聲級，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、電壓閃變、最大功率、無功功率等，風(fēng)速的變化是隨機的，機組的并網(wǎng)會引起電網(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，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)電機組電能質(zhì)量的主要問題。

2.9 結(jié)構(gòu)件探傷檢測

巨大的風(fēng)電機組是由結(jié)構(gòu)件組裝到一起的，包括鑄件、焊接件，是組成機組的主體，當(dāng)結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)裂紋等內(nèi)部損傷時，會給機組本身和工作人員安全帶來威脅，國內(nèi)外都出現(xiàn)過不少的類似事故，塔架斷裂，輪轂解體等。可以利用超聲波、磁軛法等無損探傷技術(shù)對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件進行檢測。

2.10 風(fēng)電機組防雷檢測

風(fēng)電機組均位于野外，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象，每年風(fēng)電行業(yè)都會因為雷擊帶來很大的損失，在風(fēng)電機組設(shè)計過程中也非常重視防雷設(shè)計，盡管如此，還會因為各種原因造成防雷的失效，因雷擊而造成損失。為此，防雷檢測也應(yīng)該引起電場管理人員的重視。

2.11 通信檢測

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

3 風(fēng)電機組檢測的現(xiàn)狀

風(fēng)電機組的檢測在其壽命周期內(nèi)安全穩(wěn)定運行的意義和價值顯而易見，因此專業(yè)檢測服務(wù)單位、風(fēng)電機組研發(fā)制造單位、風(fēng)電投資單位、風(fēng)電機組關(guān)鍵核心部件制造單位等依據(jù)各自的優(yōu)勢，紛紛進入了風(fēng)電機組檢測業(yè)務(wù)的開發(fā)和服務(wù)角逐戰(zhàn)場，都在爭取著屬于自己的市場份額。目前已逐步形成了以關(guān)鍵核心部件為主體的專項檢測、以控制和傳動為主體的系統(tǒng)檢測及以整機為主體的全面檢測三大檢測體系。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)電機組的檢測時機、檢測項目及評估標(biāo)準(zhǔn)確定缺少科學(xué)依據(jù)，從而使客戶在選擇檢測時存在諸多的顧慮和疑問。因此，風(fēng)電機組的檢測市場目前既有機遇又有挑戰(zhàn)，一方面是廣闊的風(fēng)電后服務(wù)市場，另一方面則是如何建立科學(xué)合理的檢測標(biāo)準(zhǔn)。

4 風(fēng)電機組檢測重要性

近些年來，國家對風(fēng)電的大力支持極大地促進了風(fēng)電的發(fā)展。風(fēng)電機組逐漸大型化，國內(nèi)也有三四家風(fēng)電企業(yè)研發(fā)出了5MW以上的機組。國內(nèi)企業(yè)在大型風(fēng)電機組的研發(fā)設(shè)計上日趨成熟。這幾年來，經(jīng)過幾萬臺風(fēng)電機組的大批量制造，國內(nèi)的風(fēng)電制造企業(yè)對機組的制造技術(shù)已是駕輕就熟。也正因如此，近兩年國內(nèi)的風(fēng)電機組出現(xiàn)了產(chǎn)能過剩的問題。這對國內(nèi)風(fēng)電制造業(yè)來說是個不小的問題，但對風(fēng)電行業(yè)的長期發(fā)展卻不完全是一件壞事。除了風(fēng)電制造業(yè)，風(fēng)電機組維護、檢測和維修對于風(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)。

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

風(fēng)電場管理中不應(yīng)該重視維修而輕視檢測。目前有些建場時間長、運行經(jīng)驗豐富的風(fēng)電場直接與制造企業(yè)（電機制造廠、齒輪箱加工廠）建立長期的合作關(guān)系，卻對風(fēng)電機組的檢測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)電機組的檢測提前發(fā)現(xiàn)隱患并采取措施，既可以延長機組壽命，也能降低維修的成本，從而為風(fēng)電場增加效益。

案例1：

某風(fēng)電場1臺風(fēng)電機組頻繁報通信故障，經(jīng)風(fēng)電場維護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)電場發(fā)電機軸承損壞率很高，通過振動檢測發(fā)現(xiàn)發(fā)電機軸承損傷失效趨勢嚴(yán)重，經(jīng)過進一步分析發(fā)現(xiàn)，是由區(qū)域性氣候原因影響所致，原來規(guī)定的維護軸承加脂量不能滿足當(dāng)?shù)剡\行機組的需求。處理方案是加裝自動加脂器，并設(shè)定合適的加脂量。跟蹤檢測2年之后，軸承失效趨勢下降。

案例3：

某風(fēng)電場位于廣東沿海地區(qū)，受臺風(fēng)影響全場機組停機，恢復(fù)上電運行前對機組進行機械和電氣的全面檢測，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，同時葉片伴有不同程度的開裂；發(fā)電機主電纜回路出現(xiàn)不同程度的絕緣降低等一系列的機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。如果不進行全面檢測，僅是上電運行前的例行巡檢很難發(fā)現(xiàn)問題。此時如果直接上電運行，會引發(fā)更加嚴(yán)重的后果，帶來巨額經(jīng)濟損失。

通過以上案例不難發(fā)現(xiàn)，風(fēng)電機組檢測側(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)電機組檢測是機組全生命周期不可或缺的維護手段，不只是在減少機組的維護成本方面，同時對機組全生命周期內(nèi)的工作效率有了保證。

5 未來展望

風(fēng)電機組檢測服務(wù)包括制定機組檢測方案、對機組進行檢測、評估機組的健康狀況、提供檢測報告等系統(tǒng)性服務(wù)。通過風(fēng)電機組檢測服務(wù)，一方面可以讓機組運營商了解機組的運行狀況，便于機組維護維修；另一方面也可以為商業(yè)上的風(fēng)電場買賣交易、機組大部件保險議價提供技術(shù)性依據(jù)，從而有利于風(fēng)電市場的進一步擴大。風(fēng)電機組檢測服務(wù)必將在風(fēng)電服務(wù)市場上占據(jù)舉足輕重的位置。

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

總之，風(fēng)電機組檢測服務(wù)解決了風(fēng)電機組壽命周期內(nèi)存在的運營隱患問題，保證了風(fēng)電場的長期穩(wěn)定效益，它將為降低機組壽命周期內(nèi)的度電成本和提高風(fēng)電場收益作出巨大貢獻，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.中國風(fēng)能發(fā)展報告.北京：中國環(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、運行、維護及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[M].北京：中國科技文化出版社.2007.3.

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

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