風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片斷裂原因分析及防范措施

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片斷裂原因分析及防范措施

Summary：針對(duì)某風(fēng)電機(jī)組葉片斷裂的具體案例，分析了葉片由于褶皺導(dǎo)致斷裂的原因。從葉片運(yùn)行維護(hù)、后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化等環(huán)節(jié)提出了防范措施，以便有效預(yù)防并減少葉片斷裂的事件。關(guān)鍵字：風(fēng)電機(jī)組；葉片斷裂；褶皺；防范措施：

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：AnalysisandPrecautiononBladeFractureofWindTurbineUnitDIAOJin-Qiang1，LUWen-Xuan2（1.JiangsuHuadianEnergyCompanyLimited，Nanjing210000，China；（2.WangtingHuadianPowerGenerationCompanyLimited，Suzhou215000，China）Abstract：Accordingtoapracticalcaseofbladefractureinwindturbineunit，possiblereasonsofthefoldareanalyzed.Treatmentmeasuresarealsorecommendedfromtheaspectsofoperationmaintenanceandbackgroundcontrolsystemoptimization，whichcouldeffectivelypreventandreducethebladefailures．Keywords：windturbineunit；bladefracture；fold；treatmentmeasures0背景介紹某新能源風(fēng)電場(chǎng)站總裝機(jī)容量95MW，共安裝38臺(tái)單機(jī)2.5MW機(jī)組。該風(fēng)電項(xiàng)目#14機(jī)組于2020年12月24日完成吊裝，2020年12月25日完成并網(wǎng)。2022年8月6日8時(shí)51分，該風(fēng)電場(chǎng)站#14風(fēng)機(jī)主控報(bào)“機(jī)艙振動(dòng)開關(guān)1、2動(dòng)作”故障，觸發(fā)安全鏈斷開停機(jī)，值班人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)#14風(fēng)機(jī)1支葉片斷裂（當(dāng)時(shí)天氣晴，風(fēng)速8.01m/s，功率1772kW）。#14風(fēng)機(jī)葉片斷裂圖如圖1所示，主控室報(bào)警如圖2所示。后經(jīng)鋼便橋搭設(shè)、運(yùn)輸?shù)缆肥柰?、吊裝平臺(tái)修建等工作，于2022年9月9日完成3支葉片吊裝更換工作，經(jīng)檢查、測(cè)試各系統(tǒng)無異常后，風(fēng)機(jī)于2022年9月11日恢復(fù)運(yùn)行。

圖1#14風(fēng)機(jī)葉片斷裂圖

圖2主控室報(bào)警1數(shù)據(jù)分析該風(fēng)電場(chǎng)站主控室監(jiān)控后臺(tái)機(jī)艙振動(dòng)采集周期為30s/次，記錄到#14風(fēng)機(jī)故障停機(jī)前的振動(dòng)值為0.3m/s2（采樣周期太長(zhǎng)，不具備分析參考價(jià)值）；風(fēng)機(jī)PLC程序中機(jī)艙振動(dòng)采集周期為20ms/次，數(shù)據(jù)顯示在機(jī)組故障前機(jī)艙振動(dòng)數(shù)據(jù)一直處于正常范圍，8:51:31.587ms機(jī)艙振動(dòng)數(shù)據(jù)開始異常變大直至8:51:31.626ms振動(dòng)值左右達(dá)到2.04m/s2、前后達(dá)到6.9m/s2，前后振動(dòng)值6.9m/s2超過限值觸發(fā)安全鏈故障斷開，整個(gè)振動(dòng)異常過程約60ms，主控室運(yùn)行值班人員無法提前發(fā)現(xiàn)。機(jī)艙振動(dòng)數(shù)據(jù)如圖3所示.圖3機(jī)艙振動(dòng)數(shù)據(jù)2原因分析對(duì)斷裂葉片返廠取樣分析后，發(fā)現(xiàn)該葉片SS面（背風(fēng)面）主梁斷裂處存在褶皺，褶皺的寬度30mm，高度2mm，寬高比為0.067，超出規(guī)定值0.03。隨褶皺缺陷高寬比的增大，葉片材料疲勞壽命逐漸減小，當(dāng)褶皺缺陷高寬比超過規(guī)定值時(shí)，材料疲勞壽命下降比較顯著，達(dá)到90%以上[1]。因此判斷原本應(yīng)受力的纖維布未充分受力，使相應(yīng)拉伸力由該位置樹脂一同承受，而樹脂的拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)小于纖維布水平，該位置整體的拉伸強(qiáng)度不及設(shè)計(jì)要求，使得該位置在機(jī)組運(yùn)行過程中逐步產(chǎn)生隱傷[2]。最終在運(yùn)行過程中，該位置的受力在某時(shí)刻超過所能承受的極限值，導(dǎo)致主梁自褶皺位置發(fā)生斷裂。經(jīng)調(diào)查，該葉片SS面主梁于2020年9月15日開始生產(chǎn)制作，此時(shí)生產(chǎn)基地所處的連云港區(qū)域剛好處在降雨降溫階段。由于外部環(huán)境溫度突降，該葉片保溫方案未及時(shí)調(diào)整，仍然使用氣溫較高的保溫方案，這樣使得升溫偏慢的模具拼接位置（與斷裂位置一致）的升溫速度更加緩慢，最終因加熱過程中局部的明顯溫差，導(dǎo)致模具拼接位置的主梁發(fā)生收縮，纖維布的布層出現(xiàn)褶皺。目前檢驗(yàn)人員大多采用目視法檢查葉片缺陷，同時(shí)生產(chǎn)廠家對(duì)缺陷的認(rèn)識(shí)不到位，在生產(chǎn)過程中對(duì)褶皺位置進(jìn)行了不規(guī)范維修，一些暗紋等不常見的深層褶皺很難被發(fā)現(xiàn)，檢驗(yàn)人員未能有效識(shí)別相應(yīng)缺陷，造成缺陷主梁在葉片生產(chǎn)過程中被使用[3]。3防范措施1.加強(qiáng)對(duì)風(fēng)機(jī)大部件的制造、運(yùn)輸、吊裝、調(diào)試等全過程監(jiān)督和驗(yàn)收工作，安排專人駐場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)督制造；設(shè)備到場(chǎng)后依照規(guī)范開展技術(shù)檢測(cè)，滿足要求方能使用；吊裝后對(duì)大部件進(jìn)行全面的檢查、檢測(cè)、調(diào)試，確保其能夠安全、平穩(wěn)的運(yùn)行。2.要求風(fēng)機(jī)廠家對(duì)風(fēng)電場(chǎng)站所有風(fēng)機(jī)葉片開展外觀檢查和內(nèi)部目視檢查，并出具檢查報(bào)告。3.風(fēng)機(jī)后臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)無故障錄波功能，主控室電腦中的振動(dòng)數(shù)據(jù)采集周期過長(zhǎng)，不利于運(yùn)行人員對(duì)其進(jìn)行監(jiān)視、分析，應(yīng)完善風(fēng)機(jī)后臺(tái)振動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)及功能，縮短振動(dòng)采樣周期、增加振動(dòng)錄波功能等。4.針對(duì)葉片褶皺的舉一反三檢查：一是進(jìn)入葉片內(nèi)部，使用強(qiáng)光手電筒，貼緊葉片殼體表面觀察葉片殼體表面的陰影和高亮區(qū)域，檢查葉片殼體內(nèi)表面是否存在凸起和凹陷；二是通過超聲波掃查，檢查大梁內(nèi)部是否存在褶皺。4結(jié)語風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片是保證風(fēng)力發(fā)電機(jī)組有效捕獲風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、并轉(zhuǎn)化為電能的核心部件，葉片的壽命直接影響風(fēng)能的利用效率與風(fēng)電場(chǎng)的運(yùn)營(yíng)成本[4-5]。葉片褶皺缺陷也是風(fēng)電機(jī)組發(fā)生事故的主要原因之一，由于制造業(yè)工藝水平和綜合能力限制，褶皺現(xiàn)象仍是普遍存在的問題。本文分析了葉片斷裂產(chǎn)生的原因，并提出一些具有針對(duì)性的對(duì)策和防范措施，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行和管理提供了一些建議。Reference：[1]沈臣周勃李菲，等.褶皺對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片主梁復(fù)合材料疲勞性能研究[J].重型機(jī)械,2022,(1):36～39.[2]王冰佳趙勇王杰彬.風(fēng)力機(jī)葉片褶皺機(jī)理及預(yù)防措施研究[J].電站系統(tǒng)工程,2018,34(1):62～64.[3]劉洪波,馮才敏,張永雄.涂層起皺原理及研究進(jìn)展[J].涂料工業(yè),2009,39(5):66～68.[4]王琳琳，陳長(zhǎng)征，周勃，等．風(fēng)力機(jī)葉片裂紋尖端溫度場(chǎng)數(shù)值模擬［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2018，(08):22～25.[5]DaiJu－chuan，XinYan