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风力发电机组延寿:叶片检查

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风力发电机组延寿:叶片检查

【摘要】:
珠海康发新能源科技有限公司  来源:珠海康发新能源    2020/5/29 

    随着全球风电的发展,早期安装的风力发电机组陆续面临寿命到期的情况,2025年之后,我国每年也将有10000台以上的机组面临是否退役更换新机的抉择。但在做选择之前,决策者有诸多问题需要得到答案,包括如何确定这些机组还能不能继续使用,需要对它们进行哪些改造,改造后能否保证安全以及还能用多久。国际上对于机组延寿的研究已进入实质阶段,国际能源署(IEA)于2019年启动了延寿课题(Wind Task 42),IEC 61400-28延寿标准也在制定当中。鉴衡是参与该标准与课题研究的主要中国机构之一,期望通过国际性的研究合作,给出评估即将到期风力发电机组的剩余可用寿命、制定寿命延长期间的检查方法。近日,鉴衡发布《风力发电机组延寿技术规范》,较为全面地给出了具体项目中在制定风力发电机组延寿可行性和延寿方案时的工作方法,明确了需要开展工作的范畴和关注点。为了进一步加深行业对延寿的了解,鉴衡将针对延寿技术的各个关键模块开展专题讨论,包括:延寿的检查、外部条件的分析、运行状态的分析、模型建立方法、寿命计算方法、延寿与技改等。

今日带大家认识风力发电机组延寿关键部件——叶片的检查,赶快来了解一下↓

叶片检查的重要性:

作为机组的关键部件之一,叶片状态的好坏很大程度上决定了机组寿命到期的处理方式。

由于叶片运行环境十分恶劣,空气中各种介质每时每刻都在侵蚀着叶片,高温低温、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对叶片产生危害,轻则影响气动性能,重则影响结构安全。而叶片正常定期维护维修的费用仅为单台风机发电收益的3%左右,只要对叶片进行及时检查和维修,就可以以换来稳定的发电收益,把损失和风险降低至最小。因此,若期望机组继续服役或技改后再服役运行,需要对叶片进行检查,判断其是否具备继续服役或技改后再服役的条件。

叶片检查的方法:

目前业内常见的叶片检查方法有目视检查、内窥机器人检查、无人机检查和超声检查。

 

  • 叶片目视检查:检查人员对叶片外部近距离检查,同时进入叶片内部,通过橡胶锤敲击和目测相结合的方法进行检查,并测量叶片各个接闪器的电阻。目视检查的优点是可以与测试避雷系统电阻一并进行,简单,经济;但检查结果依赖于检查人员自身的能力、情绪、身体状态等影响,检测效率较低。

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图1叶片目视检查

 

  • 叶片内窥机器人检查:对于叶片内部人力不可及的范围,会使用专用的内窥机器人代替人工对叶片内部质量、粘接质量和避雷组件的固定情况进行近距离检查。内窥机器人检查可以进入人力不可及区域(狭小区域)的外观缺陷进行检查;但其受叶片角度、障碍物(如结构胶胶瘤、避雷导线)等因素制约,部分区域无法行进,行业应用并不普遍。

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图2 叶片内窥机器人检查

 

  • 叶片无人机检查:检查人员利用无人机代替人工对叶片外部进行检查。无人机可以代替人力对叶片外部进行高效率的检查,不依赖检查人员自身的素质;近年来无人机巡检业务发展迅速,但具有自动巡航控制系统的无人机设备价格高企,且目前仅能检查叶片外部,不具备测试电阻的功能,需要配合人工测试电阻,相对于目视检查,增加了检测费用。

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  • 图3叶片无人机检查

 

 

  • 叶片超声检查:检查人员利用超声波探伤仪对叶片的粘接质量进行检测。超声探伤仪可以对人力不可及区域(狭小区域)的粘接质量进行检查;但受介质制约,无法对含有芯材的后缘粘接区域进行检查,同时由于涉及到多点测试,在空中的检查效率较低。

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  • 图4叶片超声检查

 

四种检查方法各有利弊,适用不同场景下的检查需要。随着科技的进步,制造者和使用者对质量认知的不断提升,叶片的检查方式已经由常规的目视检查逐渐向仪器检查过渡。

叶片检查结果与叶片延寿判定

 

  • 涂层剥落:会加速叶片结构层老化,长时间不处理会导致叶片结构层损伤及分层,降低叶片使用寿命。

  • 结构层褶皱缺陷:褶皱带来结构层角度的偏移,降低结构层强度,随着叶片的运行,会导致褶皱区域结构层进一步分层或裂纹,降低叶片使用寿命,严重时可导致叶片提前退役。

  • 叶根螺栓出现裂纹或缺失:此损伤会导致其他螺栓受力不均,承受的载荷超过设计载荷,随着叶片的运行,其他螺栓可能会相继断裂,如发现不及时,叶片有从轮毂上脱落至地面的风险,同时也影响了机组的安全运行。

  • 叶片内外表层的开裂和分层:当结构层出现开裂及分层时,相对于其他正常的区域,缺陷区域成为了最薄弱区域,当最薄弱的区域发生破坏时,随着叶片的运行会逐渐向周边扩展,降低叶片的使用寿命。

  • 叶片避雷系统断线,电阻过大等问题:降低叶片防雷性能,一旦发生雷击,可能严重影响叶片的正常使用。

 

通过以上检查结果,可对缺陷的严重程度进行判断,并对叶片的处理建议提出合理的推断。对于不可修复的缺陷,在机组延寿期间,应适当减小剩余可用寿命及延寿期间的检查时间间隔;对于可以修复的缺陷,在不能及时修复且未停机继续运行的情况下,同样应缩短检查时间间隔,防止损伤区域的损伤程度从可修复转化为不可修复,加剧风场的经济损失。

近年来,鉴衡共完成80多个风场、5000多台风电机组的叶片检查,不仅帮助业主排除了大量安全隐患,还将叶片检查中积累的丰富经验和数据融合进延寿方法的制定中,在我国风电延寿需求高峰期到来前,《风力发电机组延寿技术规范》从技术角度填补了机组寿命分析和延寿方案制定的工作方法空白。但延寿涉及机组的众多部件,特别是我国早期的风电场或多或少存在资料缺失情况,这给机组的寿命评估带来了挑战,为此鉴衡将组织国内专家进一步探讨完整的延寿评估方法的建立,为即将到来的批量机组延寿做准备。