科技展望 2015/02 风电机组叶片检测现状与展望 杜万里 1?沈小军 1? 睿 (1. 201804； 2.河北华电尚义风力发电有限公司 075000) 要】叶片是大型风力发电机组的关键部件之一，对其缺陷进 行状态检测与故障诊断是风电研究内容的重要课题。本文总结了几 种常用叶片状态监测与故障诊断方法，分析了各检测诊断方法的不 足，并对存在的难点和关键问题进行了讨论。 的细微变化，具有高灵敏度、高效率、操作安全等优点。但是， 红外无损检测难以确定被测物体某点确切温度值，不能直接反应 物体内部热状态，与其他检测设备相比设备价格也略显昂贵 实验研究与经验积累表明，红外无损检测对于表面红外辐射反 应敏感，分析表面红外热像图便可推知叶片内部缺陷状况，但 对于风机叶片深层结构或是缺陷还有待研究。 [6]。 【关键词 故障诊断 1 前言 叶片是风力发电机组关键部件之一，在工作过程中收到强 2.3光纤光栅检测 光纤光栅检测利用光纤材料的光敏性，通过紫外光曝光将 风负荷、沙粒冲刷、大气氧化与潮湿空气腐蚀等因素的影响， 入射光相干场图样写入纤芯，在纤芯内部产生沿纤芯轴向的折 不可避免会出现气孔、裂缝、磨损、腐蚀等问题 [1~2]，如不及时 射率周期性变化 栅传感器安置在叶片不同位置， 然后对风机叶片进行检测，得到损伤信号特征，分析实验数据， 从而实现叶片损伤的识别与判定 [8]。 光纤光栅检测利用了光纤传感质量轻、 [7]，形成永久性空间的相位光栅。通过将光纤光 进行处理会导致叶片断裂，严重威胁着机组安全运行，因此对 风力发电机叶片实施状态检测与故障诊断研究具有重要意义。 风机叶片检测可避免叶片在运行过程中可能出现故障，降低由 于突发事故产生的不必要损失及停机维护检修带来的发电损失， 减少叶片维修维护成本，直接影响着机组的整体可靠稳定与综 合效益。 检测风机叶片材料的结构损伤， 体积小、插入损耗低、 抗电磁干扰、不受光源功率波动影响以及便于构成分布传感网 络等优点，不仅可以针对静态信号的检测，而且可以用于风机 叶片的动态信号检测，实现对叶片缺陷故障的初步识别。 风力发电机叶片的状态检测分为结构损伤检测与运行工况 诊断，其中叶片结构损伤检测方法包括复型法、电位法、显微 2.4超声波检测法 镜直接观测法以及各种无损检测方法等 [3]；叶片运行工况诊断 超声波检测是利用叶片材料声学性能差异对超声波反射情 况和穿透时间的能量变化来检验内部缺陷的无损检测方法，主 要利用测量信号往返于缺陷的渡越时间来确定缺陷和表面间的 主要是通过监测风力发电机组运行时产生的振动、冲击和噪声 信号，用机组的各种动力学性能参数来进行描述，从中提取故 障信息，并将其作为诊断依据，确定故障类型、位置、以及原 因等。相比复型法、电位法以及显微镜直接观测法等其它传统 检测手段，无损检测手段无需使机组停运，检测成本较低，便 距离、利用测量回波信号的幅度和发射换能器的位置来确定缺 陷的大小和方位。当叶片某处存在缺陷时，接收到的超声波信 号会出现波速降低、振幅减少、波形畸变、接收信号主频发生 变化等特征。 于工程应用。 因此本文主要针对无损检测方法比如声发射检测、 红外检测、光纤光栅检测、超声波检测、电阻应变检测等手段 进行了讨论与研究。 超声波探测具有检测厚度大、 高灵敏度、 速度快、成本低、 灵活方便、效率高、对人体无害、能对缺陷进行定位和定量等 优点，特别是对于平面缺陷可得到很高的缺陷回波并确定分层、 夹层等缺陷，缺点是对缺陷的显示不直观、探伤技术难度大、 容易受到主客观因素影响、以及探伤结果不便于保存等，超声 波检测对工作表面要求平滑、要求检验人员富有经验、适合于 厚度较大的零件检验，使超声波探伤具有一定的局限性。超声