Page 156 - 新能源风力发电技术与自动化技术研究

新能源风力发电技术与自动化技术研究
Research on New Energy Wind Power Generation Technology and Automation Technology

二、风力机叶片损伤故障检测技术

风能作为目前发展最快的新型能源，已经有了较为成熟的风力发电技术。叶
片作为风机捕获风能的核心部件，它的安全性和可靠性对机组的运行起着至关重

要的作用。风电场大多数位于偏远的山区，存在风力机维护、检测困难的问题。
而且叶片位于高空，体积大，故难以及时发现早期故障表现出的异常特征。随
着风机种类和数量的增多，由其带来的运营和维护费用日趋高昂，尤其是风机各

个部分的机械故障，对风力发电机组的安全运行有着极大的影响，例如，台电公
司在台中高美湿地安装有 14 台风力发电机组，即“台中港发电站”，2019 年 12
月 6 日，11 号机组的 3 支叶片均被吹落，所幸这次事故没有造成地面人员伤亡
和其他设施损伤。据事后调查，这次事故主要由天气骤变产生的瞬间强风所致。
在风电机组正常运行时，叶片吸收转化风能的效率以及叶片的可靠性，都会对整

个风电机组造成很大的影响，叶片性能的高低也影响着风电机组发电稳定性的高
低。由于叶片出现裂纹、砂眼等细微损伤时，运维人员难以通过肉眼观察到这些
情况。随着叶轮直径增大，叶片越来越长，而叶片安装位置给检测叶片状况带来

了很大的困难，因此，方便快捷且准确稳定的风力发电机叶片的损伤检测技术，
是风力发电中一项很有研究价值的技术。
（一）风力机叶片基本故障与产生机理
风力机叶片的故障可以分为“先天缺陷”和“后天机械损伤”两种。
1. 造成叶片“先天缺陷”的原因

“先天缺陷”主要是指叶片在生产过程中，为了追求更高的利润，管理层要
求设计出低廉的部件。比如，用减小叶片叶根直径的方式来减少轮毂与叶片的成
本，但是减小叶根的直径会导致叶片的强度不够；选择质量不过关但价格便宜的

原材料，容易使叶片出现致命的缺陷。“先天缺陷”对叶片状态的影响有 2 种类
型：第一，外表面缺陷类型，包括气泡、色差、针眼；第二，壳体缺陷类型，包
括漏气、分层、芯材错位，壳体上的缺陷会影响到整个结构的完整性和安全性。
风力机叶片在加工过程中产生的缺陷可能会在风力机组正常运行中发生变化，从
而造成质量问题。

2. 造成叶片机械损伤的原因
在运输和安装过程中受到的损伤。随着风力发电机组的快速发展，叶片的尺

144