黎 靜，張建中

（上海艾港風(fēng)電科技發(fā)展有限公司，上海 201306）

0 引言

隨著科技的不斷發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)變得十分成熟，并且技術(shù)在實際應(yīng)用過程中具有改善生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的作用，對經(jīng)濟發(fā)展具有促進作用，這也是該項技術(shù)得到廣泛應(yīng)用的一項重要原因。在風(fēng)力發(fā)電過程中，葉片經(jīng)常會出現(xiàn)問題，這對整個風(fēng)力發(fā)電機組的安全運行造成危害，因此，要做好對風(fēng)力發(fā)電葉片的動監(jiān)測，降低故障的發(fā)生幾率。

1 風(fēng)力發(fā)電葉片的基本要求

葉片是風(fēng)力發(fā)電機中一項關(guān)鍵部件，其在實際應(yīng)用過程中具有可靠的質(zhì)量、優(yōu)越的性能，從而可以保障機組在實際運行過程中的穩(wěn)定性。葉片長期在惡劣的環(huán)境中應(yīng)用，這也對其性能提出更高的要求，對葉片的要求主要體現(xiàn)在以下4 個方面：

（1）密度輕，抗疲勞性強，教學(xué)的力學(xué)性能，能夠在暴風(fēng)等級惡劣的條件下作業(yè)。

（2）葉片表面需要保光滑性，這能夠達到減小葉片表面阻力的作用，確保其在應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性，有效降低事故的發(fā)生概率。

（3）實際應(yīng)用期間，不得出現(xiàn)強烈的光反射、電磁波干擾、較大噪音。

（4）具有加強的耐紫外線照射、耐附屬，以及較強的雷擊性[1]。

在風(fēng)力發(fā)電機中的葉片只有具有以上性能才能被應(yīng)用，但是需要注意的是，即使具備以上性能，風(fēng)力發(fā)電發(fā)電葉片在實際應(yīng)用期間，也會由于受各種因素影響而出現(xiàn)故障。因此，要做好相應(yīng)實時監(jiān)控預(yù)警，通過對實時監(jiān)控故障預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用，對風(fēng)力發(fā)電機葉片的運行情況進行監(jiān)控，一旦其在運行過程中出現(xiàn)問題，要及時采取相應(yīng)的措施對問題進行處理，避免故障進一步擴大，造成更為嚴重的影響[2]。

2 分析葉片斷裂原因與檢測原理

2.1 葉片斷裂原因

葉片運輸?shù)斤L(fēng)場的距離較長，并且交通環(huán)境差，在實際運輸過程中，受交通環(huán)境影響，葉片可能會受到破壞，導(dǎo)致葉片上出現(xiàn)一些細微的傷痕，這些傷痕的存在，當(dāng)葉片在運轉(zhuǎn)時，可能會演變成安全事故。

吊裝葉片時，無論是采用夾具還是繩具，在安裝期間，只要葉片中心與主梁角度存在偏差，葉片偏離地面時，都會發(fā)生角度復(fù)位移動，以及摩擦復(fù)位情況，這會導(dǎo)致葉片出現(xiàn)損傷，該種類型的損傷主要集中在葉片的前緣。葉片在具體應(yīng)用期間，經(jīng)常會受到冰雪、暴雨的侵襲，因此，葉片存在砂眼和一些小裂隙，水會滲透到負荷材料中，這會加快損壞內(nèi)芯的速度，特別是在溫度較低的情況，水會結(jié)成冰，造成破壞更為嚴重[3]。多數(shù)風(fēng)機在實際運行過程中都會在超高速風(fēng)速下運行，從風(fēng)力發(fā)電機的具體運行情況來看，短期內(nèi)會提高運行功率，但是，會導(dǎo)致機組在運行期間會出現(xiàn)超功率現(xiàn)象，這將會對葉片的性能造成不良影響，致使其在運行期間失效。上述各項問題的存在，會導(dǎo)致葉片在應(yīng)用期間，壽命離散性變大，如果出現(xiàn)較小的損傷，沒有及時對出現(xiàn)的故障進行修補，將會導(dǎo)致故障進一步蔓延，最終將會導(dǎo)致葉片在運行中發(fā)生失效，會造成嚴重的經(jīng)濟損失。

2.2 檢測原理

風(fēng)力發(fā)電機中的葉片的分布是均勻的，因此，葉片尖端之間的弧長均為S，如果葉片在發(fā)生斷裂前，發(fā)生較為嚴重的變形情況，會由于葉片變形，而出現(xiàn)較大位移，在期間，葉片尖端發(fā)生位移變化量最大，此時，兩葉片尖端之間弧長會發(fā)生改變，長度將會轉(zhuǎn)變S±ΔS。在問題實際分析期間，因為相鄰葉片間弧長變化難以被監(jiān)測，因此，在實際問題分析期間，可以通過測量葉片間時長t，完成相應(yīng)的測量作業(yè)。設(shè)葉輪轉(zhuǎn)速為n，依據(jù)速度位移控制t=s/n，完成相應(yīng)的計算。

從理論上來說，因為葉片間尖端的實際弧長都為S，在具體作業(yè)期間，如果葉片未發(fā)生變形，此時葉片尖端之間時間差為t，其是一個常量。如果，如果葉片在運行中發(fā)生變形，時差將會發(fā)生轉(zhuǎn)變，可以應(yīng)用t±Δt 進行表示。因為風(fēng)力發(fā)電運行過程中載荷十分復(fù)雜，這會導(dǎo)致出現(xiàn)一定圓周向彈性擺振、監(jiān)測誤報，影響監(jiān)測結(jié)果[4]。在實際作業(yè)過程中，為消除誤報，確保監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，進行程序編制時，要設(shè)定報警閾值T，該值要在Δt 基礎(chǔ)上，增加10%裕量。

3 風(fēng)力發(fā)電葉片實時監(jiān)測與故障預(yù)警系統(tǒng)

3.1 檢測葉片故障裝置

風(fēng)電機組偏航控制系統(tǒng)對風(fēng)力發(fā)電機的運行會產(chǎn)生直接影響。偏航的功能在實際運行期間的作用就是機艙自正方向與自然風(fēng)向兩者存在偏差時，前者將會自動向自然風(fēng)方向偏移，最終使兩者相一致，確保風(fēng)機運行中，可以獲取到最大迎風(fēng)面，進而提升發(fā)電效率，提高對風(fēng)能的利用率。為避免偏航孔子狀態(tài)下葉輪出現(xiàn)頻繁轉(zhuǎn)向問題，要在系統(tǒng)中安裝實時檢測系統(tǒng)，通過對檢測系統(tǒng)的應(yīng)用，完成相應(yīng)的檢測作業(yè)，確保其運行的穩(wěn)定性[5]。將檢測裝置安裝在塔筒外側(cè)沿葉片徑向靠近葉片尖位置處。風(fēng)力發(fā)電機在運行期間，若風(fēng)電機組正方向與自然風(fēng)風(fēng)向發(fā)生偏移，如果該數(shù)值超出設(shè)定參數(shù)值，此時，風(fēng)機中的主控系統(tǒng)會發(fā)送指令，確保偏航驅(qū)動器能順利的完成相應(yīng)的作業(yè)。通過對偏航驅(qū)動器的合理應(yīng)用，整個風(fēng)機在運行過程中會出現(xiàn)右偏航或左偏航，當(dāng)風(fēng)機風(fēng)向為0°時將會停止。完成偏航動作后，檢測裝置在具體應(yīng)用過程中，會依據(jù)風(fēng)向儀在運行過程中測取的風(fēng)向角度大小，開啟相應(yīng)角度傳感器，完成傳感器交替。

在高空利用角度對風(fēng)向進行表示，在實際分析期間，可以將圓周合理的劃分成360°，其中被封、東風(fēng)、南風(fēng)、西風(fēng)分別對于0°、90°、180°、360°，其余的風(fēng)向，在實際問題分析過程中，可以通過計算獲取。將測量風(fēng)向儀器安裝在風(fēng)電機組頂部，通過對其進行應(yīng)用，能夠隨時完成對自然風(fēng)的具體風(fēng)向的檢查，360°無死角。

3.2 實時檢測風(fēng)力電機中葉輪轉(zhuǎn)速裝置

風(fēng)場中風(fēng)力的方向和大小都會發(fā)生改變，這會導(dǎo)致葉輪轉(zhuǎn)速會發(fā)生改變，這會導(dǎo)致葉輪在運行中出現(xiàn)問題，而葉輪轉(zhuǎn)速是計算時間差的關(guān)鍵因素。設(shè)計是一種實時監(jiān)測葉輪轉(zhuǎn)速裝置，該裝置有電磁傳感器及強力磁鐵構(gòu)成，因為，葉輪在具體應(yīng)用時間，難以實現(xiàn)對葉輪情況監(jiān)測，因此，在該過程中對主軸的具體轉(zhuǎn)速情況進行監(jiān)測[6]。在增速器端聯(lián)軸器的法蘭外周圍面上設(shè)置一塊隨聯(lián)軸器一起旋轉(zhuǎn)強力磁鐵。葉輪旋轉(zhuǎn)期間，傳動軸每完成一周旋轉(zhuǎn)，霍爾電磁傳感器都會接收到相應(yīng)的脈沖信號。此時，通過對信號屏蔽線，將產(chǎn)生各項信號都及時的傳送給艙控制柜，同時，要利用監(jiān)控器將機艙控制柜與塔基控制柜兩者連接起來，完成上述操作后，監(jiān)控器在運行中可以準確的接收到反映葉輪轉(zhuǎn)速的具體信號，監(jiān)控系統(tǒng)在具體運行過程，會對應(yīng)對調(diào)整報警時間閾值T，以免發(fā)生漏報或者誤報情況的發(fā)生。

3.3 設(shè)計風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪監(jiān)控系統(tǒng)

將PLC（Programmable Logic Controllers，可編程控制器）安裝在塔基控制柜內(nèi)，完成對風(fēng)力發(fā)電機葉片在具體運行過程中出現(xiàn)的斷裂，從而形成非正常變形，同時，還會發(fā)出相應(yīng)的警報信號，依據(jù)發(fā)出的各項報警信號，預(yù)設(shè)自動停機，通過該方式，達到預(yù)防葉片在運行中故障發(fā)生的作用。

風(fēng)電機組在具體運行期間，葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，系統(tǒng)中的非接觸式光電穿互感器在應(yīng)用期間，都會接收到與葉片數(shù)量相同的開關(guān)控制信號，同時要對葉輪轉(zhuǎn)速裝置接收到各項的轉(zhuǎn)速信號進行合理檢測，利用信號屏蔽線，實時的將各項信號都準確的傳送到塔機控制柜中的PLC 中。在實際問題分析期間，應(yīng)將葉片故障節(jié)點合理的串聯(lián)到包含緊急停機按鈕、扭矩開關(guān)、發(fā)電機過塑模塊、PLC過速信號等各項裝置的回路中，回路在實際運行過程中，整個回路中的各項裝置都能夠發(fā)揮出應(yīng)有的作用，確保整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，從而為人們提供更好的服務(wù)。在對風(fēng)力發(fā)電機在運行過程中，如果葉片受到一定影響，葉片將要發(fā)生斷裂時，其受各項因素影響，會產(chǎn)生嚴重變形，同時，傳感器在運行過程中，受到的控制信號也會發(fā)生變化，葉片故障節(jié)點發(fā)出現(xiàn)相應(yīng)的動作時，回路會出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，此時，則可以實現(xiàn)故障報警，有效避免問題進一步加劇。

4 結(jié)束語

現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電過程中，對于葉片的監(jiān)測存在嚴重不足，對風(fēng)力發(fā)電葉片在應(yīng)用中出現(xiàn)的斷裂原因進行分析，從而找到一種非接觸式風(fēng)力發(fā)電葉片實時監(jiān)控措施，并且，在該基礎(chǔ)上，設(shè)置一種新型風(fēng)電葉片實時監(jiān)控故障預(yù)警系統(tǒng)，完成系統(tǒng)設(shè)計后，可以將該系統(tǒng)應(yīng)用到風(fēng)田現(xiàn)場試驗中，試驗表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)實時檢測和故障預(yù)警，預(yù)防葉片斷裂情況的發(fā)生的作用。