李穎，鐘茗秋，黃祥聲，朱義蘇，陳川

（1. 福建省新能海上風電研發(fā)中心有限公司,福州 350108；2.上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200335；3. 長江三峽集團福建能源投資有限公司，福州 350108;4. 中國電器科學研究院股份有限公司工業(yè)產品環(huán)境適應性國家重點實驗室，廣州 510663）

引言

我國濕熱沿海區(qū)域主要是指東南沿海海域，由于地處亞熱帶，季風常年不斷，因此擁有豐富的風能資源，但同時也遭受著高溫、高濕、鹽霧、臺風等惡劣環(huán)境的影響[1-3]。

為了研究海上風電機組在濕熱沿海環(huán)境條件下的環(huán)境適應性能，本文對福建沿海地區(qū)某海上風電機組進行了為期一年的環(huán)境適應性測試，分別從溫濕度監(jiān)測、海鹽粒子濃度監(jiān)測、大氣腐蝕等級測試、電器設備腐蝕環(huán)境監(jiān)測及結構件防腐措施現場測試這幾個方面進行評價分析[4]，為后續(xù)服役于濕熱沿海的風電機組在設計、制造、運行和維護方面提供一定的參考。

1 溫濕度監(jiān)測分析

在風電機組上分別選取7 個監(jiān)測點進行連續(xù)溫濕度監(jiān)測，包括：塔基外部、塔基內部、機艙內部、輪轂內部、機艙主控制柜內部、塔基主控制柜內部及變流器內部。

如圖1～圖3 所示，分別是不同監(jiān)測點的每月最高溫度、最低溫度及平均溫度變化圖。由圖可見，塔基外部的溫度明顯低于其他機組內部測試位置，機組內部最高測試溫度接近45 ℃，冬季最低測試溫度接近15 ℃，其中塔基控制柜及變流器內部最高溫度略高，且超過40 ℃的時間相對較多（見圖4）。

圖1 每月最高溫度變化

圖2 每月最低溫度變化

圖3 每月平均溫度變化

圖5～圖7 分別是不同監(jiān)測點的最高濕度、最低濕度、平均濕度變化圖。由圖可見，塔基外部濕度明顯高于其他機組內部位置，機組內部平均濕度基本在60 %以下，最高濕度不超過80 %。圖8 是每月濕度超過50 %的時間，塔基外部和塔基內部高濕度時間明顯多過機組內部其他測試位置。

圖4 度超過40 ℃時間

圖5 每月最高濕度變化

圖6 每月最低濕度變化

由測試結果可知，塔基控制柜及變流器柜溫度超過40 ℃時間較長，發(fā)熱明顯，因此在設計時需要加強或改進散熱裝置；風機內塔基環(huán)境及變流器柜濕度超過50 %的時間較長，因此需要在以上位置注意或加強除濕。

2 海鹽粒子濃度監(jiān)測分析

參考標準GB/T 10593.2-2012《電工電子產品環(huán)境參數測量方法 第2 部分：鹽霧》[5]，采用離線式掛膜采樣分析法，分別選取機艙外部、機艙內部、塔基外部、塔基內部四個位置進行海鹽粒子濃度監(jiān)測。監(jiān)測結果見表1，以氯化物為代表的空氣中鹽類污染物分類見表2 所示。由表1 可知，塔基外和機艙外部海鹽粒子濃度較高，應適當考慮鹽霧腐蝕帶來的影響。

圖7 每月平均濕度變化

圖8 濕度超過50 %數據采集點

表1 海鹽粒子濃度

表2 以氯化物為代表的空氣中鹽類污染物分類

表3 碳鋼在不同腐蝕性等級下暴曬第一年的腐蝕速率

3 大氣腐蝕等級測試分析

參考標準GB/T 19292.4-2003《金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性用于評估腐蝕性的標準試樣的腐蝕速率的確定》[6]，分別選取機艙外部、機艙內部、塔基外部、塔基內部四個位置進行碳鋼標準試樣暴露1年的腐蝕失重試驗，從而測得各個位置的腐蝕速率，再依據ISO 12944-2：2017《色漆和清漆防護漆體系對鋼結構的腐蝕防護 第2 部分 環(huán)境分類》[7]，分析得出被測環(huán)境的腐蝕等級。表3 是碳鋼在不同腐蝕性等級下暴曬第一年的腐蝕速率，大氣腐蝕等級測試結果見表4 所示，機組內部塔基和機艙內部腐蝕速率為C2 級和C1 級，機組外部的腐蝕環(huán)境為C4，其中各個位置對應的試樣腐蝕情況見圖9 所示。在IEC 61400-3[8]中規(guī)定，海上風力發(fā)電機組外部大氣環(huán)境等級按C5-M 進行防腐，機艙內部環(huán)境等級按照C4 進行防腐，因此該測試結果符合標準中的規(guī)定。

表4 大氣腐蝕等級測試結果

圖9 碳鋼標準試樣暴露1年后的腐蝕情況

表5 環(huán)境腐蝕標準分級

表6 電器設備腐蝕環(huán)境監(jiān)測結果

4 電器設備腐蝕環(huán)境監(jiān)測分析

參考ISA-71.04-2013[9]，采用電器設備腐蝕環(huán)境表征測試片對變流器、控制系統(tǒng)等關鍵電器設備服役環(huán)境進行量化表征分析，其中，環(huán)境腐蝕性的評級標準見5所示，監(jiān)測結果見表6 所示。由表6 可知，該電氣設備腐蝕環(huán)境等級均為G1 等級，屬于受控環(huán)境，幾乎不會發(fā)生腐蝕。

5 結構件防腐措施現場測試

對風電機組結構件涂層防腐措施進行現場評價，評價內容包括涂層厚度、光澤、色差、粉化及外觀變化情況（起泡、剝落、開裂、銹蝕等級）等，測試評價周期為1年。

5.1 涂層厚度測試

采用涂層測厚儀，對塔筒涂層不同位置進行測試，參考標準GB/T 13452.2-2008《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》[10]，測試結果見表7 所示。

表6 電器設備腐蝕環(huán)境監(jiān)測結果（續(xù)）

表7 塔筒涂層厚度測試結果

5.2 光澤色差測試

采用便攜式光澤儀和色差儀對塔筒涂層進行測試，依據標準GB/T 3979-2008《物體色的測量方法》[11]進行顏色測量，測量條件為：D65 光源，10 °視場，幾何條件di：8 °，不包含鏡面反射，依據GB/T 11186.3-1989《涂膜顏色的測定方法 第三部分 色差計算》[12]標準進行色差計算，并按標準GB/T 1766-2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》[13]進行變色等級評定；依據標準GB/T 9754-2007《色漆和清漆 不含金屬顏料的色漆漆膜的20 °、60 °和85 °鏡面光澤的測定》[14]進行光澤測量，并按標準GB/T 1766-2008[15]《色漆和清漆 涂層老化的評級方法》進行失光等級評定。光澤色差測試結果見表8 所示。

表8 光澤色差測試結果

表9 涂層外觀檢查結果

5.3 粉化及外觀等級評價

參考標準ISO 4628：2-7[16-21]對現場結構件涂層起泡、銹蝕、開裂、剝落、粉化進行評級，評價結果見表9 所示。

6 小結

通過對福建沿海地區(qū)某海上風電機組進行了為期一年的環(huán)境適應性測試，得到了相關結論如下：

1）濕熱沿海環(huán)境有明顯高溫、高濕的特征。機組外部濕度長期處于80 %以上，風機內部平均濕度可以控制在60 %以下，但塔基內、變流器柜等位置最高濕度會接近或超過80 %，應考慮加強除濕。塔基控制柜、變流器柜最高溫度會有較長時間超過40 ℃，可考慮加強散熱。

2）塔基內部和機艙內部鹽霧等級為S1、S0 級，塔基外和機艙外部鹽霧等級為S3 級，應適當考慮鹽霧腐蝕帶來的影響。

3）機組塔基內部和機艙內部腐蝕速率為C2 和C1 級，機組外部的腐蝕環(huán)境為C4 級。

4）電氣設備微腐蝕環(huán)境等級均為G1 等級，屬于受控環(huán)境，幾乎不會發(fā)生腐蝕。

5）塔筒涂層的失光、變色大部分為1 級，結構件腐蝕情況檢查和涂層檢查均為0 級。