張亞鵬 史亞軍 劉軍升

（浙江華東工程咨詢有限公司，杭州 310000）

1 技術背景

隨著大量海上風電項目建設提速，為實現2021年年底全容量并網發(fā)電的目標，使用戶享受補貼電價，新一輪搶裝熱潮也隨之出現。葉片是風力發(fā)電機組捕獲風能的核心部件，是風力發(fā)電機組中承受載荷最復雜并長期直接面對風雨侵蝕的部件，其狀態(tài)直接影響了機組發(fā)電效率[1]。為了保證葉片的強度、壽命，并減輕其質量，現階段葉片材料主要為聚合物基復合材料。

葉片質量問題關乎風力發(fā)電機組可靠性和發(fā)電量這兩大重要指標。在無法獲得專業(yè)檢查及維修的情況下，葉片輕微損傷會逐步演變?yōu)橹卮髶p傷，嚴重時甚至會引發(fā)倒塔等事故，從而造成巨大的經濟損失[2]。但這些輕微損傷只要維修及時，就可以避免二次事故發(fā)生，從而節(jié)約維修成本。

海上風電機組的葉片要經過陸上運輸和海上運輸兩個步驟才能到達指定機位起吊。運輸過程中，要先將葉片吊裝至專用車輛再運輸至碼頭指定位置，然后在碼頭將葉片吊裝至運輸船舶。通常情況下，運輸船需要裝載一套葉片及部分散件才能發(fā)往指定機位和由于運輸船舶大小的限制，葉片裝船的間距過小，再加上海況等條件會導致運輸船晃動，海上起吊葉片時容易產生磕碰。另外，在葉片吊裝完成后，若遇到需要維修的情況，也會涉及到船舶調配、海上作業(yè)、高空作業(yè)等情況。這些情況的施工難度大，施工成本高，為海上風電機組的運維帶來了巨大挑戰(zhàn)。

海上風力發(fā)電機組葉片的檢修作業(yè)，可以用“高”“險”“難”3個特點來概括。首先，“高”是指目前海上風電機組塔筒平均高度在海平面以上100 m左右，對葉片進行檢查維修是典型的高空作業(yè)。其次，“險”是指對海上機組葉片進行檢修的過程中，要求與船舶通信暢通、協(xié)同作業(yè)，作業(yè)人員要在葉片結構表面完成長達數小時的檢修。最后，“高”和“險”的作業(yè)條件、作業(yè)空間限制、工器具及材料缺少承載平臺，給施工增加了難度[3]。

2 葉片破損情況說明

2020年12月26 日，某風電場內進行35 kV海纜敷設施工時，發(fā)現該機組J009葉片后緣有一處缺失損傷，如圖1所示。通知葉片安裝單位及葉片廠家到場檢查葉片損傷情況后，經過現場檢查及會議討論，決定采用如圖2所示的吊籃在塔筒外高處進行作業(yè)，對損傷部位進行維修處理。

圖1 機組葉片損傷情況

圖2 雙人電動吊籃

3 維修準備

維修葉片前，根據氣象預報選擇晴朗、無風的天氣進行作業(yè)，并保證作業(yè)時的環(huán)境相對濕度不大于85%，以確保葉片維修的質量[4-5]。作業(yè)前，將風機停機，并調至維護狀態(tài)，然后將待修葉片鎖定為Y字形向下垂直，同時鎖定葉輪機械鎖，以確保維修作業(yè)時葉片不會轉動，隨后按照如圖3所示的流程進行施工前準備。

圖3 吊籃準備工作流程圖

3.1 固定點選擇

首先，在交通船上組裝好吊籃籃體、電機和電控箱等設施。其次，用吊車將吊籃用的鋼絲繩、安全繩、電纜線及其他配件吊裝到塔筒外平臺，并通過塔筒內的電梯將吊籃用的鋼絲繩、吊帶、卸扣及安全生命繩等吊送到機艙。再次，以機艙內左側齒輪箱吊點和左側機艙的吊點為左側電機兩根鋼絲繩的錨點，以右側齒輪箱吊點和右側機艙的吊點為右側電機兩根鋼絲繩的錨點，并將這兩點作為吊帶的固定點，將鋼絲繩上端與吊帶之間通過卸扣相連接。最后，將2根安全生命繩系在機艙內獨立于鋼絲繩吊點外的牢固點，然后分別將2根鋼絲繩由機艙頂部前端的天窗投放到塔底，并將安全生命繩由風機側面天窗投放到塔底。鋼絲繩的吊帶及安全繩通過機艙的拐點或銳邊時，要用繩索護套或防磨損的護套進行保護。

3.2 吊籃安裝

將鋼絲繩由塔筒外平臺牽引到交通船上，并依次穿入吊籃電機和安全鎖，然后選擇長于預定拋錨點最大水深3 m的起錨繩，將其一端牢固系在船錨上，再將另外一端系上浮標。之后在吊籃左側固定一個手扳葫蘆牽引主風繩，并將主風繩一端牢固系在船錨上，另一端與手扳葫蘆末端鋼絲繩相連接，然后將吊籃右側固定一根風繩當作輔助風繩，由一名人員牽引風繩，另一名人員操作吊籃上升到塔筒平臺護欄高度，將吊籃停放在塔筒平臺，并選擇風機內合適電源接線點給吊籃供電。

3.3 船機協(xié)作

由交通船攜帶系有主風繩和起錨繩的船錨、輔助風繩的一端以及一名輔助風繩牽引人員駛離機組塔基。依據海纜施工圖以及現場風機的J形管出口方向，確定海纜的走向。交通船駛離塔基200 m后，在非放纜位置的方向將固定風繩的船錨垂直拋入海水中，隨后在塔基用吊籃的手扳葫蘆反向收緊主風繩，以測試船錨是否牢固，并在拉風繩的繩索段懸掛紅色警示旗。隨后交通船攜帶輔助風繩在船錨浮標右側約50 m、距離塔基約150 m外非放置海纜的位置拋錨停船。同時，對施工區(qū)域，特別是吊籃主風繩經過的區(qū)域進行警戒，有其他船舶經過時提前鳴笛示警并使其遠離施工區(qū)域。依據現場需求，對講機統(tǒng)一頻率，以確保即時通信暢通。

3.4 檢查及注意事項

吊籃準備完成后，由維修人員穿戴好安全帶、救生衣，并攜帶工器具和材料，在距離塔筒平臺高0.5 m的位置對吊籃進行測試，確保吊籃上下及自鎖正常。吊籃升起前，將吊籃內物品及工器具擺放整齊，并將使用的零散小工器具和材料單獨放置在工具箱內。打磨機等工具使用時要增加帶彈力的工機具固定繩套，以避免工器具掉落。

4 葉片維修

吊籃確認正常、工器具擺放整齊后，由維修人員操作吊籃上升到待修葉片的損傷位置。上升過程中，由吊籃操作人員操作手扳葫蘆靠近葉片，并適當收緊交通船上的另外一根輔助風繩。同時，由吊籃操作人員手扶葉片輔助防止吊籃晃動。吊籃前部上端要用軟泡沬或棉布等軟材料進行保護和緩沖，以防止吊籃與葉片接觸時損壞葉片。到達指定維修位置后，按如圖4所示的流程對葉片進行維修。

圖4 葉片維修工藝流程圖

首先，在其他同類型葉片與損傷部位相同的位置手糊兩層雙軸布，并使用預制內襯板按照如表1所示的比例對葉片后緣缺失區(qū)域PS面進行打磨；其次，打磨時要檢查損傷部位涉及的玻纖種類和層數；再次，完成打磨錯層后，在合?？p結構膠和SS面內蒙皮區(qū)域打磨合適大小的區(qū)域，用以放下內襯板，并用結構膠將內襯板粘接在預打磨區(qū)域；最后，對結構膠進行加熱處理，等待結構膠固化后進行修復工作。

表1 纖維布打磨及錯層尺寸

4.1 PS面蒙皮修復

修復PS面蒙皮時，需要依據損傷打磨錯層時確定的玻纖布種類及大小對玻纖布進行剪裁，并按照樹脂廠家給出的配比比例對樹脂進行稱重配比。配比完成后，將樹脂各組分混合攪拌均勻，并使用混合攪拌均勻的樹脂對玻纖布進行漫潤，然后用預先在內襯板上涂覆的樹脂充分潤濕維修區(qū)域，之后再進行玻纖布鋪設。

4.2 后緣合?？p結構膠修復

修復后緣合?？p結構膠時，要按照PS面修復方案對SS面進行打磨錯層，并將粘接的內襯板打磨掉，以清理維修區(qū)域。清理完成后，按照結構膠廠家給出的配比比例，對結構膠進行稱重配比。配比完成后，將結構膠各組分混合攪拌均勻，再參照損傷處兩側的結構膠厚度填充結構膠。結構膠刮填后，對結構膠進行加熱，待膠粘劑表面干后進行后續(xù)操作。

4.3 SS面蒙皮修復

修復SS面蒙皮時，應參照PS面修復方案對SS面進行修復。修復完成后，在整個維修區(qū)域鋪設一層在4個方向各大50 mm的雙軸布進行補強。補強布包覆區(qū)域，由SS面經后緣至PS面。為了節(jié)省打磨時間并吸收表面多余的樹脂，玻纖鋪設完成后要在整個維修區(qū)表面覆蓋一層脫模布。

4.4 后處理

玻璃纖維鋪設完成后，要對維修區(qū)域加熱3 h，加熱溫度為70 ℃。待樹脂固化后，撕去表面脫模布，并任意選擇5個點測試固化后的硬度，硬度均大于75 HD方為合格。隨后用P80砂紙打磨葉片維修表面，并用棉紗或毛巾把表面灰塵擦干凈，然后用膩子刮涂待修部位，確保將該部位刮平順、隨型。待膩子固化后，將膩子打磨光滑并將表面灰塵清理干凈。最后，用紙膠帶將整個維修區(qū)域標記為矩形，再按油漆配比均勻混合油漆，對整個維修區(qū)域滾涂2遍油漆。滾涂第二遍時要在第一遍表面干燥后進行，隨后撕去邊緣紙膠帶，葉片修復完成。

葉片修復完成后，經檢查，葉片表面無漏點，從側面看葉片表面無反光、無污漬，且油漆完好。該機組目前已投入運行，葉片未見其他故障。

5 結語

海上風電機組葉片的缺陷主要來自環(huán)境因素和人為因素兩個方面。在環(huán)境因素方面，由于葉片直接受到風雨、雷電、冰雪等的侵蝕，隨著時間的推進和環(huán)境的作用，缺陷將逐漸累積并擴展。在人為因素方面，目前海上風電大量并快速發(fā)展，但風機吊裝作業(yè)常受到海況和天氣影響，導致施工窗口期短，工人經常趕工，因此葉片在裝船、運輸、起吊等過程都容易產生缺陷。此外，由于葉片掃掠面積較大，部分施工船舶靠近風機作業(yè)時也可能與葉片產生磕碰，從而造成葉片缺陷。

因此，為了確保海上風電機組持續(xù)穩(wěn)定運行，縮短故障處理時間，減少故障導致的電量損失，要做好船舶協(xié)調作業(yè)工作，并對海上風電機組進行定期外觀檢查，避免因結構失效帶來的事故及二次傷害。目前，本文探討的海上風電機組葉片吊籃維修方案已成功應用，為同類葉片維修工程提供了參考。