李曙光 李 斌 慈 萌 莊 駿 趙 晶

1北京起重運輸機械設計研究院有限公司 北京 100007 2中國合格評定國家認可中心 北京 100062 3上海中認尚科新能源技術有限公司 上海 201206

0 引言

隨著全球經濟的快速發(fā)展，清潔能源的需求不斷增加，作為清潔能源之一的風電產業(yè)，因其建設周期短、環(huán)境要求底、儲量豐富和利用率高的特點，成為了清潔能源最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a業(yè)之一，為清潔能源的快速發(fā)展起到了決定性的作用[1]。近年來，我國風電行業(yè)裝機容量持續(xù)上升，生產制造技術和控制技術不斷完善，這就意味著，在檢驗檢測認可領域，也存在著巨大的發(fā)展提升空間。

1 風電領域認可類型

我國風電產業(yè)技術起步較晚，較發(fā)達國家相比，仍有著較大差距，但近年來，國家從政策層面以及技術儲備層面都給予了大力支持。目前我國在國家標準、能源行業(yè)標準以及電力行業(yè)標準已發(fā)布并實施了200余個標準，在風電規(guī)劃設計、施工安裝、資源評價預測、并網(wǎng)技術、風電機組部件設計和試驗、運行維護管理等6個關鍵環(huán)節(jié)均構建了較為完善的標準體系[2]。

IEC WT01：2001《風力發(fā)電機組合格認證規(guī)則及程序》為風電機組的合格認證定義了標準和程序，該文稿已在2010年被轉化為IEC 61400-22標準，目前我國將其等同翻譯并發(fā)布了GB/T 35792—2018《風力發(fā)電機組合格測試機認證》標準。該風電機組認證內容主要包括：型式認證、項目認證、部件認證以及樣機認證，國家能源局2014年發(fā)布的《關于規(guī)范風電設備市場秩序有關要求的通知》（以下簡稱通知）中規(guī)定了風力機的型式認證為強制要求[3]。

目前，風電領域的實驗室在風力發(fā)電機組及其組件、風輪葉片、塔筒以及控制系統(tǒng)等多個領域均有檢測認可項目，檢測方法以國家推薦性標準為主，但尚無產品標準對其所有參數(shù)進行強制檢測。

在風電領域的檢驗機構較少，主要針對風電場安全評價，風電塔筒、葉片、發(fā)電機等部件進行檢驗監(jiān)造活動，其使用的標準有GB/T 20319—2017《風力發(fā)電機組驗收規(guī)范》以及部分行業(yè)標準、地方標準和相關企業(yè)驗收規(guī)程等，風電領域的檢驗機構尚存在著巨大的發(fā)展空間。

2 風電領域認可參數(shù)

依據(jù)GB/T 35792—2018《風力發(fā)電機組合格測試機認證》和通知要求，認證領域的檢測項目包含型式測試檢測項目和型式特性測量檢測項目，主要包含的項目有：風電機組功率特性測試、風電機組機械載荷測試、風電機組葉片測試、風電機組噪聲測試等。

風電實驗室檢測領域認可的檢測項目較多、分類較細，除了風電機組型式認證檢測外，還涵蓋了風電機組的各種零部件性能檢測以及風電機組并網(wǎng)檢測項目。主要涵蓋的檢測項目有風電機組電能質量測試、風電機組低電壓穿越能力檢測、風電機組電網(wǎng)適應性檢測、風電機組機械振動檢測、風電機組控制程序軟件質量檢測以及風電場的電力系統(tǒng)檢測等。

風電檢驗機構檢驗領域認可的項目相對較少，主要的認可對象有風電機組塔架、風電機組整機、風電機組零部件，主要包含的參數(shù)有檢驗見證、外觀檢驗、資料審核、工廠檢查、設備監(jiān)造以及各種零部件檢查等。

3 風電領域關鍵質控內容

在風電領域認可的實驗室需要遵循CNAS-CL01：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則》準則及其相關的應說明，檢驗機構需要遵循CNAS-CI01：2012《檢驗機構能力認可準則》及其相關應用說明，在各自的準則及應用說明中均對能夠影響檢驗檢測結果的因素進行了相關規(guī)定，實驗室和檢驗機構應嚴格執(zhí)行相關規(guī)定。

3.1 檢驗檢測人員的技術能力

在實驗室體系中，CNAS-CL01-G001：2018《CNAS-CL01〈檢測和校準實驗室能力認可準則〉應用要求》對實驗室人員進行了詳細的規(guī)定，檢測人員及管理人員應根據(jù)專業(yè)和相關工作年限進行合理配置。由于風電行業(yè)是包含了多個專業(yè)領域的綜合性行業(yè)，風電檢測領域應包含各類專業(yè)領域的應用要求，即在滿足準則的情況下，還應注意需要符合相關的應用說明，如CNAS-CL01-A003：2019《檢測和校準實驗室能力認可準則在電氣檢測領域的應用說明》、CNASCL01-A006：2021《檢測和校準實驗室能力認可準則在無損檢測領域的應用說明》、CNAS-CL01-A011：2018《檢測和校準實驗室能力認可準則在金屬材料檢測領域的應用說明》分別在電器領域、無損檢測領域、金屬材料領域進行了額外的人員規(guī)定。

在檢驗機構體系中，CNAS-CI01-G001：2021《檢驗機構能力認可準則的應用說明》同樣對檢驗人員進行了詳細規(guī)定，通過對檢驗人員的培訓考核、現(xiàn)場觀察計劃以及相關政策程序的識別，確保檢驗人員有能力按照要求勝任檢驗崗位。在滿足準則的情況下，還應注意是否滿足CNAS-CI01-A015：2020《檢驗機構能力認可準則在設備監(jiān)理檢驗領域的應用說明》、CNASCI01-A004：2018《檢驗機構能力認可準則在其他工廠檢驗領域的應用說明》對設備監(jiān)理檢驗和工廠檢查檢驗領域的人員規(guī)定。

3.2 檢驗檢測比對試驗或能力驗證

在實驗室體系中，能力驗證是一種常用且有效的質量控制手段，可以從場地、人員、設備、測試能力等方面公正公平地考核實驗室是否具備檢測能力，CNASRL01：2019《實驗室認可規(guī)則》中規(guī)定，申請的技術能力需滿足CNAS-RL02：2018 《能力驗證規(guī)則》的要求，其規(guī)則中明確規(guī)定，只要存在可獲得的能力驗證，需在每個子領域至少參加1次，并在文件中規(guī)定了能力驗證領域和頻次，實驗室在申請認可項目時應遵循以上2份文件。

目前在風電檢測領域，暫時沒有針對風電設備的能力驗證項目，但由于風電設備涵蓋了多個領域的零部件，實驗室在進行申請認可項目時，應根據(jù)其領域特點，尋找相關領域的能力驗證或測量審核項目，提前進行能力評估，如表1所示。

表1 風電設備檢測子領域對應CNAS領域代碼

在檢驗機構體系中，能力驗證項目發(fā)展暫不成熟，只有近年來CNAS組織過部分項目的能力驗證，暫沒有能夠獨立組織實施的檢驗機構，因此，檢驗機構若想進行自身能力評估，只能通過機構之間的比對進行。由于檢驗活動多是依據(jù)經驗、儀器作為輔助工具進行的評價活動，自由度高，且很多機構采用的標準均是自制的規(guī)程類文件，故也給機構進行統(tǒng)一性比對帶來了困難。但依舊建議檢驗機構能夠拆分檢驗子項目，進行比對試驗，保證檢驗過程的統(tǒng)一性和檢驗結果的準確性。

3.3 風電檢測參數(shù)不確定度

測量不確定度既可給出優(yōu)化的測試結果和報告，還能為實驗室的質量控制和提高提供不增大成本的有效途徑。常規(guī)檢測的標準不確定度通常是由A類評定和B類評定合成，GB/T 27418—2017 《測量不確定度評定和表示》中有詳細的評定方法[4]。在風電檢測領域，需要注意的是評定方式的適宜性以及B類評定影響因子的全面性，這樣才能計算出準確的不確定度，可參考以下示例。

3.3.1 風力發(fā)電機組及其組件機械振動（實驗室頻率示值）測量不確定度評定

1）測量不確定度A類評定[5]

單次測量結果的標準不確定度[6]為

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量重復性引入的不確定度按A類評定

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測量重復性引入A類相對不確定度

2）測量不確定度B類評定（假設概率密度分布為均勻分布）

①靈敏度非線性偏差引入的相對標準不確定度

式中：±A%為加速度傳感器靈敏度非線性偏差指標。

②靈敏度非線性偏差引入的相對不確定度，

式中：±a%為加速度傳感器橫向靈敏度偏差，±b%為考慮電動振動試驗臺橫向振動比指標，B%為最終偏差。

③通帶平坦度偏差引入的相對標準不確定度

式中：±C%為加速度傳感器通帶平坦度的相對偏差。

④數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幅頻響應引入的相對標準不確定度

式中：±D%為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幅頻響應的幅值相對不確定度。

⑤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失真所引起的相對標準不確定度

式中：±E%為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失真技術指標。

⑥安裝參數(shù)（如扭矩、電纜固定）影響引入的標準不確定度

式中：±F%為由于安裝因素帶來的誤差。

3）實驗室單頻幅值測量相對標準不確定度合成為

實驗室單頻幅值測量相對擴展不確定為

3.3.2 葉片（疲勞）測量不確定度評定

為了評估風輪葉片的疲勞性能，需要借助等效損傷求解，得到疲勞試驗的等效載荷為

假設葉片各截面的彎矩為線性分布，故單次循環(huán)的載荷為

式中：Meq為等效載荷；m為疲勞曲線斜率，與材料和應力形式有關；N0為實際循環(huán)次數(shù)；Neq為理論循環(huán)次數(shù)；k為彎矩M與應變ε的斜率關系；εmax為每次循環(huán)的最大應變。

在疲勞試驗過程中，應變幅值變化不大，不確定度評定時，可認為每次循環(huán)的最大應變εmax是恒定的，故等效載荷公式可以轉化為

式中：N0、Neq、m均為定值；故等效載荷的標準不確定度為

式中：μk為斜率k的標準不確定度；μεmax為最大應變的標準不確定度。

可簡化為

式中：Uk為斜率k的擴展不確定度；μεmax為最大應變的相對擴展不確定度。即

故等效載荷的計算過程只需要考慮斜率k標定引入的不確定度和應變εmax測試引入的不確定度。

1）回歸的標準偏差s

式中：Mi為相對于εi的測得值；M為回歸直線上取得εi對應的彎矩值。

2）斜率k的標準不確定度

①斜率k的標準不確定度

②斜率k的擴展不確定度

t的取值根據(jù)JJF 1059.1—2012《測量不確定評定與表示》中附錄B所得。

3）斜率k的A類不確定度

疲勞試驗過程中一般需要進行多次標定，故斜率k會有n組數(shù)據(jù)，其結果為k1、k2…kn。

4）斜率k的合成不確定度為

式中：n為疲勞試驗過程中的總標定次數(shù)。

5）應變測試的不確定度評定

應變測試系統(tǒng)擴展不確定Uεmax可由應變測試系統(tǒng)的校準證書得到，故應變總的相對擴展不確定度為Uεmax=Ur。

6）等效載荷的擴展不確定度評定

等效載荷擴展不確定UMeq=2μMeq（k= 2，U～95%）即

7）截面平均等效載荷的不確定度評定

若幾面由多個應變片測量獲得多個等效載荷，通過取平均值的方式求得界面平均等效載荷，所以不確定度的評定還需要考慮A類不確定度，故截面平均等效載荷的擴展不確定為

3.4 風電領域儀器設備計量要點

風電檢測儀器設備是開展活動的基礎，隨著科學技術的發(fā)展，不論是標準還是儀器，對測量精準度的要求，都有了進一步的提高，加強儀器設備的計量管理，不但能確保檢測質量，還可提高檢測精度，在風電領域設備的計量管理方面，只有更進一步完善管理機制，才能有效地開展檢測活動。對于風電領域檢測設備的計量要點如表2所示。

表2 風電領域檢測設備的計量要點

4 總結

目前實驗室和檢驗機構的風電領域認可體量均相對較小，但隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，國家以及國際市場對清潔能源發(fā)展的支持力度也在逐漸增強，風電領域的檢驗檢測需求勢必會迎來風口，在風電檢驗檢測行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時還需注意檢測儀器的創(chuàng)新性以及安全性，保證檢測人員能夠安全準確的進行合格評定活動。

風電實驗室以及檢驗機構應時刻關注相關認可說明以及檢驗檢測方法的更新，嚴格按照認可規(guī)則準則的內容配置實驗室和檢驗機構的人員、設備、環(huán)境等硬件設施。同時，對于質量控制方面，建議相關機構在滿足基本要求的同時，盡可能參加試驗比對、能力驗證等活動，保證檢驗檢測結果準確性。