大型风电机组叶片损坏原因及对策.docx

大型风电机组叶片损坏原因及对策郭万龙(中铝宁夏能源集团有限公司，宁夏 银川 750002)〔摘要〕针对风电机组叶片损坏的情况，梳理分析了叶片损坏的原因，从叶片生产、运输 大型风电机组叶片损坏原因及对策 郭万龙 (中铝宁夏能源集团有限公司，宁夏 银川 750002) 〔摘 要〕针对风电机组叶片损坏的情况，梳理分析了叶片损坏的原因，从叶片生产、运输、安装、 运行维护等环节提出防范措施，指出在运行维护环节及时修复叶片细微损伤是减少叶片损坏的重要 手段。 〔关键词〕风电机组；叶片；损坏；失效 风能作为一种清洁的可再生能源蕴量巨大，越 来越受到重视。全球风能总量约为 2.74×109 MW， 其中可利用的风能为 2×107 MW。对风电企业来说， 无论是从风电机组保有量，还是从对电网及社会影 响的角度来看，风电机组保持良好状态，实现较高 的安全、可靠性都显得越来越重要。 维护管理情况来看，对叶片维护的重要性认识不足、 日常维护过程控制不严、维护投入不足，导致实际 运行中的叶片隐患经年累月不断增多，随时都可能 引发失效事故，影响企业经济效益。 2 风电机组叶片损坏失效分析 1 风电机组叶片损坏失效事故 叶片损坏可分为断裂失效、开裂失效、雷击损 伤、局部表面磨蚀、局部表面裂纹、运输吊装损伤 和运行维护不当损伤等形式。 2.1 断裂失效 断裂失效多发生在叶片根部、叶片中部，呈折 断形式，如图 1 所示。 叶片是风电机组的关键部件之一，其性能优劣 将影响整个发电机组系统能否可靠运行。因叶片整 体裸露在外，工作条件恶劣，叶片损坏失效事故时 有发生。根据中铝宁夏能源集团有限公司的统计， 该公司 2003—2012 年期间停机超过 7 天及以上的 机组失效停机事故共 75 起，其中因叶片损坏失效 导致的停机事故有 24 起，占事故总数的 32 %，且 这些事故多发生在盛风发电期间。 当叶片发生失效事故特别是单片断裂事故时， 3 片叶片平衡旋转状态被破坏，发电机组瞬间剧烈 振动；若机组保护失效或刹车装置迟延动作，将对 发电机组轴系以及塔筒带来严重危害，并可能导致 整台机组毁损。而且，断裂叶片在机组制动之前， 极有可能撞击相邻叶片或塔筒，造成事故损失扩大。 叶片发生失效事故后，风电场必须进行停机检 修，这需要使用大型起重吊车，而吊车的出场及作 业费用巨大，且需等待天气处于小风或微风、无风 的作业条件。既产生了高额维修费用，又因“弃风” 丧失了发电良机。一台叶片损坏失效风机造成的直 接及间接经济损失近百万元。从当前各风电企业的 图 1 断裂失效的叶片 ( 折断处断面 ) 导致叶片断裂失效的原因有以下 4 点。 (1) 设计缺陷。设计时安全冗余系数选择过低， 叶片根部及叶片中部断面积过小、断面形状不符合 强度、刚度要求；叶片实际运行载荷超出设计时的 预测极限，过负荷导致叶片毁损；另外，进行极限 设计时，风力发电机各部件与叶片的空间间距、质 量等冗余量设计过小。 近年来，随着国家对风电产业的大力扶持，风 10 第 16 卷 (2014 年第 5 期)电 第 16 卷 (2014 年第 5 期) 电 力 安 全 技 术 电市场急速扩张，由于低端风机叶片技术含量较低， 各路厂家纷纷涉足叶片生产。面对竞争压力，为降 低叶片成本追求更高的利润，厂家致力于设计出低 廉的部件。比如，用减小叶片根部直径的方式来减 少轮毂和叶片的成本，但是叶片根部尺寸减小后会 导致叶片强度不够。 (2) 叶片材料质量不符合要求。生产厂家使用 不合格的胶衣、树脂或纤维材料，这些材料均质性 差，容易出现局部软肋，导致叶片突然失效。 (3) 擅自更改生产工艺。目前国内高质量复合 材料风机叶片多采用从国外引进的的 RIM( 聚胺脂 反应注射成型 )、RTM( 树脂传递模塑 )、缠绕及预 浸料 / 热压工艺进行制造，但一些厂家为降低成 本抢占市场采用手糊工艺进行制造。手糊工艺的主 要特点为手工操作、开模成型、生产效率低以及树 脂固化程度偏低，且对工人的操作熟练程度及环境 条件的依赖性较大，产品质量均匀性波动较大，产 品的动静平衡保证性差，废品率较高。工艺生产过 程中的含胶量不均匀、纤维 / 树脂浸润不良及固 化不完全等均会引起叶片变形、出现裂纹和断裂。 (4) 生产商经验不足。一些厂家经验不足，没 有完全消化吸收国外生产技术，管控重点原理不清、 方式方法简单，面对叶片制造中涉及的上百种主辅 材料、工具、工装、模具、设备，缺少品质鉴定能 力，生产工艺过程控制不到位，后期工序检测检验 流于形式，无法保障叶片质量。 2.2 开裂失效 开裂失效多发生在叶尖、叶片中部前缘处，呈 纵向分离张口形式，如图 2 所示。 间后，起到叶片外固合保护作用的树脂胶衣已被风 砂抽磨至最低固合力点，叶片光泽退化、