邢晓坡

（中科国风科技有限公司，天津 300000）

1 大型风力发电机组简介

在进行风力发电的过程中，发电机组由风轮、风力发电机、机械传动系统、塔架和电控系统组成。其中叶片是主要的零件，而且在能量转化的时候也起到重要的作用，成本占机组总成本的15%～20%。通过风力使叶片进行转动，从而让转子旋转，把风能变为机械能，保证风力发电的正常进行。建设风电场一般选在偏远地区，在其运营过程中会出现故障，需要人工维护、进行实时的监控等。由于叶片处在高空，而且体积大，不容易进行及时的监控，所以针对其可能会出现的问题不易在第一时间发现并解决。假如没有在第一时间发现出现的问题，就会在很大程度上使其发生故障，从而造成经济损失。

2 造成叶片机械损伤的原因

2.1 因操作疏忽

运输、吊装的时候发生故障。在进行运输时，叶片尖端可能会受到风沙和植物的影响从而出现破坏，在进行吊装时，叶片一些薄弱的位置可能会受到吊绳夹具的影响出现故障。

2.2 自然因素

一些风能丰富的区域，比较容易出现雷电、风沙、高寒等情况，这些气候因素都会对叶片造成一定程度的影响。因为机组一般会在高山、沿海等环境下进行工作，在其工作过程中会出现风蚀、沙蚀等问题。由于这些问题的经常发生，就会让风电设备出现结构上的故障，特别是叶片。

2.3 运行过程中维护不当

出现风载荷改变、机组在工作时超出额定功率等情况时会有激振力的出现，假如其频率和固有频率接近的时候，叶片就会出现变形，进而出现裂纹等方面的问题。这些由于人为或自然因素影响而出现的故障，在后期因为时间的推移可能变为比较严重的故障。

3 叶片状态监测与故障诊断方法

3.1 直接观察法

直接观察法就是使用高倍望远镜、无人机、蜘蛛人等进行观察。相关工作人员通过高倍镜对叶片的外表面实时的监测，会在第一时间发现叶片的故障问题，比如是否开裂、鼓包、油漆破损等问题。

无人机巡检就是通过无人机上的视频传感器对其实时监控；蜘蛛人巡检又叫做高空绕行下降目测检查，都是人工作业。这两者的不同之处是：无人机巡检就是专业人员控制无人机，进行一次充电能够对一台风机的叶片进行检测。采取无人机巡检其成本低、效率高，不过会出现无人机故障等方面的问题；采取蜘蛛人巡检能够让专业人员对叶片内部进行检测，其准确性更高，得到的数据信息更丰富，不过其效率较低。

3.2 光纤传感器监测

现在一些风电叶片已经使用了光线检测系统，实现叶片的实时监控，光纤传感器和应变片在工作过程中存在很大的差异，光纤传感器是利用光为载体，使用光线进行信息的传递。所以，使用光纤传感器会有光纤的一些优点：电绝缘性好、抗电磁干扰、灵敏性好等等。

通过使用叶片里的光纤光栅传感器，把应力应变信息传递下去，对叶片的故障进行监控。光纤风机叶片监控系统包括光纤传感器、传输光线、解调仪表、数据传输模块。在叶片的合理位置安装光纤传感器，专业人员对传感器传递给解调仪的信息进行合理的分析研究，从而对叶片的情况进行实时的监控。如图1所示。

图1 光纤传感叶片安全监测系统应用示意图

3.3 振动监测法

叶片在进行工作的过程中会由于大气边界层的剪切风、变桨、偏航、叶片自身的属性等方面影响而出现故障，出现激振源，因为这些方面的影响就会让其出现故障。在风轮叶片和发电机出现共振之后，就会让叶片和机组出现故障，这样不但会让发电量出现问题，还可能发生安全问题，因此针对这些方面就要进行及时的监控，出现问题时在第一时间进行解决。

在这套装置中进行无线传感器的安装时，要通过参考叶片的型号对实际情况进行合理的调整，在安装时比较方便，得到的数据信息比较丰富，可以通过分析得到的信息对叶片的运行情况进行合理的分析并对其故障进行有效的解决。

3.4 噪音监测法

由于会受到工作环境的影响，一些叶片在其工作几年之后就会发生侵蚀的情况，假如这种情况没有在第一时间进行有效的解决，之后碰到雷击或者结冰就会出现开裂等问题，让叶片的结构出现故障，容易发生安全问题。叶片的结构是薄后缘，对其进行运输和安装时，比较容易出现分层和开裂这些方面的问题。这些方面的问题范围较小，如果没有在第一时间进行解决，就会出现叶片更为严重的损伤，严重时会让大梁出现故障。在对风机进行安装调试的时候，叶片如果装角有问题，就会让其出现风轮不平衡、轴承过载等方面的问题，还有可能会发生倒塔。如果叶片工作在高冷的环境，如果出现结冰就会让其发生变形，在前缘出现湍流边界层，让叶片的升力出现变化，对风机的功率产生影响。

噪音检测法是通过智能叶片传感器，来对叶片进行实时的非接触监控，专业的定向耳蜗可以监控叶片由于发生问题而出现的音频信号，使用嵌入式软件对其进行分析，通过专业人员的分析研究，进行报警等工作，对叶片可能出现的问题进行实时的监控。这种职能叶片传感器会让工作人员在工作过程中出现的问题减少，更加适应一些工作环境比较复杂的区域。噪音检测法在进行故障的监控以及分析研究的过程中起到很大的作用，不过其灵敏度不是很高，在进行一些微观判断的时候准确度较低。

3.5 其他静态无损检测方法

现在，对叶片进行静态的检测一般是采用超声波检测法、声发射检测法等等，不过采用这种检测方法的时候没有严格的标准。在进行超声波检测时，是因为叶片出现结构上的故障就会让超声波的传播路径出现问题。这种方式能够对材料内部或者外部的问题进行监控，一般进行离线检测，其使用的范围比较大，得到的结果更加准确。要针对不同的问题使用不同的探头，这就让这种方法有了一定的局限性。

声发射检测方法就是通过分析叶片在出现故障的时候产生的应变波，对叶片的情况进行实时的监控。这种方式是非接触的，能够进行远程的监控，不过这种方式的准确度比超声波检测法低，适合在精确度不高的时候使用。

红外热成像检测法，是通过叶片的热辐射成像对叶片的情况进行判断，现在使用比较普遍的方法是主动式加热方法，这种方法在叶片出现表面裂纹等问题时比较实用，如果是针对较厚的结构，在使用的时候就要进行进一步的分析研究。

4 结语

综上所述，随着社会的发展，对于风电机组的可靠性要求越来越高，要求能够对其故障问题进行更加准确的监控。为了保证风电行业的不断进步，有关部门要大力支持新能源机构，通过使用相关的云数据技术，对发电叶片的监控手段进行不断的研究和创新，开发更加实用的在线监测系统。