对风力发电设备无损检测技术的研究

对风力发电设备无损检测技术的研究

范帮来

安徽龙源风力发电有限公司  安徽省合肥市 230031

摘要：风力发电是我国可再生能源的重要组成部分，近年来得到了广泛应用。风力发电设备则是开展电力发电工作的关键内容，通过定期对风力发电设备进行无损检测，能够有效降低维护设备投入成本，达到延长电气设备使用寿命的目的，对相关技术研究具有重要意义。

关键词：风力发电；设备；无损检测；技术

1无损检测技术简要分析

1.1无损检测技术主要内容

无损检测技术是应用现代化技术的相关工艺，对于现代化无损检测技术应用而言也有非常重要的作用，所以在实际的无损检测技术总结过程中，更应该落实好相关技术管控效果，确保其管控应用更加合理。实际的无损检测工艺技术应用中，其本身具有无破坏的特点，可以实现被检测物体不被破坏就能够落实检测技术效果。同时在无损检测工艺应用中，还可以实现对检测工艺理念进行综合分析，确保检测工艺环节应用更加合理，进行实际的检测控制，使用无损检测技术是非常方便的技术。当前无损检测工艺应用中，主要包括超声波传感工艺、热红外线检测工艺等。实际的检测工艺应用过程中，也能够实现对物体残缺位置的形状、大小、分布点进行检测，其检测精度也非常高，适合应用于各个领域中，提升检测效果。

1.2无损检测工艺特点

（1）无损检测工艺本身具有非破坏性特点，传统的检测工艺应用过程中，要求针对性采用无损检测工艺方法，实际的检测过程中，要对被检测物体进行拆卸或者内部破坏，从而影响到了物品的完整性，并且检测工艺实施过程中，还包括对无损检测工艺的综合应用管控，设计的无损检测工艺实施中，减少了被检测物体的检测成本，不用对检测物体进行复原。（2）无损检测技术具有严格性特点。实际的无损检测工艺技术应用过程中，严格性特点十分关键，要求实际的无损检测工艺技术需要落实好相关工艺流程，按照相应的检测标准进行无损检测，确保每一个检测环节符合标准，才能够确保其检测应用更加有效。（3）无损检测工艺具有高精度的特点。与传统的检测工艺相比，无损检测工艺应用了超声波、红外线等新式工艺，从而实现了高精度的检测控制，确保工艺应用更加合理，也能够提升无损检测工艺效果。

2风力发电设备无损检测技术及应用

2.1监测发电机与电力电子设备

风力发电设备运行过程中，受震动、湿度、温度、封装形式等影响都会对内部构件造成影响，严重者导致零件损坏。风力发电设备收集的风能先经过叶轮，再经过主轴与齿轮箱，经发电机转换成电能。风力机叶片是一种弹性体，在风力作用下叶片结构可形成向上的空气动力与惯性力，其交变性无法确定，并且随机性较强。在力的耦合作用下，发电机因不可抗力的振动而产生自激共振，即颤振。如果颤振处于发散状态，将导致风力发电设备损坏。除此之外，风力发电机组运行过程中会因诸多原因而产生较大振动，振幅与振动频率超过风机荷载将影响风机稳定运行。目前，应用在风力发电设备的无损检测方式包括：热成像技术、电磁传感技术、扫地雷达技术等，同时还可通过模态分析法对系统稳定性与寿命进行评估，以此提高风力发电机故障检测科学性。传统电动机电流信号分析法无法适用于发电机工作时，仅能进行线下测试或设备停运时检修。从电力电子方面分析，电流通过半导体器件时功率损失引起的发热是导致发电机元件损坏的主要原因之一，在工作电压与载流能力持续增加的背景下，温度与检测系统对电力电子设备可靠性评估具有非常显著的意义。所以，目前对风力发电机的实时监测技术与方法仍面临严峻挑战，有必要加大无损检测技术研究力度，对电力电子系统进行实时监控。

2.2预估齿轮箱寿命

常规条件下，风力发电设备齿轮箱主要由铝合金材料与不锈钢材料为主，可负担较大循环负荷，但容易导致设备出现疲劳磨损。一旦风力发电设备所处区域出现风力骤变或存在腐蚀性海洋活动，将导致设备因腐蚀而开裂，此类问题都将引发风力发电系统或传动装置失效。在齿轮箱施加无损检查时，为保证装置性能不受影响，应开发与设备性能和材料相匹配的检测方式。目前，常用的风电设备齿轮箱无损检测技术包括：第一种是以电磁为基础的二维ACFM检测技术、巴克豪森噪声无损检测技术等，此类检测方式既可对传感器表面进行检测，也可辅助优化检测方法，让检测流程更加科学与合理；第二种是创建振动分析的检测方式，以此对齿轮箱进行检测，分析其运转是否正常；第三种是从内部解构齿轮箱系统，让其与油温检测系统配合工作。

2.3塔筒无损检测技术

风力发电设备中的风电塔筒多以低合金钢为主要材质，焊接处理过程中易在其表面出现弧形焊纹。由于塔筒焊接多采用埋弧焊，同时采用涂抹药剂的方式进行清理，会导致塔筒表面出现气孔夹渣。塔筒裂纹方式具体包括热裂纹、收弧裂纹、延迟裂纹等，易在塔筒表面快速拓展，当裂纹影响设备承载力时，将引发倒塌事故。从目前研究成果分析，塔筒无损检测技术主要有超声波技术、磁粉技术与射线检测技术。

2.4实时监测风电系统运行状态

依照风力发电设备能源转化特征，发电系统电网结构非常复杂，结合集成技术和在线监测可评定设备运行效率，并监测系统是否稳定运行。在无线传感网络中，风力发电系统中融入了传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术、分布式处理技术，系统各个节点均可通过计算机与外部进行通信。截至目前，风力发电设备运行状态检测手段包括：（1）应用无损检测技术及监控结构联合提出的红外成像技术。（2）基于监控技术基础模型，评估设备极端恶劣运行环境下线路腐蚀与老化情况，并对其进行实时监测。（3）比对多种电子系统变流器及发电机，应用成像检测技术，一旦检测过程中发现设备运行异常便动态优化。为保证风电系统监测技术的精准性与有效性，应充分考虑特殊环境下通信信号的高传输性，让数据通信可适用于不同环境。（4）对信息进行合理的采集压缩及整合，最大限度缩短采样周期，研究数据结构及容错技术。（5）大力开发可集成在风电系统中的MAC协议与路由协议，进一步加快数据传输效率，解决死锁或活锁问题。

2.5风力发电设备叶片检测与分析

风力发电设备叶片易受环境影响，在实际工作中受外力影响很容易在弯、拉作用下而损坏叶片自身结构。常规条件下，风力发电设备叶片寿命约为20年，但并无法评估叶片实际工作中受损情况，即无法评定叶片的实际使用寿命。因此，应开展叶片无损检测工作，保证风力发电设备时刻处于正常运行状态。目前，叶片无损检测技术主要分为如下几种：第一种是基于热成像与超声波的无损检测技术，具有技术融合优势；第二种为分布式光纤传感器，依托传感器及智能材料创建健康叶片监控系统；第三种为主动及被动检测，目的是实现电磁热成像。

3结语

风力发电设备无损检测易受环境影响，同时传感器灵敏度对信息数据量有一定影响，因此风力发电设备无损检测应重点提升系统稳定性及安全性，对多类方法进行综合分析，集成多类传感器数据，保证整个风力发电系统健康运行。

参考文献

[1]魏嘉呈，刘俊岩，何林，等.红外热成像无损检测技术研究发展现状[J].哈尔滨理工大学学报，2020，25（02）：68-76.

[2]智腾飞.塔筒钢板对风力发电机组安全性影响及其到货质量管理概述[J].中国设备工程，2020，438（02）：210-211.