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摘要：作为清洁能源领域的中流砥柱，在役风力发电机组的运行与维护具有重要意义。当前，我国风电场设备技术监督尚无统一行业标准，风机设备的运行维护主要依赖目视宏观检测。本文针对在役风力发电机组的金属部件安全技术服务内容进行了探讨。本文探讨了各受监部件的检验项目、方法、周期、比例及检测结果评定等规范。借助无损检测技术，如超声波检测、磁粉探伤、内窥镜检测等，可以准确监测运行机组的健康状况，减少风电机组各设备的故障与损坏，从而避免事故发生。这些措施有助于提升风力发电机组的可靠性，降低运维成本，为风电场的稳定运行提供坚实保障。

关键词：风力发电机组；检测周期；安全技术服务；外观检测；无损检测

0、前言

伴随风力发电技术发展的日趋成熟，风力发电逐渐成为我国清洁能源发展领域中不可缺少的中坚力量。但是，风力发电机组由于本身整体结构复杂，风力发电机组选址一般要求平均风速6m/s以上，年3～25m/s的风速累计小时数在2000小时以上，不可避免地承受着湍流运动、风切变、塔影效应、尾流效应等作用，而且常在低温、风沙、结冰等恶劣的外部环境下运行，故而系统载荷和振动波动大，故障率高，可靠性差，运维难度大且成本高。

目前国内风电场设备技术监督还未形成行业标准，对风机设备的运行维护还停留在目视宏观检测阶段。基于这种情况，在役风力发电机组金属安全技术服务方案提出风电场技术服务范围，确定了各受监部件的检验项目、检验方法、检验周期、检验比例、检测结果评定等技术规范，为风机设备的运行维护提供技术指导。按照上述规范，采用超声波检测、磁粉探伤、内窥镜检测等无损检测技术手段对风力发电场设备进行了现场检验，发现其存在的缺陷，准确监测运行机组的健康状况，减少风电机组各个设备的故障和损坏，避免事故的发生。

1、在役风力发电机组金属安全技术服务范围及周期

风电机组作为风力发电系统的核心设备，由塔筒、叶片、轮毂、传动系统、控制系统等关键部件组成，各部分的性能稳定与相互配合直接决定了整个机组的工作效率和寿命。实际运行中，风电机组需面临复杂的气候条件、极端的负载变化以及长期运行带来的疲劳累积，这些因素均可能导致各种故障或潜在的安全隐患。近年来，风电机组事故时有发生，其中不乏由于金属结构件疲劳裂纹扩展、材料磨损腐蚀、连接部位松动失效等问题引发的重大停机事件。这些问题不仅影响了电力供应的连续性和稳定性，还可能造成重大的经济损失甚至安全事故。因此，针对在役风电机组各主要金属部件进行定期、全面且精准的无损检测显得尤为必要。该技术方案旨在系统性地归纳总结出一套涵盖以下核心检测项目的风电机组安全技术服务方案：

上述表格总结了在役风电机组需要检测的主要部件，采取的检测方法及建议的周期，下面我们将进一步详细讨论风电主要部件的技术服务方案。

2、在役风力发电机组金属安全技术服务内容及方法

2.1塔筒

塔筒的主要作用是支撑风电机组机舱，承受风载荷引起的组合变形及弯矩、扭矩叠加引起的内应力。塔筒材料需具备高韧性、良好的低温性能和耐蚀性。塔筒由上、中、下段和基础环组成，采用拼焊结构，可能存在焊接缺陷。这些缺陷在长期交变应力和极端载荷下可能扩展或产生新缺陷，导致塔身撕裂等风险。因此，需要重点检测塔筒的焊接缺陷，特别是下筒节焊缝和法兰部位。对此，我们提出的塔筒技术服务方案如下：

1. 塔筒外观质量检验：每年一次，检查表面是否有裂纹、涂层问题。发现问题时，进行无损检测、变形测量。

2. 塔筒焊缝无损检测：每三年进行一次，检测比例不低于15%。对超标缺陷部位进行100%检测，并对风电场其余机组相同部位进行重点检测。

3. 爬升系统、电缆固定支架和平台宏观检测：每年最少一次，检查焊接部位是否开裂、螺栓紧固情况。

4. 检测前的资料查阅：了解制造安装过程中的缺欠，对首次检测的部位进行检测，之后对未超标缺陷进行重点检测。

具体检测内容和检测周期如表2所示：

2.2主机架

主机架是风电机组的关键支撑结构，承载着所有关键设备。其平稳运行对整个风电机组的安全至关重要。主机架需具备足够的强度和刚度，确保风电机组的正常运转和恶劣条件下的安全。生产安装过程中可能产生的铸造和焊接缺陷，在长期震动和交变应力下可能扩展或产生新缺陷，甚至变形。若不及时处理，缺陷积累到一定程度可能导致主机架整体破坏，造成重大损失。危险部位主要出现在主机架及后机架的焊接位置和螺栓连接上，需定期检查。因此，我们建议主机架技术服务方案如下：

1. 每年对主机架及后机架进行一次外观检查，确认其表面是否有裂纹、涂层脱落等现象，对可疑区域应进行无损探伤检测。

2. 每三年对主机架及后机架焊缝进行无损检测，检测比例不低于15%。发现超标缺陷，应扩大检验比例，并对超标缺陷进行返修。

3. 首次检测前应先查阅资料，了解制造安装过程中存在的缺欠，首先对该部位进行检测，以后的每一轮检测时都应对前一次检测的未超标缺陷进行重点检测。

具体检测内容和检测周期如表3所示：

2.3紧固件

风力发电机组主要通过螺栓进行连接，包括塔架法兰、叶片与轮毂、轮毂与主轴、前后机架、轴承座与主机架、齿轮箱弹性支撑与主机架以及机架与塔架等。风电机组运行环境严酷，承受多种载荷和极端温差影响，可能导致螺栓延迟断裂、材料蠕变等问题。此外，还存在紧固件内部缺陷、制造问题等。风电机组紧固螺栓的连接对机组安全性有重要的影响。对于紧固件技术服务方案归纳如下：

每年对大于等于M32的螺栓进行外观检查和无损检测，具体抽检比例见表4：

注1：检查螺栓表面的锈蚀、油浸情况，如果外观检查发现表面有腐蚀、损伤及松动的情况，超声检测发现裂纹等缺陷，应及时更换螺栓。

注2：抽检的螺栓的硬度值未达到运行使用标准的，需提高同批次螺栓的检测比例，出现大量不合格的螺栓需将同型号螺栓进行更换。

对于高强螺栓的超声波无损检抽检比例还应满足表5的要求：

每年进行外观检查时，重点检查螺栓、螺母有无松动情况。对于运行3年以上的风电机组，其螺栓抽检比例调整至15％，对于运行5年以上的机组， 加大对高强螺栓的检测比例，如果出现批量断裂的高强度螺栓，应该根据螺栓的承载情况，将同批次螺栓进行更换，除了在役的螺栓检测外，对电场购置的用于备用和更换的螺栓在安装前部分抽样进行螺栓性能检测和超声波无损检测。对于检测后发现有缺陷的螺栓，需要对被抽检的螺栓进行合金元素分析，以及对比同批次螺栓，适当增加同批次抽检比例。

2.4轮毂

轮毂是风轮的枢纽，叶片通过高强连接螺栓安装在轮毂上，所有从叶片上传来的力，都通过轮毂传递到传动系统，轮毂将叶片收集的风力转化成扭矩传递给主轴。轮毂应有足够的强度和刚度，其材料采用球墨铸铁。轮毂在运行中可能会产生表面裂纹甚至开裂。针对轮毂的服役条件，我们提出了相关的技术服务方案：

每年进行外观检查，具体包括铸件表面的宏观缺陷、漆面龟裂、表面锈蚀、整体结构变形和裂纹等，对可疑处进行无损检测，如发现表面裂纹，应进行无损检测，并对裂纹的等级进行评定。

每三年进行无损检测，检测位置为主轴法兰、叶片变桨轴承外圈，法兰端变径部分。检测比例不低于15%，发现超标缺陷，应扩大检验比例。

具体检测内容和检测周期如表6所示：

2.5主轴

如图2所示，主轴在风力发电机组传动结构中处于关键部位，起到传动和承载作用，在风电投资总额中始终占有很大的比重。主轴一般为锻件，生产制造过程中可能会产生锻造缺陷，主轴的受力情况又较复杂，既承受轴向力、径向力和剪切力，也承受弯矩和扭矩，此外风机主轴在运行过程中还可能经历各种极限工况，因此，易扩展或产生新的疲劳裂纹等缺陷，当缺陷积累到一定程度可能会导致主轴断裂，主轴断裂后风机轮毂将失去制动能力，当风速较快时可能会导致风机叶片超速转动，最终造成风机倒塌。因此，主轴在运行过程中应定期进行检查，提前发现安全隐患，保证主轴的可靠性与安全性，减少不必要的损失。

根据主轴的受力情况，我们建议其技术服务方案按以下进行：

1.每年一次宏观检查，查看主轴是否有破损、磨损、腐蚀、裂纹，查看轴承罩盖是否有开裂、松动；每年一次功能性检查，对紧固轴套与机座螺栓进行100%检查，查看有无异常声音，螺栓连接是否紧固；重点检查主轴与轮毂的连接部位、主轴变截面区域，主轴与主轴承结合部位，如有油漆脱落、变形、碰伤等，重点进行检查，必要时做表面探伤。

2.每三年一次对主轴进行无损检测，并在主轴的两端（法兰端、小头端）和中间三处进行硬度检验；如果硬度检验不合格，则在主轴小头端纵向R/3处进行金相检验。

具体检测内容和检测周期如表7所示：

2.6 齿轮箱

齿轮箱主要功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转数。齿轮箱材料除了满足常规力学性能外，还应具有良好的抗冷脆性。齿轮箱常见的失效类型有齿轮损伤、断齿、疲劳、胶合、轴承损坏等。针对齿轮箱的工况，我们提出的技术服务方案如下：

1.每年对齿轮箱箱体、输入、输出轴等重要传动部件进行外观缺陷检查，检查方式以外观检查为主，具体包括铸件表面的宏观缺陷、漆面龟裂、表面锈蚀、整体结构变形和裂纹等。如发现表面裂纹，应进行无损检测，并对裂纹的等级进行评定。对于存在箱体塑性变形的齿轮箱，必要时进行解体检测。

2.每5年进行一次内窥镜检查，检查齿轮腐蚀微粒造成的痕迹凹坑、断齿、点蚀、齿面接触压痕、撞击等。

3.齿轮有断裂情况时，应立即停机安排对齿轮箱进行更换处理。有齿轮腐蚀微粒造成的痕迹凹坑、点蚀、齿面接触压痕、撞击等缺陷应加强监督，增加内窥镜检查频次。

具体检测内容和检测周期如表8所示：

2.7叶片

叶片是获取风能的关键部件之一，在气流作用下产生力矩驱动风轮转动。风机叶片主要承受风载荷、重力及离心力，在叶片的叶根部位载荷最大，容易疲劳失效，另外叶片也易遭受雷击损伤，其中常见失效形式为叶片开裂、脱胶，严重的还有可能断裂。

据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。因此，应定期对风机叶片进行检查和维护，提前发现安全隐患，减少不必要的损失。由于风机叶片所处位置较高，现场仅凭目测和望远镜观察是无法准确发现风机叶片上的缺陷的，因此我们可以采用高清可视无人机每三年对叶片外观质量进行检查，确认其表面是否有裂纹、针孔、脱胶等缺陷。

具体检测内容和检测周期如表9所示：

2.8机械制动系统

风机的机械制动系，主要是高速轴刹车盘。刹车盘材质通常为球墨铸铁，可能会有铸造缺陷，在长期震动和交变应力作用下，铸造缺陷易扩展或产生新的疲劳裂纹等缺陷，其铸造缺陷常从开孔处延伸导致盘面开裂。风机在运行过程中还可能经历各种极限工况，例如：启动、关机、停机等，从而导致刹车盘磨损，当磨损达到一定程度后还可能造成制动效果减弱或失效，当风速过快时有可能造成风机超速运转，最终造成无法控制的后果和严重的损失。因此，应定期对风机的机械制动系统进行检查和维护，提前发现安全隐患，减少不必要的损失。我们总结的机械制动系统技术服务方案如下：

1.每年一次对外观进行质量检验，确认其表面是否有裂纹、破损、磨损、腐蚀等缺陷；同时对制动块进行宏观检查，确认其有无松动，剩余厚度是否符合厂家规定的标准。外观质量检验有问题时，对出现异常的部位或者有怀疑的部位进行无损检测，同时还要进行厚度测量，确定磨损情况。

2.每三年对机械制动系统进行全面无损检测。发现超标缺陷时，应及时反馈给业主方。

2.9偏航系统及变浆系统

偏航系统由偏航控制机构和偏航驱动机构两大部分组成。其中偏航控制机构包括风向传感器、偏航控制器、解缆传感器等几部分，偏航驱动机构包括偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器（或偏航阻尼装置）等几部分组成。其中偏航系统与主机架之间衔接的位置存在焊缝连接；变桨系统是大型风电机组控制系统的核心部分，变桨系统的状态包括正常运行、故障变桨、急停变桨、手动变桨等几种，变桨距机构主要由推动杆、支撑杆、导套、防转装置、同步盘、短转轴、连杆、长转轴、偏心盘、桨叶、法兰等部件组成。变浆电机系统中变浆轴承采用双排深沟球轴承是变桨驱动的关键部件。

它们都是螺栓、轴承、齿轮、法兰以及刹车装置存在的系统。因风力发电机组长时间工作，风电机组的偏航系统与变桨系统的轴承被空气灰尘、油脂等污染，定期维护工作不到位导致轴承缺少润滑脂等容易造成轴承的摩擦与卡涩，长时间运行能够导致轴承的损坏，出现变浆轴承故障，轴承主要失效为铸造缺陷和疲劳裂纹，焊接部位失效为焊接缺陷所产生的疲劳裂纹。每三年可以运用无损检测手段检测轴承的内部情况，发现问题及时进行修补或更换新的变浆轴承。针对偏航系统与变桨系统出现的问题及处理措施，提出以下相关的技术服务方案：对于风电机组的螺栓、轴承、齿轮、法兰以及刹车装置等适宜检测金属部件进行以下检测，检测过程中依据需要可采取目视检测、超声检测、渗透检测等检测方法交叉进行检测。

2.10油漆防腐

风力发电机组经受着各种风况的作用并且常年遭受雨雪、风沙、雷电等恶劣自然环境的腐蚀，导致表面涂层损伤进而造成塔筒等部件锈蚀，一旦出现生锈、腐化等情况，若处理不及时，不仅会降低风力发电机组的使用性能，还会造成严重的故障问题，增加设备维修成本。油漆防腐技术服务方案主要的防腐检测以目视检测为主。风力发电场钢结构的腐蚀状况及防腐蚀效果应定期进行巡视检查；巡视周期结合风力发电场巡检周期开展。巡视内容应包括：风力发电机组塔筒内外壁无油漆脱落和剥落现象。风力发电机组部件的防腐、涂装要求防腐层表面应均匀、无起皮、漏涂、缝隙、气泡等缺陷。塔筒、基础环、法兰等部件电机组的塔筒涂层应具有抗紫外线辐射能力和抗老化性能。偏航制动器的加工的配合面、工作面、摩擦面除经表面处理的零件表面等不适合进行涂装的表面外，其他表面应进行涂装；涂层厚度应符合标准要求。涂装后的表面应均匀、细致光亮、色泽一致，不应有漏涂、皱纹、气泡及流挂现象。对于腐蚀严重区域及时进行除锈，防腐。

结语：

综上所述，本研究旨在构建一个全面且科学的在役风电机组全生命周期健康管理方案。这一方案的核心在于通过科学合理地设计风电机组服役周期内的维护检修策略，包括但不限于对叶片、塔架、传动系统、轴承以及其他关键金属结构部件的无损检测与性能评估。本方案作为提升风电行业安全管理水平和技术服务优化的重要参考依据，有助于在役风电机组运行的整个生命周期内实现对潜在缺陷和故障的早期识别、精确判断以及迅速应对，从而有效提升风电机组的安全运行性能，延长其使用寿命，并有力推动我国乃至全球风电行业的可持续发展。

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