大型风电机组叶片损坏原因及对策

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1、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2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW。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

2、，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。

3、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

4、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，

5、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

6、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

7、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、产生麻面，进而出现纤维布漏出、复合材料气泡破碎，形成大砂眼，叶片裂纹增宽、增长、加深，小砂眼向深处扩张的现象，导致风机运行时出现阻力、杂音、哨声。(2)风沙磨

8、损侵蚀，修复不及时。(3)叶片呼吸孔堵塞以及雷击损伤。2.3雷击造成的损伤随着风机容量的增大，轮毂高度升至100m左右，叶片长度超过30m。由于风电机组多安装在开阔地带或者山顶，再加上机组服役时间延长，叶片表面污浊程度加深，风电机组遭受雷击的几率越来越大，而叶片是最容易遭受雷击损害的部件。图3为受雷击损坏失效的叶片。叶片受雷击导致的失效显见于接雷器处及叶片其