风电产业中叶片维护的探讨

李占军

（国电科技环保集团股份有限公司赤峰风电公司，内蒙古 赤峰 024000）

风电产业中叶片维护的探讨

李占军

（国电科技环保集团股份有限公司赤峰风电公司，内蒙古 赤峰 024000）

在中国风电事业快速发展的同时，隐患也渐渐显现，叶片事故是其中之一.本文对国内叶片维护现状和常见的叶片事故隐患作了剖析，并就风场日常运营中如何做好叶片维护工作提出了自己的建议，以期能对中国风电事业的稳步推进尽绵薄之力.

叶片事故；沙线；风沙抽磨；胶衣开裂；横向裂纹；预防性定检；质量标准；叶片材质

我国第一个风力发电场于1986年6月在山东荣成马兰湾竣工，大型风力发电机组安装在国土上已有二十五年多了，从当初认识风力发电开始，只有风机尘土是中国制造，到现在的自主产权兆瓦型风电机组，中国风电所走过的历程可谓阳光总在风雨后.目前中国风电产业已经进入高速发展的快车道，截至2010年底，我国风电总装机容量已经超过4000万千瓦，已居世界第一位.根据国家目前正在调整的新能源规划，2020年我国风电装机容量目标为1.5亿千瓦.当我们看到可喜成就的同时应居安思危，只有走自主研发、自主生产经营、自主维护的道路，才能使中国风电产业做大做强，下面笔者就叶片自行维护有待解决的相关问题及维护检验空白点与大家共同探讨：

1 国外风机叶片维护现状

国外有停风期预防性检修制度，只要风机停风期一到，相关人员就会及时对设备开始检修，其中包括必检项目——风机叶片.国外每个风场都有一台价值人民币近百万的叶片检修平台车.检修人员可以从下至上，对每支叶片进行检查，从细小裂纹的胶衣修复，到叶片亲合力的胶衣检查，从细小砂眼填充，到叶尖的磨损指数，都检查维护到位.国外风场尤其重视叶片胶衣磨损情况.因为引起叶片开裂的因素只有两种原因，一种是不可抗拒的雷击所至，另一种就是叶片胶衣脱落，叶片亲合力下降.风机遇低温自振时，开裂现象便会出现，所以在国外，风机叶片的检修和清洗维护修补是固定项目.

2 国内风机叶片维护现状

停风期预防性检修制度在国内风电企业还没得到足够重视，由于风力发电机叶片所处位置特殊，租用设备维护成本较高，而且因移动设备时间较长，工作效率特低，加之某些平台金属物如遇突发天气与叶片相撞，损坏叶片现象已屡见不鲜，叶片专业检查人员较少，没有行业标准等，也是国内风机叶片维护现状.

3 风机叶片预检的重要性

预检即预防性检查，其目的是在风机运行两年后对风机叶片进行整体检查，内容包括清洗叶片，检查叶片内固合情况，清洗叶片的目的在保证发电量的同时，检查盐雾、油污、静电灰、飞虫污物背后隐藏的事故隐患，是否有胶衣起层脱落现象，外固合缝是否有开缝现象，是否出项麻面、沙眼，外观看似油污渍，背后是否出现裂纹等等.内固合检查是指，通过专用工具对叶片内主梁敲击，从声音中判断叶片与主梁是否有空鼓现象，因为叶片只有在通过一段时间的运行自振后叶片内侧和主梁之间才会发生离合虚粘接现象，因此只有通过声音才能判断出来.此种现象在叶片制造过程中是不可预见的，只有通过叶片运转抖动后，需黏合部位才能显现出来，而此时叶片的外固合还是完好无损的.内黏合如何，我们不能把叶片劈开检查，只有通过专业人员对叶片外皮主梁处通过声音判定是否有空鼓现象，如出现隐患可采用钻眼注射法，填平内离合缝，用外夹具压合，消除因外固力下降后风机自振而引发的叶片自然开裂，因此我极力倡导对叶片的预防性检查，因为风机叶片不存在100%的主梁与外片的亲合力，此种现象已在修复叶片开裂施工中得到验证，所以风机叶片的定期检查，是保障运转的重要因素.我们知道风电设备最怕机组和叶片出现故障，两者都会造成因停机待修而造成发电量损失，而风机叶片事故90%不是突发的，是可预见的，只是因我们很难接近它，视而难见而引发的大患.我们应该借鉴国外的预防性维护经验，使叶片成为停风期必检项目，只有这样盛风期时才能安全运转.

4 叶片外观的误区

风机叶片对风电人来讲每天与之相伴却又难以接近，由于风场所处的地域不同，风机叶片出现隐患种类、发生年限、外观目测及运行声音识别都有不同之处.干旱地区由于蚊虫较少，叶片表面只附着静电灰和漏油污物，从外观上看比沿海地区叶片洁净，原因是沿海地区是蚊虫附着物和盐雾相撞形成污物，但是沿海地区叶片可靠湿度和雨水自然冲刷，而干旱地区叶片则完全是风沙打磨，两者之间效果可想而知.其实并非叶片洁净就代表完好无损.统计数据表明，干旱地区由于风中含沙较高，叶尖缩短，外固合磨损时间等，比其他时间相应提前，沿海地区叶尖两年缩短0.4毫米，而干旱地区一年就缩短了将近0.5毫米，而迎风面外固合缝显露上提前近2年.干旱风沙地区叶片，运行两年后，初次清洗检查叶片的重点，应在胶衣是否有起鼓脱落，叶尖和迎风角面受损程度和是否有气泡破碎沙眼，叶刃从上至下是否有横向细纹，干旱地区巡视人员特别需要注意，叶刃处是否有横向黑色线状，和横向黑色油污现象，如发现应停机检查，因为此种现象近80%是横向裂纹，另一种原因是风机漏油所致.

5 我国常见叶片受损种类分析

目前在我国风电场中普遍存在一种现象，同期运行的风机叶片，风沙抽磨的受损程度各不相同，叶片运行两年后其表面已显现事故隐患，外层保护胶衣出现磨尽和脱落现象，叶尖部位受损尤为明显.风机塔筒防腐漆颜色变暗风力发电机叶片的维护应在地面组装时开始，由于叶片较长，在拆箱、组合、吊装的过程中难免有刮碰现象，如果是轻度刮磨，现场可用水磨砂纸磨光后，喷涂气干胶衣便可吊装，关键问题在于叶片刮磨后视而不见继续装机，待风机运行后，刮磨受伤处最早演变为沙眼密集区，直接导致外胶衣层起鼓脱落，出现沙坑和软胎现象.实践证实，风机叶片的众多事故都是由于无外保护层而引起的，随着叶片运转，每天都在遇风沙打磨，但是抽磨在洁面和抽磨在沙眼的进度是截然不同的，而且由于叶片制造过程中，耐冲击层难免有内存气泡现象，如果风沙抽磨的受伤处有内存气泡，几年后就会形成通腔沙眼，总之叶片组装时受损，靠自行运转永远抽磨不出一致的表面.风机叶片在组装时如果出现与金属利器相刮，刮痕在叶刃位置深度为0.1毫米以上，并且是横向刮痕，不要急于吊装，无论现场环境如何，必须把横向刮痕及时处理，因为横向刮痕在风机运转后最易形成横向裂纹，如果叶片刮痕在叶尖以上1.5米到4米处，形成横向裂纹的可能性在90%以上.如果发现后未修补，急于装机运行，最多一年后形成横向裂纹，风力发电机每次弯曲、扭曲、自振时横向裂纹都在增宽延长，遇突发天气叶片撕开折断的可能性是注定存在的，如果是叶刃处横向划痕形成横向裂纹的几率能占99%，而且发展速度是人难以想象的，因为叶刃处是叶片最薄，抗弯自振最弱的地方，因此在组装时要提高组装监管人员责任心，不要因环境气候等原因让风机带病上天运转，发现事故隐患必须处理完结，确保空中运行安全.

在我国有几家风电场是建在了风沙口地区，风给我们带来动力的同时，沙粒却给我们外露的风机叶片带来危害，在同等维护的状况下，使用寿命低于其他地区，原因是风中沙粒含量较高，颗粒较大，使叶片风沙抽磨受损严重，风机叶片和迎风角面安全年限缩短.在日常维护上，由于自然因素，很难从视觉、听觉上发现问题，建议风口地区的风场应抓住风力较小的时机，着重检查叶片的迎风角和叶尖部位.运行四至五年后再一次叶尖增厚加长加固施工，目的是防止叶尖因风沙抽磨缩短而造成的外固合力下降，迎风面的胶衣修复也是解决叶片因风沙抽磨使外固合力下降而导致风机自振抖动开裂的有效方法.新建风场，一定要选择耐冲击层较厚的硬性叶片以便把叶片的安全使用年限向后推延.

6 常见叶片病因分析

6.1 叶片百病起因：耐冲击层

胶衣是叶片最外层的抗冲击层，是叶片内组合材料的防弹衣，当胶衣被风沙抽磨至最薄极限时，涂刮复合材料时存在的气泡破碎，形成了较深较大的沙眼，短时间内在沙的冲击下形成通腔沙眼，遇雨叶片通腔内进水，形成内外导电体，避雷指数降低，失效.另种现象，叶片在失去胶衣保护后，纤维布外露，风沙抽磨起毛，遇雨水和阳光暴晒后很快风化，形成叶片软胎现象，遇雨后逐渐向叶片深处发展，而且由于表面附着有静电灰尘，遇雨水后此处湿度增加，接闪器失效，叶片遭雷击洞穿.胶衣抽磨致使叶片的外固合力下降，迎风角面沙眼极速生成，叶片的双片固合缝清晰可见，此时如果叶片和主梁之间有离核现象，在无外固力的情况下，叶片随时有因抖动而开裂的发生，如发现不及时，后果可想而知.

6.2 叶尖开裂

叶尖的原始固合处都是实心体，每支叶尖的实心长度约为50厘米左右，目的是有效固合整支叶片底尖部，我们通过施工标记来分析叶尖自然开裂原因，发现叶尖实体部位，每年都有因风沙抽磨在缩短现象发生.一般一年缩短0.5厘米-0.8厘米，按年限计算，叶尖的耐磨年限为4年-6年，当叶尖的外固合磨损至极限后，内固合又是主梁的尖端，内黏合面积最小的地带，所以遇风机各种自振，在失速状态下都有被抖开的可能.解决叶尖开裂的根本办法不是黏结后继续运转，需要用树脂铆钉贯通叶片加固，同时将叶尖加长加厚，从而增加耐磨年限，保障安全运行.

6.3 叶片横向裂纹

横向裂纹是可以直接导致叶片极度事故的隐患，所产生的部位一般在叶刃处.整体叶片的中下部，90%的裂纹是风机自振所引发的，叶片横向裂纹初期，在地面上人们很难发现.只有在因风机自振、叶片抖动时，裂纹处的每次涨缩瞬间，外界污物乘机而入，裂纹内形成叶片上黑色横纹时，地面才能发现，它的发展速度相当惊人，因为裂纹内已有的污物无法闭合，形成了只张难合的现象，使裂纹逐渐加深延长.早期的横向裂纹形成深度只在纤维布层以外，因为在纤维布层未进水风化之前是有弹性的，不易形成折断体，如果此时发现隐患，只需做表层诊断处理，扩大修复面积，重新刮涂耐冲击材料，相反在裂纹深达纤维层后，需切换纤维板做梯形黏结.因此早期发现叶片横向裂纹是是杜绝叶片事故的关键，在每次因台风而损毁撕裂叶片事故中，绝不能排除横向裂纹所导致的后果.因此只有定期预检，才是解决问题方案.

6.4 迎风角面受损

风机叶片的迎风角面，由于宽厚度所在，是受损最严重的部位.它承受的过沙面积较大，也是叶片外固合材料抽磨最快的部位.叶片烟雾生成、胶衣脱落、麻面沙眼、通腔沙眼、叶片内腔进水、抖动开裂等，都多发生于此部位.风机运转时叶片噪音增大、哨声、转速降低，都是迎风角面的沙眼阻力所造成的，因此风机叶片运行四至五年后，建议风电场做一次表面增厚胶衣加固，除可以解决上述问题外，加固是解决因自振而引发叶片开裂的最可行方案.

7 相关建议

7.1 解决沙线空白

业内共知，每台风力发电机的运行寿命为20年，期间有近17年的时间需要我们自己维护和保养，就外露的风机叶片而言，它的使用寿命有多长，保护层耐冲击年限多少我们不得而知，我们只知道它的复合材料组成，防水、防腐蚀、耐酸碱、不怕日晒，但任何物体都是怕风沙抽磨的，事实证明风机叶片除停风期外，每时每刻都在受到风沙的打磨，所以叶片能否安全运转是一项不可忽视的问题.要想让叶片达到安全运转年限，首先在风场选址时应避开沙线上安装风机是延长风机叶片使用年限的关键.通过维护施工观察沙线上的风机叶片，比正常的寿命至少缩短三年，而且事故频发.在发电量上，因后期维修所占用时间费用与其他机组相比所需维护费用较高，因此建议相关部门组建测定过沙面积机构，使风机叶片的受损年限向后延伸.

7.2 出台叶片质量标准

所谓叶片质量标准，是指风机叶片的内外固合力标准.因为在我们修复过的叶片开裂工程中，有许多叶片因为内黏合主梁处与叶片的结合面有较大的漏黏点，使叶片的外固合面在风沙抽磨变薄失去固合力后，叶片因自振抖动而开裂.如果此时叶片与主梁的内黏合较好就不会发生因为开裂而造成的叶片撕断现象，虽然叶片开裂撕断有外固合力失效的因素，但在我们修复的各类损坏叶片中，没发现一支叶片的内黏程度达到80%以上，如果风机叶片内黏结较好，巡视人员发现及时，叶片因开裂而撕断报废现象会降至很低，所以我们针对风机叶片所发生的某些事故，应从源头分析原因，制定标准，决不能听之任之，无标准可循.

7.3 优选叶片材质

不同地区所建的风电场，应选择不同材质的风机叶片，是减少日后维护成本的关键.由于地域不同，风中的含沙量、刮起沙粒的体积重量各不相同，我们应从当地所能吹刮起的沙粒体积、重量，选择叶片的种类，必要时应与厂家协调，在叶片相应部位增加耐冲击材料厚度，以延长安全运转年限，而现实的风场装机类型缺少指导性和保障性标准，更没有与叶片厂家协商增加系数可言.互相观望，就是国内现行装机标准，就某些新型叶片而论，如果所选风场急于求成，当运行几年后发现问题，只能从所得利润中去弥补当初的损失，现实已无法挽回.所以我极力主张，应根据当地的沙害等级，选择相应材质叶片，才是保障安全运行的根本，力争把风沙抽磨叶片造成的损失降至最低.

7.4 打破叶片定检误区

由于风力发电机叶片所处位置特殊，租用设备维护成本较高，而且因移动设备时间较长，如遇突发天气与叶片相撞，损坏叶片现象已屡见不鲜，叶片专业检查人员较少，没有行业标准等，也是国内风机叶片维护现状，给我们带来发电动力的风机叶片，处于风吹就能转、酸碱都泡不烂的局面，其实你视而难见的风机叶片并非让你高枕无忧，沙害每时每刻都在侵蚀着叶片的肉体，隐患每天都处在演变成事故的过程中.业内人士共知发电机组、风机叶片两者中任何一种出现故障都需较长停机待修时间，而且发生事故的季节在盛风发电期较多，给风场带来较大发电损失.追其原因，在国外有停风期预防性检修制度，在国内风电企业还没得到足够重视，在许多国家，停风期针对每支叶片都是必检项目，发现隐患及时修补是风电企业后期减少维修支出的所在，比如一个沙眼，通过一个盛风期可转变成通腔大沙眼.一个早期发现的横向裂纹，可用时数小时修复，如果演变至纤维深度，得付出几十倍的时间和费用.定检的最重要一项，是检查叶片的内外固合情况.主梁声音检查、迎风角外力固合检查、叶尖受损检查，其目的就是为已运行几年的叶片做一次体检，让其在盛风期安全运转，避免因盛风期叶片事故而带来的发电量损失，而在国内此项目始终没能得到重视，只有几家风电企业在按此规则运行.实践证明，预则立，不预则废.这对风机叶片而言绝对是现实体现.另外从年检工程费用上来进行核算，每台风机年检费用为盛风期单台风机几小时的发电量等于工程费，也就是说单台风机几天的发电量转换成维检工程费，可为至少五台风机叶片做全面检查.从任何角度而言都物有所值.综上所述的风机现状，是我们在从事为风电企业服务的十年来的现场所见证，某些叶片事故隐患是从实践中分析总结验证出来的，目的是让同行们知道，让我们的风机叶片达到良性运转标准，给风电企业后期的叶片维护降低成本，倡导企业把叶片定期维护重视起来.

8 结束语

因为目前我国的风电机组还依靠合资和进口，对外依赖性还较强，使风力发电后期的维护费用大大增加，加之国外对知识产权的保护，风机保修期过后的维护费用，占据了大量投资费用.加之我们对风机叶片维护意义认识不足，长期以来没能引起足够重视，更缺乏有效的制度保障，占总投资近25%的风机叶片在维护上处于无章可循的状态.叶片维护专业化企业人才稀缺，而且由于风机维护的季节性较强，叶片材料对固化所需环境要求过高，相关叶片的后期维护问题会接踵而来.所以我们只有走自主研发、自主生产经营、自主维护的道路，才能使中国风电产业做大做强.

〔1〕中华人民共和国安全生产法.

〔2〕电业安全工作规程.

〔3〕内蒙古自治区安全生产条例.

〔4〕中国安全生产年鉴.

〔5〕中华人民共和国能源“十二五”规划.

TM315

A

1673-260X（2012）11-0049-03