风电塔筒安全在线监测技术的必要性

关键词：风电机组；风电监测；风电塔筒安全

在风电场的设备管理中，风电机组的安全运行是设备管理中首要考虑的问题。由于风电机组地处野外，不能实现实时设备外观的检查，特别是对于存在地质隐患的区域，如泥石流、矿山开采、地震等自然灾害，目前现场无法实现进行事前预控。此外，风电机组的主要设备均运行在几十米高的塔架上方，在风速、重力、叶片扭力的作用下，风电塔筒的螺栓和焊缝能否承受住设计载荷，特别是在极端风速下实现挺稳定机及塔筒安全，均已成为风电行业所重视的课题。

面对安全问题，提高设备可利用率和进行功率一致性系数验证已显得不再重要。单台风电机组的造价少则几百万，多则几千万，甚至有些海上风电单机综合投资已经上亿元。基于以上考虑，在如此巨大的投资风险和设备安全管理的责任下，我们将更应关心风电机组的设备安全，特别是塔架的安全和风机着火两大隐患问题，因为塔架的安全一旦出现问题，整个风电机组则必将损毁。开展风电机组塔筒安全采取在线监测主要基于以下几个原因。

1、 运行环境恶劣

风电机组大多安装在山地、隔壁、潮间带、沙漠等野外

环境中，不可避免要长期受风沙、日晒、雨淋、盐雾等侵袭。势必带来风机防腐方面的难题，国内对于风机塔筒（架）底部基础环外的防腐并未形成行业标准。大部分业主未进行有效的底部基础缝隙的防腐处理。此外、由于部分风机所处环境昼夜温差大，载荷变化频繁，不同风机的基础地质条件也各不相同，以上多种因素造成风机运行环境恶劣，直接关系到设备的健康状况，影响设备的使用寿命。

2、 存在薄弱环节

目前，风电机组的设计寿命大多是20年，在这期间，

每一个塔架螺栓至少要被力矩扳手拉伸40多次，这使螺栓接近设计疲劳期。同时，在实际的运行工况下风机必须适应在各种风速下运行，塔架螺栓和焊缝受各方向的剪切力，极有可能造成焊缝的应力集中或螺栓的过度疲劳，致使风机使用寿命降低。

3、 设备健康状况不佳

截止2012年底，我国风电装机中进口机组累计8597台，

约占全部装机台数的16%。国产风电机组占有比例将越来越大，设备质量良莠不齐。一方面源于风电产业在国内的快速发展，产能过剩引起设备质量相对进口机组不是很高，另一方面是有些机组引进技术改造后存在国外的技术壁垒，致使部分国内风电机组设备健康状况不佳。

4、 风电机组塔筒安全监测的使用价值

风电机组塔筒安全在线监测系统可以实时监测塔筒的

倾斜度和塔基有角度的沉降量，通过高性能倾角传感器感知每一秒内塔筒顶部的晃动幅度和方向。同时根据系统设定的边界条件，可以自动计算每一次小风条件下塔筒的稳定变形，即倾斜度。

通过对年度塔筒摆动轨迹的点堆积，可以分析出塔筒一整年内的受力情况，对受力较大方向的关键部位螺栓可以提出进行特殊检查，为风机定检提供技术支持。

通过分析传感器实测的瞬时数据，分析塔筒安全（倾斜度），在恶劣天气、地质条件下，防止发生和扩大事故，主要通过处理器输出継电器接点，实现报警或停机功能。

通过对塔筒底部和顶部传感器数据的对比分析，有利于发现塔筒局部受力不均，变形不均的情况。

通过每一次报警极限值的激活，可以记录在一定时期内塔筒触发最大振动要求的次数，对分析焊缝及螺栓的过度疲劳提供依据。

通过点堆积实时计算历史最大摆动度，根据其地形特点更加合理的设定振动保护触发值，让机组振动保护更科学。

通过对风电机组塔筒安全一段时间内的在线监测，可以掌握风电机组在不同风速，不通负荷下的摆动情况，特别是在紧急停机时塔筒的最大摆动幅度。可以实现对每台风机最大摆动度的测试，可以做为保证风电机组安全的有效定值，每台风机的实测最大摆动度将有所不同，我们的定值是根据风机基础、塔筒变形、焊缝开裂等诸多因素实测的风机能够承受的最大摆动度，这些对于提高风机运行寿命均有显著意义。

综上所述，风电机组塔筒安全已成为威胁风电机组安全、

寿命的两大致命问题，相比动辄几千万的风电机组设备，推行塔筒安全监测技术的应用将成为风电设备管理者的有效手段，这对于整个风电行业的健康发展，对于风电行业的技术创新都是一个积极的方向。在风电发展更加重视设备质量和安全发展的当今，积极推动风电机组塔筒安全在线监测技术等先进技术应用，可以有效弥补风电机组自身设计不足、运行环境恶劣等因素带来的安全隐患，可以有效减少风电机组设备重大事故的发生。 

图文源于电力圈公众号

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