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安全提示 大風輪直徑機組需關注葉片穩(wěn)定性風險

能源發(fā)展網(wǎng)發(fā)布時間:2022-12-12 00:00:00

 近年來,我國風力發(fā)電機組發(fā)展呈單機容量、大趨勢2021年,新增裝機平均風輪直徑達到151米,比前一年增長了15米,5年下線機組的最大風輪直徑從171米增長至230米。隨著風輪直徑及葉片的大型化,由葉片失效引起的機組故障呈上升趨勢,所以需要對葉片的風險進行更加精細化的識別。

 

特定情況下葉片易發(fā)生失穩(wěn)振動

葉片吊裝、故障待修、運維期間誤操作以及電網(wǎng)故障等場景下,機組處于特定的限制姿態(tài)(無法偏航對風,部分場景需鎖定風輪),在這些狀態(tài)下,葉片附近流場較穩(wěn)定,相比機組正常發(fā)電狀態(tài)更易造成振動能量的累積并引發(fā)葉片失穩(wěn)振動,且在現(xiàn)場觀測案例中,已發(fā)生多起機組斷電狀態(tài)下葉片失穩(wěn)振動的情況,所以需額外關注這些情景下的葉片穩(wěn)定性風險。

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葉片失穩(wěn)發(fā)生場景

 

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葉片1階擺振振型及葉片吊裝時失穩(wěn)振動

 

葉片失穩(wěn)將增加葉片安全性風險

本文以某大風輪機組一般性模型為例,挑選吊裝、鎖風輪故障待修等機組斷電情況下的機組狀態(tài)及場址環(huán)境條件進行仿真,發(fā)現(xiàn)如下葉片擺振失穩(wěn)發(fā)散的情況:

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葉片擺振載荷發(fā)散時序

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葉片某截面失穩(wěn)擺振極限載荷情況

經(jīng)過對仿真樣本統(tǒng)計,葉片載荷發(fā)散將對葉片造成額外的疲勞損傷,190米風輪直徑機組為例,在特定狀態(tài)下,風速30m/s持續(xù)作用半小時,將損傷5年左右的壽命。部分惡劣風況及機組狀態(tài)下的葉片失穩(wěn)發(fā)散載荷甚至超過其設計極限值,增加了葉片極限破壞的風險。

 

進一步研究顯示,葉片發(fā)生失穩(wěn)的風險與風輪直徑及風速有密切關系。根據(jù)已有的案例分析結(jié)果,140風輪直徑以上的機組需關注葉片失穩(wěn)風險;而對于越長的葉片,其固有頻率越低,變形越大,發(fā)生失穩(wěn)風險的風速也會更低,對于風輪直徑160米以上機組,導致葉片失穩(wěn)的風速可低至8m/s。因此,需結(jié)合實際場址風況條件計算葉片發(fā)散情況,進而評估葉片極限和疲勞的失效風險。

 

葉片失穩(wěn)風險防控建議

當機組風輪直徑較小時,發(fā)生葉片振動的風速較高,在實際運行項目中較難遇到隨著葉片越來越長,機組風輪直徑越來越大,葉片失穩(wěn)振動已經(jīng)成為不可忽視的風險。特別葉片吊裝、故障待修、運維期間誤操作以及電網(wǎng)故障等場景下的葉片穩(wěn)定性風險需重點關注。

實際場址中葉片的穩(wěn)定性風險,與葉片的具體設計和場址條件緊密相關,需要大量的基礎理論研究和項目數(shù)據(jù)積累。在風電項目大規(guī)模裝機的形勢下,我們建議設備招投標階段,廣泛開展機組場址適配性分析,并將葉片失穩(wěn)風險評估作為其中一個重要模塊,以指導確定安全的作業(yè)措施。而對于在役風電場中已積累較長斷電時間的機組,需進行葉片穩(wěn)定性分析工作,以評估葉片及機組的安全性風險。(來源:鑒衡認證 




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