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倒塔频发!北斗风机安全监测守护风机安全
发布时间:2022.07.19    来源:   浏览次数:

7月10日,河南某风场发生一起倒塔事故;

6月10日,河南延津某风场发生风力发电机倒塌事故;

4月11日,河南黄县某风场发生风力发电机倒塔事故。

业内人士估计倒塔事故直接经济损失在2500万-3000万左右,而因风电场事故调查导致的停机或限功率电费损失预计达3000万。

问题频发,加强安全监管刻不容缓

6月27日,河南省发改委印发了《关于进一步加强风电项目规划建设安全工作的通知》,要求要高度重视运行维护工作,强化运行安全。各地属地电力安全监管部门要督促项目业主采取信息化手段对机组状态开展全面监测、诊断和预警,加强恶劣天气条件下风机异常状态的分析,确保出现运行异常情况下正确迅速处置,必要时停止风机运行,保障机组安全。

近年来,风机倒塔、叶片扫塔等事故不断进入我们视野。事故不仅造成巨大经济损失,而且还带来严重安全隐患和责任,在社会上形成巨大影响。为此,通过技术创新,构建适应行业发展的风机运行安全监测预警体系,已迫在眉睫。

网络部分倒塔扫塔事故:

2022年6月22日,澳大利亚Alinta风电场发生一起风电机组倒塔事故;

2021年12月18日,黑龙江某风电场18号风机发生倒塔事件;

2020年5月4日,河南某风电场3台风机叶片发生折断事故;

2020年1月2日,黑龙江某风电场29号机组发生倒塔事故;

2019年5月21日,美国俄克拉荷马州某风场发生倒塌事故;

2019年4月12日,甘肃民勤某风电场发生倒塌,致4死两伤;

2019年12月4日,黑龙江某风电场#1风电机组发生倒塔事故;

……

进军低风速区,高柔塔风机呼唤技术创新护航安全

《通知》指出,近年来长叶片高塔筒风电技术在河南省广泛应用,为拓展全省新能源发展空间发挥了重要作用,安全压力也随之增大。

在我国中东部和东北平原地区,风速低,但风切变较大,通过提高塔筒高度可显著提升发电量。为此,高柔塔机型应运而生。高柔塔机型的应用有效地增加了发电量、降低了成本,成为行业主流。

公开信息显示,Vestas已安装数万台100m以上机组,从120至160高塔已有批量商业运行业绩;远景2016年推出高柔塔产品,目前140m以上机型装机超5000台,金风科技、明阳、上海电气、中车、东方电气都有商业批量业绩。

但随高度增加和塔筒柔性增大的是风机结构运行安全监测难题。国家能源集团《高柔塔风电机组安全风险管控的思考》指出,高柔塔两大主要风险为塔顶摆幅较大风险、低空急流风险。柔塔相比传统刚性塔架其固有频率有所降低,易发生风轮转动与塔架共振现象(1P共振),会大量消耗机组使用寿命;在1P共振或涡激振荡下,会发生塔顶最大摆幅。此外100m以上的高度层会有较大概率出现风速突变情况(低空急流风险),增加了叶片撞击塔筒的风险。

北斗+安全监测,让风机更安全更高效

针对以上两大安全风险,湖南华电联合湖南联智科技(卫星技术交通运输行业研发中心、基础设施数字化监测与智能管控湖南省工程研究中心)开展相关科研攻关,形成了以北斗高精度定位定向技术为核心的风机安全监测预警体系。本技术属北斗在风机结构与运行安全监测中的首创,目前已在湖南相关风场中应用。


▷塔顶位移轨迹实时监测预警

核心技术:北斗高精度定位定向技术



高频动态(1秒/次数据)解算下,监测精度达厘米级。

塔筒作为一种特殊的高耸钢结构形式,风机塔筒受力状态极为复杂,机组故障、外部环境变化都有可能引起塔筒摆动异常。根据相关规范塔筒许用扰度应控制在0.5%-0.7%,但受制于风机高频摆动、机舱不断旋转、结构形状不规则等因素,以往没有行之有效的监测手段。

为此,我们研发了适用于风机的北斗高精度双天线定位定向技术及成套设备,通过北斗双天线定位定向技术,实现实时精确测量塔筒中心位移、机舱方位角参数,实现塔顶位移轨迹实时监测、预警。

▷叶片净空距离实时监测预警

核心技术:毫米波雷达动态测距


刷新率500Hz,精度±0.16m

抗干扰能力极强,可穿透雾烟、灰尘

传统监测方式(布设应变片、振动传感器、光纤光栅传感器、激光雷达等)成本较高、运维难度大、受环境干扰大等方面的劣势。我们采用毫米波雷达动态测距实现净空距离实时监测、预警;为进一步提高对叶片裂纹等缺陷的监测,我们通过使用音频识别技术对可能产生的裂纹萌生和扩展进行动态监测。

▷基于云边端一体化技术的风机安全监测平台