主题发言

王琦峰:魏德米勒叶片状态监测系统BLADEcontrol®

2020-11-05    东方风力发电网

 

      王琦峰:大家上午好,很高兴参加这样一个专题研讨会。这是我第二次参加这样一个专题研讨会了,和上一届相比,我的感受还是有一些变化的,因为上午听了三位专家的讲话,其实有一些感触。第一个就是像我们这样做状态监测的公司应该说往这个方向发展的越来越多,这也和我们风机的智能化方向是一致的,所以这是一个很好的变化,我们也很高兴有越来越多的朋友加入到这个行业来。第二个就是刚才李总说了关于叶片维修的专题,感触也挺深的,因为李总最后一段话其实讲了还是有很多客户和业主包括我们叶片的厂家在考虑原来的这种手段,维修或者是预测的方式是不是更可靠。以我们这样的为代表的其实更多的是作为一种补充,也没有什么错误,就是各方看的角度不一样。

       我来自魏德米勒,魏德米勒这一家公司我简单介绍一下,它是1850年成立的一家德国的小小公司,它是一个家族企业,然后在1948年,也就是二战以后,它做了一个重建,一直发展到现在。它的主营业务主要是在工业领域里做电连接,随着现在这种技术的变化,我们越来越多的也向解决方案的方式靠拢。

       我们现在在风电这个领域里,其实我们提供了很多的产品,一方面是和我们各大主机厂的朋友其实已经有合作了。比如说排名前十的或者是全世界的范围领域里,我们在主机厂里都会提供各种各样的器件,比如说端子、电源等等这些东西。除此以外,还有很多风电的解决方案在提供。

       因为今天的研讨会我们主要谈的是叶片,所以我提的这几个方案都和我们的叶片有关系。一个最主要的,我今天的主要内容就是业务上角的风机叶片的状态监测系统,另外相关的还有叶片的雷击的监测系统和螺栓、螺母的状态监测,这些都是要把我们叶片的状态看起来。刚才李总讲了,叶片就像人一样也会生病,生病之前一定是希望这个病早发现、早治疗,不要把小病拖大病,那我们的整个治疗成本也会成倍的增加,最活可能会不可控,所以这个是我们监测系统的一个核心目的。

       这是一个监控系统的公司,是专门做监控方案的公司,它在德国的东部地区,风景还是很优美的,如果大家去德国考察或者旅游的话可以去看一看。右边两张图是它的一个工厂情况,很小,在我们中国看来,也就是一个乡镇企业的水平。

       回到这个话题,我们为什么要对这个叶片做这种状态的监测呢?其实我们刚才都提到了,一个是我们的主机基本上就是这么几大部分组成,塔筒、机舱、轮毂和叶片,叶片其实在整个风机的系统占比里是非常高的,它的后期维护成本其实也很高。但是其实我们回忆一下,叶片更多的大家对待它就是修,好像没有人从开始起步就去关注一下叶片从出生到它的寿命终结它的健康程度到底怎么样,更多的是用眼睛看一看,进去检查一下。这些如果你在陆地上,其实我相信都是可以做的,但是一旦到了海上,我们可以想象一下,这个几乎是不可能的,完成是一个黑盒子的状态。

       除了我们要看到它的状态以后,其实风机叶片造成的这种事故也是非常多的,这个就涉及到了一个安全问题,安全生产、安全运营,所以我们经常听到叶片的折断,这就是比较严重的事故,另外还有叶片的脱落,这些都是我们最不希望看到的一种状况。还有刚才我们也讲到的早发现、早治疗,它的费用一定是最低的。

       刚才讲的是风电运行整个运行期间会有一些各种各样的风险,我们在这里提了一个风险,比如说是叶片这一块儿。下面这张图是一个保险公司的索赔的占比图,我们看到关于雷击这一块儿的统计,雷击故障会造成40%以上的电力损失,以及20%的停机时间。其实叶片在整个风机故障里,它的损失发电量是最高的,然后它损失的金额和维护成本都是最高的。我们看这个雷击造成了7%到20%的叶片的孙深,它索赔的占比可以达到20%,索赔的金额会占到25%。所以其实机舱里的那些我们现在的电子器件其实他们的金额占比并不会那么高,因为可能就是个别部件坏掉了,我就把它换掉就好了,所以叶片的整个维修成本非常高。

       我们在和我们的客户交流的过程中,其实很多客户也表达了,这个事不会发生在我身上,就是我有五年的质保,对吧?我五年质保以后怎么样那就再说,经常有这样的想法,也是很正常的。但是实际上据我们的统计表明,每到七点五年,可能就会有这种你被牵着鼻子走的情况,就是不由的你去控制这支叶片将来会发生什么,你就只能不停的向里面投入。比如说你的定期巡检,后期你的巡检的次数越来越多,你的维修费用越来越高。其实我们尽可能是希望要更改这种情况。

       还有一种情况就是我们的精细化的生产。包括整个变桨系统,包括整个风机的偏航系统,它都会有微小的偏差,因为我们这个设备非常非常的大。那么如果能避免这些偏差或者是尽可能修正它的话,它的发电量很容易就可以做一些改善。因为我们现在的发电量,可能延长叶片或者是在叶片上做一些手段,或者是更改一下变桨的逻辑等等,这些我们都是要花钱去处理,这个如果我们如果更精细化的管理的话,发电量就会有明显的提高。

       我们经常看到有人问我说这个东西好装吗?非常好装,盒子非常小,整个从轮毂到机舱也不会扯线,它的通讯都是无线的,所以它基本上都是无损安装。这一套系统能做什么呢?一个是损伤,就是我们的叶片会有各式各样的损伤,这个我们后面会说到。第二个就是在这个损伤里,如果我们的损伤,我们判断这个损伤非常的严重,可能会对你的机组和设备安全造成风险的时候,我们会给出一个评级信号。这种信号不是随便给的,其实我们是有一个GL的认证,它是有一个标准的。不是所有的这样的系统都有这样的GL认证和功能。

       第二个就是覆冰的检测,这个我后面会有一个说明,他会检测到我们叶片上毫米级的冰,同样,他是含有自动重启功能的,就是说你覆冰严重的时候我们让它停下来,那么冰熔化掉,或者你除冰以后他会自动启动,基本上就是一个无人管理的状态,同样也是有GL认证的。

       第三个是改善运营,就是我们刚才讲的,如果你比较关注这种精细化的生产的话,他会明显提高你的生产效益。比如说可以检测到动态不平衡,载荷的过载等等。

       这是我们的两个认证证书,我们这一套产品的检测原理还是基于振动。其实我们现在也有这种光线和载荷方案,但是更多的是它的应用和方向还是有一些区别的,比如说我们对于载荷判断刚才讲了会用在独立电机上活动可能会更多,我们这一套系统更多是关注叶片本身的状态。所有的物体都有一个固有的频率,我们根据这个频率发生的变化,再结合当时的风速,包括角度、发电量等信息,我们给出一个数据模型。在这个数据模型内运行的都是OK的,超过模型的我们就会判断它是哪种类型的异常。

       我们有一个覆冰的一段小视频,大家可以看一下。

       因为在欧洲那边,他们冰雪区域还是比较多的,在国内冰雪区域可能不是特别多,可能云贵川或者是江西、湖南或者湖北部分地区会有冰的情况,其实反而北方的叶片反而很少结冰。这个结冰的监测,其实除了停机以外它更多的还是安全,因为如果这个上面覆了很多冰的话,它会甩出去,我们算一下根据它的速度可以甩出几百米的距离,速度可以达到250公里左右,这个东西如果砸到人或者东西的话就非常麻烦。其实这个视频其实更多讲的是它的一个安装的过程,其实都是非常的简单,我们新的机组或者是旧的风机都是可以做的。他有自己的一套监控逻辑,这一套系统我们都是按照国内的厂商要求做的,我们要求在哪里看到它都是可以做的,比如在家里或者是集团总部看到它,都没有问题。它说我们这一套系统之前是德国更多,因为我们知道国外的市场其实和国内的市场比起来还是小巫见大巫的,国内市场的容量还是非常非常大的,所以他们现在也是希望到中国能有更多的机会。

       覆冰这种情况,它的危害其实是显而易见的,就是叶片上边如果结冰以后,它的冰载不同,它的整个气温外形都会发生变化,这些都会影响我们的机组、还有安全和发电量,所以这个还是需要我们注意的。

       这个也是讲一下技术问题,就是我们靠什么来检测它上面是是有冰呢?我们看它可以做到什么样的程度,42米长的叶片,10吨,他可以检测44公斤的冰,它的检测原理是它的一个物体重量发生变化以后,就像人一样,我的体重增加了,我的行进的频率就会降低,对吧?它的振幅就会降低,所以它就是基于这种原理,就是物体重量发生变化以后,它的频率和振幅都会随着发生变化,所以这个也是比较简单的原理,但是测起来是没有那么简单了。在整个结冰的过程中,我们这个红色区域就是覆冰严重的区域,绿色区域是有冰但是没有问题。我讲的比较简单,因为时间优先。

       结冰这个问题,在国内其实我们了解到很多业主都是粗放性的管理,我眼睛一看,这一块儿结冰了,我避免风险我把这一片都停掉,这总没有问题,什么时候重启呢?那还是需要人去看,在这一片到底能不能重启。我知道有一些客户的风机就放在高速公路边,那这个就麻烦了,这个风险很大,它如果真的有冰,真的甩出去的话,这个后果我们是可以想像的。

       这个是同一个风场的五台风机结冰的时间不一样,所以这就是我们讲的精细化管理,因为第一台风机和最后一台风机结冰的时间差了五个小时,你是不是最后一台风机可以多发五个小时电呢?这个就是收益。我们也做过一些比较,就是传统的方式我们去停止这一台风机和通过这一类的系统去检测冰的程度的话,在一个冬季,它的同样的Vestas 的V80,同样的差了115个小时,也就是说每一个冬季他多发了115个小时的电,所以这个就是收益,我们可以很简单的把它折算成人民币。

       关于叶片损伤我们可以分成这几类,刚才我们看到了很多叶片损伤的例子,但是最集中的就是上面的裂纹,还有一些就是分层。另外一个就是外部可以看到的,就是雷击打掉了。关于内部的就非常困难了,对我们来说有机器人,也有超声波各种方式,这些如果定期巡检的话是可以的,但是你无法做到实时的监测,这种状态监测其实最大的优势还是在实时性上。比如说你腹板的分层或者是翼梁的分层和断裂,包括叶片轴承的损伤,有一些叶片的脱落都是和这个有关,有一些是轴承的质量问题,还有一些是叶片螺栓的问题,所以我们也有一些螺栓的检测手段,还有一些是元器件的不平衡。

       这个是叶片内部的褶皱,实际上就是褶皱泛白,有胶,这个就是时间长了以后,它的最终结果就是断开,所以这个是比较严重的一种故障。在下面的是我们的一个图谱,可以很明显的看到绿色的那只叶片三和另外两只叶片有明显的差异。

    这个是一个开裂,这个案例很有意思,是什么呢?就是他们刚刚做完叶片内部的检测,比如说我们肉眼观察、机器人巡视都没有问题,那我们要想象一下,我下次再做内部检测的时候可能要很长时间了,恰巧就在这一段时间里它发生了这种事故,还好检测到了,如果没有这个手段的话,那后果就不太好讲了。

       关于气动不平衡的这一块儿我们也会有一些数据,比如说45%的风机在GL允许的范围之外都有偏差,然后在这种不平衡之外还有30%是可以很容易改善的,所以这个是可以增加一些发电量的。

       这个是雷击,雷击造成的损伤在我们这一套系统里是立刻可以看到的。像这个案例,就是德国人它损伤了以后,但是我们的运营商也没有停机还是继续转,但是产生巨大的噪音,导致居民报警,然后后来才停机。

       下面我说一些小的案例。这个案例就是外观的一种损伤,我们在图谱上其实很容易可以看到它的一些绿色的曲线,明显和另外两个有偏差。其实我们刚才讲的这些内容,已经很明显了,是两个方向,如果是检测结冰的话他就检测自身的频率和幅度发生的变化,如果我们检测异常的话,我们检测的是什么呢?是三只叶片之间有什么样的变化和趋势,趋势很重要,对吧?

       这个是前缘的开裂导致的明显的异常,这个是海上的风机叶片,由于雷击造成的叶尖开裂,这种开裂其实也要看情况,就是它开裂的程度到底有多大,它会不会开裂的更严重。所以我们讲趋势很重要,我们把这个事情设定成几个阈值,一个阈值就是我们要关注它,如果我发现以后,我关注它有没有变的更差,有没有发展,就像体检一样,我发现一个小小的问题,第二年再体检有没有变化,第三年再看有没有变化,如果没有变化就说明这个问题并不大,你还可以正常工作和生活,如果你发现它的趋势变差了,那是不是就有必要去做治疗了?这个是一样的逻辑。

       这个是缺陷的变桨传感器,也可以很明显的看出来。刚才我在过道里问了一个小小的展台,跟一些同仁也有一些交流,我也说了你能不能发现,比如说裂痕,多大的裂痕算裂痕?多长才算严重呢?这是一个非常好的问题,我也问过我自己,就是我在刚刚接触这个东西的时候也是一样的。但是后来你会发现,裂痕你是可以发现的,它有没有长大才是我们真正应该去注意的,它有没有变化,会不会影响你的发电,会不会影响你的机组安全,我觉得这个才是更重要的。

       这个是变桨轴承的问题,变桨轴承的损伤不是一时半会一刻造成的,像这个曲线它前后耗时15个月,但是在它前期的损伤过程中,它并没有发展,没有发展我们就可以继续运行,因为发电更重要。但是到后来发展的比较严重的时候我们就不得不处理。这个是我们在国内的一个实际的案例,这个案例不是我们说我自己怎么样,我们这个客户也是非常的聪明,客户一方面是用了我们自己的报告,另外一方面它又找了第三方的检测公司来验证这个事情,所以其实结论还是对得上的,那就是右上角这样的一个小小的比较小的这种损伤,其实我们的系统里是明确的看得到,而且我们也给出了比较准确的一个报告。

       这个是广告时间,右下角这个是GE的107米长的叶片,我们知道它的有关一个12兆瓦,是2017年已经正式开始工作了,他的这一套样机上面装的够是我们的这个系统,所以说这也是我们很自豪的一个地方。

    我们的合作模式在国外可能跟我们国内还是有一些区别的,国外更多的是基于我们和主机厂之间的直接合作,在国内其实很多时候我们还是也是希望得到客户和主机厂双方的认可,所以我们的案例更多的比如说是西门子这样的客户,右下角是我们的一些厂商的案例,现在在全国应该是有3000多套的案例。这是我们的监测手段,它是基于外网的,所以说我们可以在,如果你愿意的话,你可以在睡觉之前上床之前打开手机看,都是可以的。

       这一套系统的应用其实我们看到的只是一个小小的领域,在叶片领域里,但是其实它的背后是工业分析的一个产物,什么叫工业分析呢?这不是我定义的名词,这是我们国家现在有一个标准委员会,专门在做这个事情,叫可预测性的维护。可预测性维护需要什么呢?异常状况的检测,我们可以回想一下刚才我讲过的内容,我们要先看到有异常,第二个我要定位这个异常,第三个是可预测性的维护。我们知道可预测性肯定是越早越好,然后可预测的质量管控,比如说你手里买到的一些叶片或者是一些产品的话,这家公司停产了,你没有备件,我们是不是需要提前准备一些备件?这个是质量管控这一块儿。它的一些优势,其实我们刚才也都说过了,它几乎是适合我们现在所有的市面上的风机。

       除了刚才那个系统以外,我们也有一些补充的系统,比如说我们对螺栓进行一些监测,右下角是这个系统的图,这个螺栓可能存在于我们的变桨轴承,也可能存在一些塔筒的关键部位,所以说它可以做这样的一些监测。还有一个就是螺母,螺母这个也是实际的案例,就是我们在轴承的螺母上会有断裂的情况或者是松动的情况,所以我们也有相应的方案去对应这些问题。

       雷击,刚才讲到了一个保险的问题,保险的问题其实雷击是很大一块,就是我们的雷打过来以后,如果我们的叶片坏了,到底是叶尖的问题还是什么问题,所以我们要看到这个雷的强度,这个雷发生的时间,它的波型,这些是我们希望监控到的,我们一样也有这个方案,这一套系统是一个非常小的无损安装。

       我今天分享的内容就到这里。感谢大家,如果大家有兴趣的话,一会儿外面也可以跟我再继续交流,谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核,如有不妥请联系修改)