魏德米勒电联接(上海)有限公司技术服务经理王琦峰:《魏德米勒叶片监控系统BLADEcontrol®》

2019-08-26 东方风力发电网 点击:397
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2019年8月21日上午,由东方风力发电网主办的2019中国风电叶片运维技术专题研讨会(CWPM2019)在无锡市锦江大酒店隆重开幕。会议期间,魏德米勒电联接(上海)有限公司技术服务经理王琦峰发表了题为《魏德米勒叶片监控系统BLADEcontrol®》的精彩演讲。

 

以下为演讲实录: 

尊敬的各位专家,各位前辈大家上午好,我是来自魏德米勒电联接有限公司的王琦峰,可能这个公司出现在这个场合有些人感觉有一点惊讶,魏德米勒除了器件类的产品以外还在各个工业领域里做了很多的解决方案,比如说现在我们自己定位解决方案的供应商。

今天参加这个会议的主要目的也是因为我们在风电的领域里有很多的解决方案,这些方案是专门针对风机叶片,我们叫叶片的监控系统,它有一个独立的商标,商标名字叫BLADEcontrol®,这是一个德国的品牌。这个公司是1850年成立的,1948年进行了一个重建,战后重建就是在小的平房里,第一家用塑料材质做结缘的厂家,所以这是一个里程碑式的节点。魏德米勒来到中国是1994年到今年正好是25周年,所以我们有本土化的工厂,我们有本土的研发团队,我们有本土的服务能力。

今天讲的议题是和叶片有关,为什么要把风机的叶片看起来呢?右侧有一个小小的视频,这个视频在今年5月份的时候拍摄,后来辟谣说不是国内的风机,就是在运行的时候是有一个非常严重的失控状态。

叶片在风机的几大系统里是最先也是承压最严重的部件,它是一个旋转部件,也是在外部最受风力的部件,所以它的动态整合也非常大。第二个就是我们的叶片它的维修还有它的更换成本都是奇高无比,所以我觉得在座的各位专家比我更深有体会。还有在极端损坏的情况下比如说右侧的小视频是比较差的情况下,我们第一是要停下来,我们首先要发现它有这么一个严重的问题,第二要及时地停下来才能避免更严重的伤害。另外一个就是刚才说如果能够提前发现,提早发现的话我们维修起来成本也低一些,不要等到它转到损伤比较严重了,我们修得越早成本越低,就像汽车也是这样。

再一个是目前来讲,我们很多大部件都是有一些,但是我们仔细想一下其实在叶片里装了和叶片有关的(监控设备)几乎是微乎其微,我们在叶片监视的过程中,第一目前现在大部分都是靠人力,这些手段有一些小小的限制就是你没法做到实时的监测,比如故障发生的时候你很可能没有看到,但是你能看到的基本是在外部,叶片内部更难看到,所以这是很严重的问题,我们希望把监测系统装在叶片上很好地监测起来,对于海上风机更不可能的,你不可能实时出海看这个东西。

三个最主要的功能一个是损伤检测,叶片的损伤包括内部和外部。第二个是覆冰,在有些地区有一些严寒或者是湿冷,尤其是欧洲北部也还都有结冰的情况,我们通过GL认证,最早也是在2008年是由于覆冰来做这个GL认证。第三个就是做一些改善运营,其实就是为了给大家做一些效应,这是我们的主要目的,比如我们可以预防它的过载情况,后面可以看怎么来做这些的。这个是两个GL认证的证书,一个是2008年和覆冰相关的,下面是认证的标准是什么,就是关于风机的一个认证,这个认证其实在风电领域里是非常权威的认证。

关于叶片的故障,把叶片的故障分成这么几类:一个是气动表面外壳的损伤比如说有开裂,有脱落,包括叶尖的损伤。第二个就是结构件的损伤,那对于叶片来讲是比较严重的损伤,对于叶片来讲可能会影响到叶片的安全还有本身风机的安全,这个是叶片的内部。第三个就是松动的部件我们会有检修时的工具,包括轮毂还有叶片外部,李总讲叶片的前缘,我们后面还有一个案例就是和前缘脱落有关,就是它的脱落过程我们也是可以看到。第四个就是整个叶片的气动不平衡的状态我们可以检测出来,气动不平衡有几种可能,比如说平衡问题,比如说传感器问题。

这张图是我们系统的构成,左边是硬件,右侧是安装和结构,比如说我们有三组传感器是装在叶片的三分之一的位置,还有一组传感器是装在轮毂里的,所以我们刚才讲轮毂里的一些部件包括我们和传动轴相关的状况我们也是可以检测出来的。然后轮毂里我们会有一个测量单元,在机舱里有一个接收装置,所以我们的测量单位就是轮毂里的数据和机舱里的数据它们之间是没有线通过的,所以大家放心,不用单独考虑穿线的问题。然后从机舱里的位置还有一个叫数据监督服务器,相当于一个工业计算机,然后这个服务机会从我们的风机主控还有现场的叫数据输出的界面去相连。这一套叶片监测系统是在我们公司的大框架之下,我们的分析不仅限于风电,各行各业都是可以用的,机械分析它的基础原理第一数据收集,在这里可以看到传感器就是数据收集,第二个会有一个数据的处理,把你的信号处理成你可以用的数据,第三个就是数据建模,我们要就一个数据的模型,这个数据的模型只针对于你这台设备或者是这台风机来做,然后把你的数据模型固化了以后,就可以拿你的数据模型去运行,这个系统是按照这样的套路。

第一个我们说一下覆冰的情况。因为冰的检测其实在欧洲是非常普遍的情况,所以它这一套系统可以检测到毫米级的冰,也就是公斤级基本上都可以做到。

 (视频)这里没有字幕,我解释一下。传统的风机比如说有特殊传感器或者是温度或者是气象,但是没有那么地准确和精确,然后可以通过系统测量冰的状况,后面讲一下基本原理。他说为什么要检测这个东西,一个是这个冰如果是比较严重的时候它会甩出,速度可以达到250公里左右,一甩能甩出400公里,有可能伤到人,伤到设备或者是伤到风机自己,这都是有可能的。他说可以达到毫米级的精度,可以比我们的标准还要高,可以确定它的周边都是安全的,就是在冰比较严重的时候我们能够及时把它停下来,在冰融化的时候我们也可以让它自动地去重新启动。安装的过程非常简单,实际上对于风机来讲是完全无损的,不需要人去参与现场看这个情况了。他又讲到数据安全的问题,这个数据安全在中国我们也是考虑了非常多的方案,确保我们的客户或者是业主的数据安全性。在座有一些朋友其实已经做过这样的测试和安装了,还是有很好的效果。

 叶片积冰对风机会有很多的影响,比如说会造成风载不大,降低风机的零部件寿命。第二冰的厚度不一样也会造成气动外形会改变,第三个测风 仪如果结冰了可能测的东西可能就不准了,第四个抛出的冰会有危险。上面那张图是我们结冰的一个曲线,这个机组其实就非常非常严重,所以上面看到红色的部分非常大,实际正常来讲这条曲线到红色的部分就已经建议他要停机了,但是这个机组没有停,正式在运行,问题非常严重。后面会讲讲原理,如果大家感兴趣我们会后可以说得更多一些。

 我们知道所有的物体它的固有频率都是一定的,比如我自己,比如这张桌子它只要有一个重量,只要它不动固有频率就是死的,那么结冰是什么呢?就是上面增加了重量,简单来说结冰了以后这个东西会变重,变重以后物体的固有频率会变低,就很难摇,再有一个就是它的振幅也会降低,所以这就是检测结冰的最基本的原理。在这里能看到上面有一个未结冰的线,横轴是频率,纵轴是时间,还有一个幅值,在7赫兹左右频率的时候它的幅值,在未结冰的那个位置稍微高一些,随着冰越来越厚,它的振幅的幅值和振幅的频率都会变低,这个时候你可以看到它结冰了,结冰结得有多厚这个就是它的核心的技术,他要分析这个冰到底有多少?这里很简单,就是风机在不同的运行状态下结冰的速度是不一样的,比如说旋转物体在随着温度的还有发电情况的时候,结冰速度是不一样的,其实原理很简单,就跳过了。这个图是讲我们使用这个系统可以得到什么样的收益,一般来讲比如在一个山区或者是在某一个比较大的空间内,我们有很多的风机,这些风机距离非常远,有山顶还有山腰,他们的结冰速度和时间是不一样的,第一个比如说结冰的时间是在凌晨一点半结冰,很严重,如果我们发现了,传统的方式发现几台机组都结冰了,太严重了,我们要把这一个风场都停掉,所以它会停很多组,但是这台风机一点半才停,到后面一台实际上是六点半才停,也就是最后一台比第一台风机慢五个小时,那这五个小时就是可以多发电,在不限电的情况下你可以多发电。

 我们也有实际的案例去测算这个值,比如说传统的检测结冰的方式,我们在风机差不多要停168个小时的电,靠这套系统可以自动启,自动停,停机的时间是53个小时,就多了100多个小时的发电量,这200兆瓦的风机在冬天差不多多发人民币十一万五千块钱。

 这个是和损伤有关的。这个是内部翼梁损伤,有一支叶片和另外两支是完全的趋势背离的状态。这个是松动和开裂,这种损伤是非常严重,如果你没有及时发现的话,这会造成叶片直接坏掉。从我们检测到一直到损伤非常严重只用掉几个星期的时间,也就是一个月之内会从开裂就到了很可能是不可治的情况,如果这个过程一个月内正好没有做巡检的话,你没有发现,而且这些叶片内部你很难去看到。在这个地方我们可以明确地告诉运营或者是业主或者是主机厂的业务你这个叶片要赶紧去检查。会分成两个等级,第一个是轻伤,轻伤可以不下线,但是轻伤慢慢演变成重伤必须要下火线。

 这是雷击造成的损失。红色的叶片它在雷击发生了以后其实就检测到了,但是种种原因,我们没有听机,但是风速比较高的情况下半个小时以后它就彻底失效的,实际上就是脱落了,这也是比较安全的案例。这个案例也是雷击,这个雷击造成了叶尖差不多三米的距离被打掉。我们对于雷击的检测是比较特殊,雷击不管大小,只要发生雷击,我们都可以报出 警告,这个是实时发生的。发生雷击以后噪音非常大,来了以后才停机,所以中间有三个小时的时间还是继续运行的。这个案例来讲没有问题,但是对于前一个案例如果没有停机就坏了。

 这个是和气动不平衡有关的案例。在这个案例可以看到二号叶片也就是蓝色的叶片在刚启动的时候和另外两支是一致的,但是随着时间的发展,越运行它的振幅和另外两个差异非常大,所以这实际上就是它变桨了,或者是角度不平衡,有问题的,当然具体是变桨问题还是其他的问题需要二次检查。

 这个也是变桨故障的案例。这个有个时间轴2016年7月2日到13日,从时好时坏到最后完全坏了,整个故障发生的过程里,实际上我们是提供过几次信号,比如说第一次会告诉你它受伤了,我们要不要去医院看一看,那可能它没有看,就继续用,后来伤得越来越严重,不可救药了,这个时候必须要停下来,后面2月23号以后直线的一段实际上就是修的过程,最后那一段实际上是修好了,再次运行的时候基本上就恢复正常了。

 这个是和防腐层脱落有关的案例。就和胶带一样慢慢脱胶了,差不多用了三个小时的时间脱落掉了。

 这个案例是传动链其他的案例,比如说齿轮箱它的小故障的问题,在我们的经验值或者是数据模型里,我们的三个叶片它的运行状态应该是下面这张图,但是实际运行状态是上面那个比正常状态要高十倍,但是我们的比对逻辑里哪支坏,哪支没坏应该是有逻辑的,上面这个是三支差不多没问题,但是和我们的数据模型偏差特别大,这个就是传动链的问题,主要是齿轮箱的一个阻力控制参数它有问题,实际上就是发生了一种共振。

 这个案例也差不了太多,实际上也是变桨轴承的问题,这个时间跨度更长,快15个月,第一次检测到变桨轴有异常,但是这里看到幅值没有特别大,没有要求你必须停机检查,但是我们会明确给出一个损伤信号,还是那句话,伤了你要不要救?不要救还要发电那就继续转,转了差不多15个月的时间不行了,这个时候让你必须要治,不治的话会出大问题,所以我们这里有一个非常明确的阈值。后来有一个修复的过程,修复完了以后是这样了。这个曲线图非常长,所以15个月放大了以后就这样。

 有很多修复的成功案例,这主要不管是主机厂还有业主朋友都有一个需求,就是装了这个系统,我到底能有什么样的收益,我有什么好处我才去用,我们会有很多的案例来支撑这个数据,就是我们装了这套系统,实际上它的总体收益是大于你的投入的。节约的金额都是欧元计,对于国内来讲应该是不太适用,国内应该比这个便宜得多。这套系统差不多2018年正式来到中国做推广,应该之前几乎所有的项目大部分都在欧洲本土,差不多有9千多套的机器的监控经验,超过25个国家进行过安装,主流OEM厂家和运营商的选择包括表配、选配基于项目合作。也经过了LG认证。我们也有自己的协议,因为这些东西对于我们的主机厂或者是业主来讲可能有一些问题,但是有些数据是可以秀出来的,单机容量现在可以装到12MW,叶片长度最多可以超过100米,这是我们实际装过的机器。这是可视化界面看到你所有的风厂,因为你有很多个风场,有多个风机,我们可以看到多个风机上面的状态。

 对于国内客户的需求,我们其实做过深入的分析和研究,我们也是要求做本土化的适应和本土化的服务。客户的要求你们是在线我们就在线,要求离线我们就离线,我们的方案都有。比如说增值的服务比如说月报也好或者是分析报告也好,这在欧洲都是有的,在我们国内也是有的。

 这套系统有一些核心的竞争力,竞争力在什么地方?一个是这套系统完全是我们自己去做的,包括硬件和软件,完全自己来做,我也去和他们做过一些学习,比如说传感器的选择,比如说无线信号的选择,这些都是有严格规范的,高频段、中频段、低频段的状态到底怎么样是有严格的要求和规范的。第二个就是我们经过验证,可以自豪地说这是世界上第一个做风机的,还是世界上最大的一家做这种风机的,所以大家用起来可以完全地放心。2019年9月10日也就是下个月在德国有一个展会,就是德国的风能展,两年一届,汉堡也是两年一届,他们好像是一年一次,我们也会展出很多的内容,包括我们新的叶片监控系统还有我们的螺栓的监控,还有螺母的监控还有一些LED灯等等和电相关的。在座的肯定有人会去参加,我也希望大家有机会去我们展台看一看,他们有两场主题的演讲,一个是在9月10日12点,一个是11日的一点半。我们是在5号展馆32号展位。这个主要是介绍我们的系统其实都是工业分析范畴里的一部分,我们的目的第一是要检测异常 ,第二我们要定位异常在哪儿,第三我们希望做到可预测性的维护,做到这三点你的分析就非常有意义,这实际上对我们整个的运营还有生产都是有非常大的帮助。

 我的演讲就到这里,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)


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