风电机组捕获风能的关键部件是叶片,其运行环境最为恶劣,故障失效概率也较高其主要失效模式包括叶片结冰、边缘开裂、老化、断裂、卡死和电机故障等。
(1)结冰
我国风电装机范围广,主要分布于三北等高纬度、高海拔严寒地区以及南方高湿度冻雨等地区,机组运行面临霜雪、冻雨等考验,极易发生风电机组叶片结冰现象(图2-8),致使风电机组面临风能捕捉效率降低、叶片容易断裂、冰凌掉落影响人身安全等问题。
(2)开裂、断裂
叶片暴露在室外,工作环境恶劣,如果原材料或生产工艺存在偏差,经过长时间的运行,表面可能会发生一定龟裂,这些裂纹开始较小,不易发现,但随时间增加,裂纹逐步变大,会影响叶轮受力情况,造成传动链受力不均,引发齿轮箱齿轮故障。此外,随着疲劳度增加,叶片老化也会导致叶片开裂和重量变轻。
叶片一般采用玻璃纤维材料制成,运行过程中纤维层之间可能存在水分,当遭受雷击时,防雷通道瞬时通过大电流,产生的热量会使水分瞬间蒸发成水蒸汽,会对内部纤维层造成损坏,而叶片表面却看不出来,此时叶片再经历大风、阵风工况时,冲击应力的作用可能会进一步损坏叶片内部结构,甚至发生断裂事故,如图2-9所示。
(3)腐蚀、雷击
叶片一定程度上暴露在腐蚀性环境条件下。雨滴、冰雹、盐雾、沙石以及野外高空生物等是叶片前缘腐蚀的主导因素。叶片前缘腐蚀会导致翼型变化。由于翼型发生形变,叶片捕获的能量便会随之减少。