魏德米勒電聯接（上海）有限公司技術服務經理王琦峰：《魏德米勒葉片監控系統BLADEcontrol?》

 

　　以下為演講實錄：

 

　　尊敬的各位專家，各位前輩大家上午好，我是來自魏德米勒電聯接有限公司的王琦峰，可能這個公司出現在這個場合有些人感覺有一點驚訝，魏德米勒除了器件類的產品以外還在各個工業領域里做了很多的解決方案，比如說現在我們自己定位解決方案的供應商。

 

　　今天參加這個會議的主要目的也是因為我們在風電的領域里有很多的解決方案，這些方案是專門針對風機葉片，我們叫葉片的監控系統，它有一個獨立的商標，商標名字叫BLADEcontrol®，這是一個德國的品牌。這個公司是1850年成立的，1948年進行了一個重建，戰后重建就是在小的平房里，第一家用塑料材質做結緣的廠家，所以這是一個里程碑式的節點。魏德米勒來到中國是1994年到今年正好是25周年，所以我們有本土化的工廠，我們有本土的研發團隊，我們有本土的服務能力。

 

　　今天講的議題是和葉片有關，為什么要把風機的葉片看起來呢？右側有一個小小的視頻，這個視頻在今年5月份的時候拍攝，后來辟謠說不是國內的風機，就是在運行的時候是有一個非常嚴重的失控狀態。

 

　　葉片在風機的幾大系統里是最先也是承壓最嚴重的部件，它是一個旋轉部件，也是在外部最受風力的部件，所以它的動態整合也非常大。第二個就是我們的葉片它的維修還有它的更換成本都是奇高無比，所以我覺得在座的各位專家比我更深有體會。還有在極端損壞的情況下比如說右側的小視頻是比較差的情況下，我們第一是要停下來，我們首先要發現它有這么一個嚴重的問題，第二要及時地停下來才能避免更嚴重的傷害。另外一個就是剛才說如果能夠提前發現，提早發現的話我們維修起來成本也低一些，不要等到它轉到損傷比較嚴重了，我們修得越早成本越低，就像汽車也是這樣。

 

　　再一個是目前來講，我們很多大部件都是有一些，但是我們仔細想一下其實在葉片里裝了和葉片有關的（監控設備）幾乎是微乎其微，我們在葉片監視的過程中，第一目前現在大部分都是靠人力，這些手段有一些小小的限制就是你沒法做到實時的監測，比如故障發生的時候你很可能沒有看到，但是你能看到的基本是在外部，葉片內部更難看到，所以這是很嚴重的問題，我們希望把監測系統裝在葉片上很好地監測起來，對于海上風機更不可能的，你不可能實時出海看這個東西。

 

　　三個最主要的功能一個是損傷檢測，葉片的損傷包括內部和外部。第二個是覆冰，在有些地區有一些嚴寒或者是濕冷，尤其是歐洲北部也還都有結冰的情況，我們通過GL認證，最早也是在2008年是由于覆冰來做這個GL認證。第三個就是做一些改善運營，其實就是為了給大家做一些效應，這是我們的主要目的，比如我們可以預防它的過載情況，后面可以看怎么來做這些的。這個是兩個GL認證的證書，一個是2008年和覆冰相關的，下面是認證的標準是什么，就是關于風機的一個認證，這個認證其實在風電領域里是非常權威的認證。

 

　　關于葉片的故障，把葉片的故障分成這么幾類：一個是氣動表面外殼的損傷比如說有開裂，有脫落，包括葉尖的損傷。第二個就是結構件的損傷，那對于葉片來講是比較嚴重的損傷，對于葉片來講可能會影響到葉片的安全還有本身風機的安全，這個是葉片的內部。第三個就是松動的部件我們會有檢修時的工具，包括輪轂還有葉片外部，李總講葉片的前緣，我們后面還有一個案例就是和前緣脫落有關，就是它的脫落過程我們也是可以看到。第四個就是整個葉片的氣動不平衡的狀態我們可以檢測出來，氣動不平衡有幾種可能，比如說平衡問題，比如說傳感器問題。

 

　　這張圖是我們系統的構成，左邊是硬件，右側是安裝和結構，比如說我們有三組傳感器是裝在葉片的三分之一的位置，還有一組傳感器是裝在輪轂里的，所以我們剛才講輪轂里的一些部件包括我們和傳動軸相關的狀況我們也是可以檢測出來的。然后輪轂里我們會有一個測量單元，在機艙里有一個接收裝置，所以我們的測量單位就是輪轂里的數據和機艙里的數據它們之間是沒有線通過的，所以大家放心，不用單獨考慮穿線的問題。然后從機艙里的位置還有一個叫數據監督服務器，相當于一個工業計算機，然后這個服務機會從我們的風機主控還有現場的叫數據輸出的界面去相連。這一套葉片監測系統是在我們公司的大框架之下，我們的分析不僅限于風電，各行各業都是可以用的，機械分析它的基礎原理第一數據收集，在這里可以看到傳感器就是數據收集，第二個會有一個數據的處理，把你的信號處理成你可以用的數據，第三個就是數據建模，我們要就一個數據的模型，這個數據的模型只針對于你這臺設備或者是這臺風機來做，然后把你的數據模型固化了以后，就可以拿你的數據模型去運行，這個系統是按照這樣的套路。

 

　　第一個我們說一下覆冰的情況。因為冰的檢測其實在歐洲是非常普遍的情況，所以它這一套系統可以檢測到毫米級的冰，也就是公斤級基本上都可以做到。

 

　　（視頻）這里沒有字幕，我解釋一下。傳統的風機比如說有特殊傳感器或者是溫度或者是氣象，但是沒有那么地準確和精確，然后可以通過系統測量冰的狀況，后面講一下基本原理。他說為什么要檢測這個東西，一個是這個冰如果是比較嚴重的時候它會甩出，速度可以達到250公里左右，一甩能甩出400公里，有可能傷到人，傷到設備或者是傷到風機自己，這都是有可能的。他說可以達到毫米級的精度，可以比我們的標準還要高，可以確定它的周邊都是安全的，就是在冰比較嚴重的時候我們能夠及時把它停下來，在冰融化的時候我們也可以讓它自動地去重新啟動。安裝的過程非常簡單，實際上對于風機來講是完全無損的，不需要人去參與現場看這個情況了。他又講到數據安全的問題，這個數據安全在中國我們也是考慮了非常多的方案，確保我們的客戶或者是業主的數據安全性。在座有一些朋友其實已經做過這樣的測試和安裝了，還是有很好的效果。

 

　　葉片積冰對風機會有很多的影響，比如說會造成風載不大，降低風機的零部件壽命。第二冰的厚度不一樣也會造成氣動外形會改變，第三個測風 儀如果結冰了可能測的東西可能就不準了，第四個拋出的冰會有危險。上面那張圖是我們結冰的一個曲線，這個機組其實就非常非常嚴重，所以上面看到紅色的部分非常大，實際正常來講這條曲線到紅色的部分就已經建議他要停機了，但是這個機組沒有停，正式在運行，問題非常嚴重。后面會講講原理，如果大家感興趣我們會后可以說得更多一些。

 

　　我們知道所有的物體它的固有頻率都是一定的，比如我自己，比如這張桌子它只要有一個重量，只要它不動固有頻率就是死的，那么結冰是什么呢？就是上面增加了重量，簡單來說結冰了以后這個東西會變重，變重以后物體的固有頻率會變低，就很難搖，再有一個就是它的振幅也會降低，所以這就是檢測結冰的最基本的原理。在這里能看到上面有一個未結冰的線，橫軸是頻率，縱軸是時間，還有一個幅值，在7赫茲左右頻率的時候它的幅值，在未結冰的那個位置稍微高一些，隨著冰越來越厚，它的振幅的幅值和振幅的頻率都會變低，這個時候你可以看到它結冰了，結冰結得有多厚這個就是它的核心的技術，他要分析這個冰到底有多少？這里很簡單，就是風機在不同的運行狀態下結冰的速度是不一樣的，比如說旋轉物體在隨著溫度的還有發電情況的時候，結冰速度是不一樣的，其實原理很簡單，就跳過了。這個圖是講我們使用這個系統可以得到什么樣的收益，一般來講比如在一個山區或者是在某一個比較大的空間內，我們有很多的風機，這些風機距離非常遠，有山頂還有山腰，他們的結冰速度和時間是不一樣的，第一個比如說結冰的時間是在凌晨一點半結冰，很嚴重，如果我們發現了，傳統的方式發現幾臺機組都結冰了，太嚴重了，我們要把這一個風場都停掉，所以它會停很多組，但是這臺風機一點半才停，到后面一臺實際上是六點半才停，也就是最后一臺比第一臺風機慢五個小時，那這五個小時就是可以多發電，在不限電的情況下你可以多發電。

 

　　我們也有實際的案例去測算這個值，比如說傳統的檢測結冰的方式，我們在風機差不多要停168個小時的電，靠這套系統可以自動啟，自動停，停機的時間是53個小時，就多了100多個小時的發電量，這200兆瓦的風機在冬天差不多多發人民幣十一萬五千塊錢。

 

　　這個是和損傷有關的。這個是內部翼梁損傷，有一支葉片和另外兩支是完全的趨勢背離的狀態。這個是松動和開裂，這種損傷是非常嚴重，如果你沒有及時發現的話，這會造成葉片直接壞掉。從我們檢測到一直到損傷非常嚴重只用掉幾個星期的時間，也就是一個月之內會從開裂就到了很可能是不可治的情況，如果這個過程一個月內正好沒有做巡檢的話，你沒有發現，而且這些葉片內部你很難去看到。在這個地方我們可以明確地告訴運營或者是業主或者是主機廠的業務你這個葉片要趕緊去檢查。會分成兩個等級，第一個是輕傷，輕傷可以不下線，但是輕傷慢慢演變成重傷必須要下火線。

 

　　這是雷擊造成的損失。紅色的葉片它在雷擊發生了以后其實就檢測到了，但是種種原因，我們沒有聽機，但是風速比較高的情況下半個小時以后它就徹底失效的，實際上就是脫落了，這也是比較安全的案例。這個案例也是雷擊，這個雷擊造成了葉尖差不多三米的距離被打掉。我們對于雷擊的檢測是比較特殊，雷擊不管大小，只要發生雷擊，我們都可以報出 警告，這個是實時發生的。發生雷擊以后噪音非常大，來了以后才停機，所以中間有三個小時的時間還是繼續運行的。這個案例來講沒有問題，但是對于前一個案例如果沒有停機就壞了。

 

　　這個是和氣動不平衡有關的案例。在這個案例可以看到二號葉片也就是藍色的葉片在剛啟動的時候和另外兩支是一致的，但是隨著時間的發展，越運行它的振幅和另外兩個差異非常大，所以這實際上就是它變槳了，或者是角度不平衡，有問題的，當然具體是變槳問題還是其他的問題需要二次檢查。

 

　　這個也是變槳故障的案例。這個有個時間軸2016年7月2日到13日，從時好時壞到最后完全壞了，整個故障發生的過程里，實際上我們是提供過幾次信號，比如說第一次會告訴你它受傷了，我們要不要去醫院看一看，那可能它沒有看，就繼續用，后來傷得越來越嚴重，不可救藥了，這個時候必須要停下來，后面2月23號以后直線的一段實際上就是修的過程，最后那一段實際上是修好了，再次運行的時候基本上就恢復正常了。

 

　　這個是和防腐層脫落有關的案例。就和膠帶一樣慢慢脫膠了，差不多用了三個小時的時間脫落掉了。

 

　　這個案例是傳動鏈其他的案例，比如說齒輪箱它的小故障的問題，在我們的經驗值或者是數據模型里，我們的三個葉片它的運行狀態應該是下面這張圖，但是實際運行狀態是上面那個比正常狀態要高十倍，但是我們的比對邏輯里哪支壞，哪支沒壞應該是有邏輯的，上面這個是三支差不多沒問題，但是和我們的數據模型偏差特別大，這個就是傳動鏈的問題，主要是齒輪箱的一個阻力控制參數它有問題，實際上就是發生了一種共振。

 

　　這個案例也差不了太多，實際上也是變槳軸承的問題，這個時間跨度更長，快15個月，第一次檢測到變槳軸有異常，但是這里看到幅值沒有特別大，沒有要求你必須停機檢查，但是我們會明確給出一個損傷信號，還是那句話，傷了你要不要救？不要救還要發電那就繼續轉，轉了差不多15個月的時間不行了，這個時候讓你必須要治，不治的話會出大問題，所以我們這里有一個非常明確的閾值。后來有一個修復的過程，修復完了以后是這樣了。這個曲線圖非常長，所以15個月放大了以后就這樣。

 

　　有很多修復的成功案例，這主要不管是主機廠還有業主朋友都有一個需求，就是裝了這個系統，我到底能有什么樣的收益，我有什么好處我才去用，我們會有很多的案例來支撐這個數據，就是我們裝了這套系統，實際上它的總體收益是大于你的投入的。節約的金額都是歐元計，對于國內來講應該是不太適用，國內應該比這個便宜得多。這套系統差不多2018年正式來到中國做推廣，應該之前幾乎所有的項目大部分都在歐洲本土，差不多有9千多套的機器的監控經驗，超過25個國家進行過安裝，主流OEM廠家和運營商的選擇包括表配、選配基于項目合作。也經過了LG認證。我們也有自己的協議，因為這些東西對于我們的主機廠或者是業主來講可能有一些問題，但是有些數據是可以秀出來的，單機容量現在可以裝到12MW，葉片長度最多可以超過100米，這是我們實際裝過的機器。這是可視化界面看到你所有的風廠，因為你有很多個風場，有多個風機，我們可以看到多個風機上面的狀態。

 

　　對于國內客戶的需求，我們其實做過深入的分析和研究，我們也是要求做本土化的適應和本土化的服務。客戶的要求你們是在線我們就在線，要求離線我們就離線，我們的方案都有。比如說增值的服務比如說月報也好或者是分析報告也好，這在歐洲都是有的，在我們國內也是有的。

 

　　這套系統有一些核心的競爭力，競爭力在什么地方？一個是這套系統完全是我們自己去做的，包括硬件和軟件，完全自己來做，我也去和他們做過一些學習，比如說傳感器的選擇，比如說無線信號的選擇，這些都是有嚴格規范的，高頻段、中頻段、低頻段的狀態到底怎么樣是有嚴格的要求和規范的。第二個就是我們經過驗證，可以自豪地說這是世界上第一個做風機的，還是世界上最大的一家做這種風機的，所以大家用起來可以完全地放心。2019年9月10日也就是下個月在德國有一個展會，就是德國的風能展，兩年一屆，漢堡也是兩年一屆，他們好像是一年一次，我們也會展出很多的內容，包括我們新的葉片監控系統還有我們的螺栓的監控，還有螺母的監控還有一些LED燈等等和電相關的。在座的肯定有人會去參加，我也希望大家有機會去我們展臺看一看，他們有兩場主題的演講，一個是在9月10日12點，一個是11日的一點半。我們是在5號展館32號展位。這個主要是介紹我們的系統其實都是工業分析范疇里的一部分，我們的目的第一是要檢測異常 ，第二我們要定位異常在哪兒，第三我們希望做到可預測性的維護，做到這三點你的分析就非常有意義，這實際上對我們整個的運營還有生產都是有非常大的幫助。

 

　　我的演講就到這里，謝謝大家。

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核，如有不妥請聯系修改）