风力发电机组基础锚栓在线监测系统创新与应用

风力发电机组基础锚栓在线监测系统创新与应用

张锋 杨猛

  中广核新能源江苏分公司  江苏省南京市， 210009

引言：随着新能源风电行业的不断发展，风电机组的轮毂高度一次又一次的刷新着国内最高记录，然而风电机组基础对结构耐久性、施工工艺及周期、安全可靠性提出了更高的要求。风电机组与基础采用法兰连接的方式已逐渐被风电行业所摒弃，锚栓基础成为投资者的第一选择，这也要求锚栓笼的设计、制造、施工、运行维护更合理、可靠。目前，锚栓运行中的在线监测是风电行业中的一个盲区。如何采取有效的技术手段监测锚栓运行状况，及时监测异常情况，有效避免风电机组倒塔等重大事故的发生，是我们所面临急需解决的重要课题。鉴于以上问题，风电机组基础锚栓在线监测系统应运而生。

一、锚栓基本情况及背景介绍：

锚栓是风电机组塔筒和基础的连接，由上锚板、下锚板以及中间的竖直锚栓构成，且锚栓在进行混凝土浇筑时通过PVC护管与混凝土隔离，这样锚栓受到拉力时，整个锚栓就是一个弹性体，没有弹性部分和刚性部分的界面，从而避免了混凝土因应力集中而破坏。

锚栓的设计、加工制造、安装、运行维护、防腐是一个复杂、漫长的过程，只要其中的一个环节出现纰漏，都有可能造成不可复原的硬伤。根据锚栓的运行状况，主要易发生以下问题：

1. 锚栓生产过程管控不严，造成质量缺陷。包

括锚栓杆体材质存在杂质；氢脆、裂纹、内部缺陷等问题导致断裂;杆体防腐涂层不满足使用要求导致锈蚀；外露部分无有效防腐导致锈蚀。

因此，基础选用的锚栓组件应严格依据GB/T3098.1(紧固件机械性能)、厂家企业标准等相关文件执行，出厂检验根据情况采用拉伸保载、UT探伤等手段进行抽检和逐根检测，且应具备单根可追溯性。生产线过程建议自动化控制，全过程加热和冷却均由电脑监测，减少人为影响。

2. 设计问题。存在的问题有张拉力取值过高；

配套连接法兰尺寸和形式等。

设计过程中，合理张拉力的选择、基础设计的安全裕度、不同地质情况设计差异化、锚栓防腐定制方案、考虑锚栓预应力松弛、锚栓损坏可更换结构均应着重考虑。

3. 安装问题。存在安装精度不足，锚栓张

拉复杂受力;张拉程序不符合规范，张拉精度偏差;无定期巡检，锈蚀、锚栓张拉力损失等问题。

施工过程中，现场安装、张拉，严格保证锚杆垂直度、锚板水平度和同心度、张拉应力和张拉过程等。定检张拉力，定检外露防腐，采用在线监测设备检测锚栓运行状态。

④ 运行维护方面。运行过程中发生个别锚栓断裂后未及时巡检到位，造成周边锚栓承载力过大或多根锚栓断裂。这种情况将会产生不可恢复性硬伤，后果较为严重。每年要定期对锚栓进行防锈处理，降低腐蚀对锚栓的影响。

加强风电机组运行过程中的巡视检查。要通过定期的目视检查、敲击检查、UT探伤等手段，加强锚栓检查。

锚栓一旦出现问题，将存在重大风险，锚栓受力不均，不能起到塔筒与基础连接作用将会发生风电机组倒塔事故。

2. 锚栓在线监测系统

锚栓在线监测系统是一套低成本的集微动开关、压力传感器、计算机通信、监测技术与状态分析评估于一体的监测系统，主要分为锚栓异常状况监测和锚栓运行载荷实时监测两部分。此监测系统造价低、易实施、经济性好、周期短，大大降低运维人员定期检查的工作量。

微动开关使用滑轮式，型号CHNT YBLXW-6/11CL IP52，Ui：415V，Ith:10A，每个基础螺栓顶部行程开关常闭节点进行串联，安装时，固定处设置螺丝孔，需紧固至安装固定条上，避免下滑。

图1 逻辑框架图

微动开关常闭触头串联接到风电机组通讯装置，微动开关和基础锚栓做好防护，表面做除锈处理。当锚栓因松动、内部金属裂纹大、断裂等原因发生位移变化，微动开关动作，信号通过集采器和通讯装置传输至主控室在线监控装置主机，实现锚栓实时监控。

图2 微动开关安装图

锚栓运行载荷实时监测系统主要通过由8只JYBY-60 型压力传感器、40 通道数据采集仪、在线监测软件三部分组成。能够实时监测风机锚栓受力情况，采取大数据分析，能够有效的分析出风机运行时的载荷分布、迎风面、断裂螺栓对风机载荷的影响。

三、锚栓在线监测系统经济效益

能够及时发现锚栓运行过程中氢脆、内部缺陷、锈蚀等原因造成断裂事件。

其次，大大减少人工成本及运行维护的工作量。

能够保障风电机组在运行周期内锚栓的安全稳定，当发生锚栓异常时采取有效措施，避免风电机组倒塔事故。如防止一台风电机组倒塔事故的发生，可降低经济损失上千万元。

四、锚栓在线监测系统的巩固措施及总结

通过每周、每月的巡检及时发现问题和隐患，确保风机基础锚栓在线监测装置完好。

通过日常主控室监盘，对风机基础锚栓在线监测主机显示锚栓状态监控。显然此方案的实施保障了风机基础锚栓安全可靠的运行。后期若发生异常状态断裂，及时响应，采取措施，保障风电机组安全稳定运行的能力。

五、锚栓在线监测系统的推广与应用

风电机组基础锚栓在线监测装置是根据现场遇到的实际问题而采取的一项有效的解决方案，具有原理简单、可靠，安装方便，能够对锚栓全寿命周期进行监测。对于现在采用锚栓笼基础连接方式的风电机组，具有重要意义。将此成果推广应用到风电领域的其他风电场中，进一步为风电行业节能增效以及安全生产有着重要意义。