用于风力涡轮机预防性维护的热成像案例

随着风电场老化和超出保修期，所有者和操作员进行预防性维护的重要性也随之增加。通过检测即将发生的组件故障，操作员可以避免代价高昂的故障和停机。热成像有助于快速检测这些故障，即使在运行期间也能检测。

多年来，风能一直是澳大利亚发电的重要组成部分。它是澳大利亚可再生能源的主要来源之一，可产生足够的电力，以满足全国总电力需求的 7.1%。截至 2018 年底，澳大利亚共有 94 个风电场，风力发电能力近 6 吉瓦。

近年来风力发电能力的强劲增长，使得达到厂商保修期结束的风机数量急剧增加。这不可避免地给所有者带来财务风险，使其无法进行经济高效的运营和维护。

高效的预防性维护

保修期后维护对于提高风力涡轮机设备的可靠性和盈利能力至关重要。为了降低维护成本并提高成本效益，操作员正越来越多地从被动维护转变为预防性维护。

风力涡轮机的配件容易磨损，进而发生故障。正是因为如此，预防性维护和定期检测非常重要。遗憾的是，维护成本可能很高，因此预防性检测需要尽可能高效地进行。在风力涡轮机的整个生命周期内，运行和维护成本很容易占到每千瓦时生产总成本的 20% 至 25%。

热像仪

热成像是能够在故障实际发生之前，让操作员充分检测风力涡轮机的所有电气和机械组件以及邻近的电气系统的技术。无论是电气还是机械组件，一般规则都是组件在发生故障之前会变热。热像仪会在故障发生之前发现这种温度升高的情况。这些热点将清楚地显示在热图像中。

热像仪可以显示齿轮箱和电机问题，包括轴未对准，以及诸如连接松动和负载不平衡等难以察觉的电气问题。热像仪的多功能性使维护操作员能够充分利用他们的预防性维护计划。

案例：防止断点弯头的潜在故障

断点弯头终端通常用于风电场和公用事业应用、变压器、接线盒和隔离开关。就邻近设备损坏和服务中断而言，这种类型的端接故障可能非常危险且代价高昂。

以下为断点连接故障的示例。在这种情况下，损坏的组件可能会导致大约 15 小时 25 兆瓦的发电损失。

1850 KVA 变压器上的断点弯头故障

端接故障可能是由于组装不良、安装人员缺乏经验或未能严格遵循说明所致。环境条件还会导致材料膨胀、收缩或移动，进而导致终端故障。电缆可能会被堆积在终端柜下方区域的重冰压坏，从而造成电缆应力。冬季设备的冻胀也会影响电缆的移动，导致潜在的故障。

用于稳定 1850 KVA 风力涡轮机变压器上的导体的支架。

当使用热像仪观察时，断点弯头的异常会清楚地显示为热损失。

在 1850 KVA 风力涡轮机变压器的常规红外扫描中发现的异常

在下面的示例中，您可以看到存在缺陷的暴露终端和有盖终端之间的温差。在第一组测试中，终端被故意损坏，并经受 100 安培电流，持续 75 分钟。第二组图像显示安装了屏蔽罩的相同终端，以展示两个区域之间的热量模式和增量。

15 分钟至 100A 测试。裸连接器 44.2°C 与屏蔽罩 26.9°C - ΔT 17.3°C

45 分钟至 100A 测试。裸连接器 69.6°C 与屏蔽罩 35.7°C - ΔT 33.9°C

75 分钟至 100A 测试。裸连接器 72.3°C 与屏蔽罩 40.9°C - ΔT 38.4°C

案例：涡轮叶片检测

风力发电机叶片采用复合材料制造，重量轻且坚固。然而，它们在制造和测试过程中会持续承受大量应力，这可能会导致裂纹。在最坏的情况下，叶片甚至会在运行过程中制动脱离转子，导致可能危及生命的事故。

使用热像仪，可以在叶片转动时进行检测。裂纹等缺陷会改变材料的热特性。这样，可通过红外检测到涡轮叶片复合材料的微小变化，否则仅凭目视检查无法发现。

热成像可以检测各种异常，包括裂隙、闪电引起的缺陷、尖端损坏以及光纤问题。热像仪还会发现胶条问题、粘合剂接头缺失、叶片倾斜误差等。在早期检测这些异常，如果它们很小，将会降低成本并防止严重损坏。

热像仪的优势

热成像提供了风力涡轮机热特征的即时概览，使操作员能够一目了然地看到缺陷。使用热像仪，甚至可以从地面进行检测，而无需爬塔。

精度可能是维护操作员转向热成像的一大原因。使用热像仪，不仅可以看到叶片外表面的缺陷，还可以看到叶片内部更深处的缺陷。最终，如果问题持续存在，这些内部缺陷会导致故障。

热成像使检测员能够远距离覆盖大面积区域。至少，这减少了物理/目视检查的次数，并加快了维护工作，使其更具成本效益。

用于预防性维护的 FLIR 热像仪

将热成像技术纳入预防性维护检查程序，风电场公司可以随时监控设备的运行状况。在预防性维护例行程序中添加热像仪将帮助他们提高效率，并能在导致代价高昂的计划外停机之前发现电气和机械问题，从而提高盈利能力。

使用手持式热像仪（例如 FLIR T1040 高清热像仪）可以有效定位温度异常。这款热像仪提供非常清晰的图像、真实的温度和非常灵活的选择。FLIR T1040 高清热像仪配备独特的 MSX®（多光谱动态成像）、UltraMax® 图像增强技术和自适应滤波算法组合，使用户能够记录流畅、详细的图像。