2018年年初，低溫甚至暴雪在南方地區(qū)比較強(qiáng)烈，波及到湖南、貴州、江蘇、江西等南方省份。中央氣象臺的預(yù)報，1月29日至2月3日，受頻繁南下冷空氣影響，中國中東部地區(qū)自北向南氣溫還會有所下降。

低溫降雪導(dǎo)致南方多個風(fēng)電場出現(xiàn)停機(jī)事故，公開報道顯示貴州、江蘇、湖南的風(fēng)電機(jī)組甚至出現(xiàn)緊急停機(jī)。南方風(fēng)電項目建設(shè)規(guī)劃時，沒有像中國北方風(fēng)電項目考慮到風(fēng)機(jī)會面臨長時間低溫甚至降雪，“抗凍”能力會差一大截。

低溫降雪會影響風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行工況、運(yùn)行性能以及使用壽命，情況嚴(yán)重時甚至?xí)痫L(fēng)機(jī)倒塔等嚴(yán)重安全事故。對于“久不經(jīng)凍”的南方地區(qū)風(fēng)電場，更是要面對的難題。雖然現(xiàn)有風(fēng)機(jī)技術(shù)可以保障風(fēng)機(jī)在-30℃到40℃的環(huán)境溫度下正常工作，但并不是所有風(fēng)機(jī)均滿足上述溫度區(qū)間，不同材質(zhì)的風(fēng)機(jī)葉片、潤滑油和鋼材均有不同的最佳工作溫度。許多中國南方風(fēng)機(jī)在設(shè)計之初沒有考慮在-10℃左右的環(huán)境下長時間工作，風(fēng)機(jī)組件的“抗凍”能力遠(yuǎn)低于北方風(fēng)機(jī)。

低溫、積冰、降雪究竟會對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生哪些危害？ 在極端低溫、降雪情況下如何保護(hù)機(jī)組運(yùn)營？無所不能梳理為你一一解答。

低溫和冰凍對風(fēng)機(jī)造成的危害

1.低溫

低溫對風(fēng)機(jī)的損害，集中在風(fēng)機(jī)組件物理特性因低溫受損，風(fēng)機(jī)內(nèi)部潤滑系統(tǒng)因低溫導(dǎo)致潤滑油黏性增加，設(shè)備加速磨損，具體來講就是以下四個方面：

1.損害不同材質(zhì)風(fēng)機(jī)組件的機(jī)械性能。

2.損害風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)、偏航驅(qū)動電機(jī)、以及風(fēng)機(jī)變壓器。

3.風(fēng)機(jī)齒輪箱、液力耦合器與減震器長時間暴露在寒冷天氣中，其內(nèi)部潤滑油粘稠度增大使設(shè)備磨損情況加劇，影響風(fēng)機(jī)整體工作效率與使用壽命.

4.風(fēng)機(jī)內(nèi)部密封件，橡膠零件等受低溫影響，其材料延展性能大幅降低，設(shè)備更易開裂，影響風(fēng)電機(jī)組運(yùn)營效率

通常來看，風(fēng)機(jī)鋼結(jié)構(gòu)塔筒、鋼制風(fēng)機(jī)組件，以及復(fù)合材料纖維葉片的機(jī)械性能會受到低溫影響。

例如，鋼結(jié)構(gòu)的延展性在低溫環(huán)境下會大幅降低，鋼結(jié)構(gòu)受外力擠壓時更易產(chǎn)生微裂紋。這些微裂紋會降低鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與抗?jié)B性，直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)營安全與風(fēng)機(jī)壽命。并且，當(dāng)風(fēng)機(jī)內(nèi)部電器長時間處于低溫停機(jī)狀態(tài)時，突然恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，會導(dǎo)致電器內(nèi)部組件受到熱沖擊效應(yīng)而損壞。據(jù)研究，風(fēng)機(jī)齒輪箱啟動運(yùn)行時的環(huán)境溫度應(yīng)高于自身潤滑油傾點(diǎn)10度以上，否則風(fēng)機(jī)齒輪箱內(nèi)部潤滑油粘度高于最佳工作粘度，導(dǎo)致齒輪箱內(nèi)部摩擦力加大，降低齒輪箱傳動能力，影響齒輪箱使用壽命。目前許多中國南方風(fēng)電場使用的風(fēng)機(jī)潤滑油傾點(diǎn)在-22℃左右，今年南方的寒流導(dǎo)致南方地區(qū)溫度降至-10℃（如圖1），局部地區(qū)在短時間內(nèi)甚至低于-10℃，在該溫度下風(fēng)機(jī)內(nèi)部潤滑油工作狀態(tài)較差，南方的風(fēng)電場業(yè)主要注意了。

2.積冰

積冰對風(fēng)機(jī)的危害遠(yuǎn)高于低溫和積雪，積冰會在以下幾方面影響風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)營：

1.影響葉片氣動外形，使葉片翼型的氣動性能受損。極端情況下，積冰會導(dǎo)致翼型的最大升力系數(shù)和失速臨界攻角等特性發(fā)生較大變化，直接影響風(fēng)機(jī)運(yùn)營安全。

2.干擾風(fēng)機(jī)測風(fēng)儀工作，導(dǎo)致測風(fēng)數(shù)據(jù)失真，影響機(jī)組正常工作

3.增加風(fēng)機(jī)靜載荷，降低機(jī)組發(fā)電效率，嚴(yán)重時會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)被迫停機(jī)，甚至風(fēng)機(jī)倒塌

4.改變風(fēng)機(jī)動態(tài)平衡，使風(fēng)機(jī)的不平衡載荷加大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)組件加速疲勞，降低使用壽命

5.風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動時，附著在葉片上的冰塊可能會被甩出，會對周圍人口與財產(chǎn)造成損害

6.風(fēng)機(jī)機(jī)箱、塔筒、爬梯結(jié)冰，加大了風(fēng)機(jī)的日常維護(hù)難度

遠(yuǎn)景《風(fēng)向標(biāo)》介紹，葉片結(jié)冰會最先發(fā)生在翼型敏感的前緣部位，這會明顯降低葉片升力系數(shù)，增加葉片阻力系數(shù)，導(dǎo)致發(fā)電量降低，圖1描述了葉片覆冰后的功率曲線異常波動情形。更嚴(yán)重的是，進(jìn)一步的覆冰會導(dǎo)致翼型失速攻角提前，葉片進(jìn)入失速區(qū)域，氣動特性發(fā)生劇烈波動，從而引起風(fēng)機(jī)葉片顫振，甚至引起整機(jī)的共振。如圖2所示，葉片嚴(yán)重覆冰后，其上翼型的失速攻角提前至7.5°。當(dāng)該截面攻角大于失速攻角時，該截面升力系數(shù)急劇下降，會引起葉片額外的載荷波動以及結(jié)構(gòu)振動，損害葉片的疲勞壽命。

同時，覆冰所帶來的冰塊附加重量，以及升阻系數(shù)的巨大變化，會使得整機(jī)的靜載和動載明顯增加，極有可能最終引發(fā)極限超載，導(dǎo)致葉片斷裂甚至機(jī)組傾覆的災(zāi)難后果。

國能日新技術(shù)人員對無所不能分析，目前我國南方風(fēng)力發(fā)電場，應(yīng)對積冰的防護(hù)措施較不完備，大多風(fēng)場沒有除冰、除霜的應(yīng)急預(yù)案，當(dāng)出現(xiàn)大規(guī)模降雪與積冰寒潮時，僅能通過停機(jī)的方法保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備不受損害。

3.降雪

理論上降雪對風(fēng)機(jī)的危害要小于積冰，因?yàn)榻笛︼L(fēng)機(jī)葉片氣動外形的影響較小，同時雪的重量較輕，不會影響到風(fēng)機(jī)的靜態(tài)載荷，但風(fēng)電場業(yè)主們還是要在以下兩方面警惕降雪對風(fēng)機(jī)的危害：

1.降雪滲透到?jīng)]有密封措施的風(fēng)機(jī)設(shè)備中，阻礙發(fā)電設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.降雪阻礙風(fēng)機(jī)機(jī)艙內(nèi)部空氣循環(huán)系統(tǒng)工作，導(dǎo)致機(jī)艙散熱受阻，影響設(shè)備使用壽命。

由于風(fēng)機(jī)內(nèi)部發(fā)電機(jī)艙的散熱需求，許多風(fēng)機(jī)齒輪箱與發(fā)電機(jī)箱均不是密封組件。降雪在風(fēng)的影響下，可以輕易飄進(jìn)風(fēng)機(jī)內(nèi)部，附著在機(jī)艙與設(shè)備散熱孔處，阻礙風(fēng)機(jī)內(nèi)部組件的空氣循環(huán)系統(tǒng)與散熱系統(tǒng)。當(dāng)機(jī)艙散熱長時間受阻時，內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)營效率與使用壽命均會大幅降低，情況嚴(yán)重時甚至?xí)斐蓹C(jī)艙內(nèi)部過熱，導(dǎo)致部分組件起火。

低溫降雪冰凍，怎樣保護(hù)風(fēng)機(jī)？

中國南方風(fēng)電項目在初期建設(shè)規(guī)劃時，沒有像中國北方風(fēng)電項目考慮到風(fēng)機(jī)會面臨長時間低溫降雪寒潮，因此許多南方風(fēng)機(jī)組件沒有安裝保暖與除冰設(shè)備。同時，南方風(fēng)電場運(yùn)維人員也大多沒有應(yīng)對低溫降雪的經(jīng)驗(yàn)，許多運(yùn)維人員并不了解風(fēng)機(jī)可以在多大降雪量中維持運(yùn)轉(zhuǎn)，在多大降雪量中必須關(guān)停，導(dǎo)致降雪來臨時，出于安全考慮，許多風(fēng)電場不得不關(guān)停所有風(fēng)機(jī)。

那么如何在低溫降雪天中保護(hù)風(fēng)機(jī)運(yùn)行呢？下面是目前國內(nèi)主流風(fēng)機(jī)制造廠和北方風(fēng)電場業(yè)主們應(yīng)對低溫降雪的一些經(jīng)驗(yàn)與建議，供南方風(fēng)電場業(yè)主們參考。

物理加熱風(fēng)機(jī)組件和使用抗寒氮化\氟硅氧烷風(fēng)機(jī)組件代替?zhèn)鹘y(tǒng)橡膠組件，是目前解決低溫環(huán)境對風(fēng)機(jī)造成潛在危害的兩類主要方法，具體來講：

1.在機(jī)艙外殼、葉片、及部分電氣和控制設(shè)備處安裝加熱設(shè)備

2.使用低溫環(huán)境下延展性較好的特殊氮化橡膠或氟硅氧烷材料，替代傳統(tǒng)橡膠密封件，保障風(fēng)電機(jī)組密封部件在低溫環(huán)境下的密封性能

在機(jī)艙、變槳及偏航電機(jī)、各控制箱和滑環(huán)等處安裝壁裝或頂裝式防腐加熱設(shè)備，當(dāng)寒潮來襲時，加熱設(shè)備可以保障風(fēng)機(jī)在無風(fēng)休眠狀態(tài)與工作狀態(tài)中均處于安全生產(chǎn)溫度。

同時部分風(fēng)機(jī)葉片在設(shè)計之初已考慮葉片會在嚴(yán)寒環(huán)境下工作，葉片的氣動外形設(shè)計為安裝加熱電阻提前預(yù)留出了空間，當(dāng)進(jìn)入冬季時，運(yùn)維人員可以為葉片安裝加熱電阻絲，保護(hù)葉片不會在低溫環(huán)境下發(fā)生脆裂，以延長風(fēng)機(jī)葉片的使用壽命。

積冰與積雪的防護(hù)措施較為廣泛，包括了物理防護(hù)、化學(xué)防護(hù)、和智能系統(tǒng)防護(hù)等多種不同防護(hù)措施，例如：

1.優(yōu)化葉片設(shè)計方案，利用荷葉理論降低凝露附著度（物理防護(hù)）。

2.安裝電阻絲加熱風(fēng)機(jī)與葉片，降低積雪附著時間，防止積雪融化結(jié)冰（物理防護(hù)）。

3.在風(fēng)機(jī)處于中度結(jié)冰的狀況下，維持一定發(fā)電量，保障風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動，從而限制結(jié)冰向葉片前緣蔓延（智能系統(tǒng)防護(hù)）。

4.在風(fēng)機(jī)內(nèi)部安裝積冰、積雪監(jiān)控傳感器，當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片或主機(jī)積冰、積雪超過額定安全極限時，強(qiáng)制關(guān)停風(fēng)機(jī)，保護(hù)風(fēng)機(jī)設(shè)備運(yùn)營安全（智能系統(tǒng)防護(hù)）

目前歐美高寒地區(qū)的風(fēng)機(jī)積冰積雪防護(hù)措施已十分完備，英國北海/挪威北部地區(qū)的許多風(fēng)電場已做到了在無人值守下的風(fēng)機(jī)主動嚴(yán)寒冰雪防護(hù)，通過人工智能與風(fēng)機(jī)組件的特殊材料處理，歐美風(fēng)機(jī)可以在冰雪天氣下維持一定發(fā)電量，并可根據(jù)溫度變化與降雪量大小及時調(diào)整風(fēng)機(jī)運(yùn)營功率，并在極端氣候環(huán)境下，自動關(guān)機(jī)，保護(hù)風(fēng)機(jī)使用壽命。

目前許多中國風(fēng)機(jī)制造廠如遠(yuǎn)景能源、重慶海裝等，均已開發(fā)出了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的風(fēng)機(jī)冰雪防護(hù)系統(tǒng)，與人工智能控制系統(tǒng)。小編希望各位南方風(fēng)電場業(yè)主通過風(fēng)機(jī)技術(shù)升級與電場運(yùn)維培訓(xùn)，在冬天來臨時可以更從容面對低溫寒流，保障風(fēng)機(jī)安全運(yùn)營。