风电
一、风电设备无损检测技术研究现状
风力发电作为可再生清洁能源的重要部分，近年来一直呈高速发展趋势。我国已成为全球风电装备最大的生产国和消费国，全国各地都加快了风力发电设施的建设步伐，但在风力发电设备的运行过程中,很容易出现各种各样的设备故障问题，既影响风力发电系统的正常运行，还可能形成严重安全隐患。因此，大力发展我国风电设施无损检测技术，加快研发具有自主知识产权核心技术，对于促进我国风力发电事业的可持续发展具有重要意义。
二、风力发电机构各环节失效原因及研究成果
· 风力叶片的失效分析和检测
湿度、疲劳、突然的强风和雷击都可能造成风力涡轮叶片的损坏，风电叶片要承受拉、压、弯、扭等载荷作用，引起风电叶片结构的损伤累积和失稳破坏。在风力发电场，不同涡轮机间的气动干扰可能会给叶片带来过度的负荷，使得悬臂叶片上的挠度和应变过大而造成失效。因此，对叶片健康监控的关键在于实时地对叶片的运行状况进行检测。
英国纽卡斯尔大学和南京航空航天大学的团队(以下简称纽大和南航联合团队)在研究中曾将新型传感器嵌入风力涡轮叶片中，以便在叶片失效之前对叶片机构中的性能变化和损坏情况进行实时检测。并且采用脉冲涡流激励，针对复合材料进行红外热成像技术研究，成功识别出缺陷的类型特征。
· 齿轮箱的失效原因分析和检测
风力涡轮的齿轮箱主要由高强度的锻钢件和球墨铸铁件原材料等制成。齿轮箱主要由承受循环载荷的回转部件组成，易受到循环载荷导致的疲劳和磨损损伤。此外，腐蚀性的海洋环境及风力变化导致的应力也会造成与之相关的腐蚀开裂。这些损伤和开裂都会导致整个传动系统的失效。
齿轮箱的无损检测是在不影响其性能的基础上检测材料状态和性能评估的可行方法。纽大和南航联合研究团队针对齿轮箱的缺陷测技术进行了大量研究，采用的手段包括涡流检测、脉冲涡流和电磁巴克豪森噪声、磁粉探伤、漏磁检测等多种电磁检测手段。联合团队采用电磁巴克豪森噪声技术，在齿轮的应力分布和微观结构检测方面进行了大量的研究工作，并在英国国家齿轮测量试验室(NGML)得到了工程应用。
· 发电机和电力电子设备的监测
发电机包含电磁部分和诸多电力电子部分。这些部件的可靠性检测也是风电设备监测的重要部分。机械振动、湿度、温度和封装形式都会引起这些部件的失效。此外，风力发电机组在运行时由于多种原因会使电机和机舱在各个方向产生较大的振动，振动的频率、幅度等参数超过风机设计要求时会对风机的正常运行产生危害。
除了机械部分之外，在风力、温差、潮湿条件下也将造成线路绝缘耐压、腐蚀和接触电阻的失效。目前国内仍然使用阻抗测试来检测电机故障，然而阻抗测试适用于生产阶段的测试，它无法在电机运行过程中对故障进行监测。在电力电子方面，当电流通过半导体器件时功率损失引起的发热也是造成失效的主要因素。
因此，针对电机的在线有效监测的方法和技术研究依旧面临着严峻的挑战，有必要采用无损检测和健康监控对电力电子系统进行状态监控。
· 风电系统运行监控、状态评估
由于风力发电场通常位于丘陵山区、偏远的西部地区、沿海海岸或者海上，且发电设备监控需要对包括风力叶片等旋转部件在内的大量元器件和系统进行检测、监控和信息处理。可更新能源的特征决定了风力发电系统在与电网接口方面具有复杂性，在线监控和信息收集和集成技术能够为系统的高效性和可靠性提供有利的技术支撑。
无线传感网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络与无线通信技术、分布式信息处理技术等多领域技术，其网络由随机分布的集成微型电源、敏感元件、嵌入式处理器、存贮器、通信部件和软件(包括嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等)构成的一簇同类或异类传感器节点与网关节点。每个传感器节点都可以对周围环境数据进行采集、简单计算并可与其他节点及外界进行通信。由大量智能节点组成的传感器网络具有很强的自组织能力，其多节点特性使众多的不同类型传感器可以通过协同工作进行高质量的测量，并构成一个容错性优良的无线数据采集系统。
三、风机系统的状态监测领域主要研究方向
在世界范围内，针对风力发电系统的无损检测和健康监控技术仍处于探索阶段，缺乏对于整个风电设备的完整的检测和智能化的状态评估系统。目前，作为风电技术的重要组成部分，风机系统的状态监测领域主要有以下几方面的研究工作:
1.研究对于风力涡轮叶片材料(复合材料)的无损检测和状态监测的方法和技术，与负荷分析和破坏模式分析相结合，发展涡轮叶片进行健康监测的无线传感器网络。
2.研究针对变速箱的电磁无损检测和变速箱故障监控状态监测以及生命周期评估技术。
3.研究针对塔基的无损检测技术，结合系统稳定性分析，以及系统结构故障监控状态监测以及生命周期评估技术。
4.研究针对风力发电设备的电力电子部分的故障检测技术，创建故障预测模型，实现用于电力电子、控制系统的监控和传感器检测网络原型系统。
5.研究用于风力发电系统在线实时状态检测的混合传感器网络系统并搭建用于数据采集的系统，以及信息融合和实时判断方法。
四、风电设备无损检测技术总结
在科技进步和经济发展的背景下，风力发电事业快速提升，但风力发电系统具有复杂性、非线性等特点，致使其运行过程中可能受到某些因素的影响而出现异常，导致供电质量不佳。所以，利用无损检测技术来检测及监控风力发电系统运行情况，检测电力电子设备、发电机、齿轮箱、风电系统等重要设备的运行状态，以便及时发现异常、排除故障，保障整个系统运行安全。
“十四五”期间，我国以风电为代表的的新能源和可再生能源将迎来高质量发展阶段，无损检测技术能够保障风力发电设备安全运行和整体设备运作环节的有序稳定，对于促进能源转型提速、推动风电领域高质量发展，发挥着至关重要的作用。
