風(fēng)電領(lǐng)域認(rèn)可情況與質(zhì)量控制

李曙光 李 斌 慈 萌 莊 駿 趙 晶

1北京起重運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 北京 100007 2中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可中心 北京 100062 3上海中認(rèn)尚科新能源技術(shù)有限公司 上海 201206

0 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，清潔能源的需求不斷增加，作為清潔能源之一的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，因其建設(shè)周期短、環(huán)境要求底、儲(chǔ)量豐富和利用率高的特點(diǎn)，成為了清潔能源最具發(fā)展?jié)摿Φ漠a(chǎn)業(yè)之一，為清潔能源的快速發(fā)展起到了決定性的作用[1]。近年來(lái)，我國(guó)風(fēng)電行業(yè)裝機(jī)容量持續(xù)上升，生產(chǎn)制造技術(shù)和控制技術(shù)不斷完善，這就意味著，在檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)可領(lǐng)域，也存在著巨大的發(fā)展提升空間。

1 風(fēng)電領(lǐng)域認(rèn)可類(lèi)型

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)技術(shù)起步較晚，較發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍有著較大差距，但近年來(lái)，國(guó)家從政策層面以及技術(shù)儲(chǔ)備層面都給予了大力支持。目前我國(guó)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已發(fā)布并實(shí)施了200余個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)電規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工安裝、資源評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)、并網(wǎng)技術(shù)、風(fēng)電機(jī)組部件設(shè)計(jì)和試驗(yàn)、運(yùn)行維護(hù)管理等6個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)均構(gòu)建了較為完善的標(biāo)準(zhǔn)體系[2]。

IEC WT01：2001《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組合格認(rèn)證規(guī)則及程序》為風(fēng)電機(jī)組的合格認(rèn)證定義了標(biāo)準(zhǔn)和程序，該文稿已在2010年被轉(zhuǎn)化為IEC 61400-22標(biāo)準(zhǔn)，目前我國(guó)將其等同翻譯并發(fā)布了GB/T 35792—2018《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組合格測(cè)試機(jī)認(rèn)證》標(biāo)準(zhǔn)。該風(fēng)電機(jī)組認(rèn)證內(nèi)容主要包括：型式認(rèn)證、項(xiàng)目認(rèn)證、部件認(rèn)證以及樣機(jī)認(rèn)證，國(guó)家能源局2014年發(fā)布的《關(guān)于規(guī)范風(fēng)電設(shè)備市場(chǎng)秩序有關(guān)要求的通知》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)通知）中規(guī)定了風(fēng)力機(jī)的型式認(rèn)證為強(qiáng)制要求[3]。

目前，風(fēng)電領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其組件、風(fēng)輪葉片、塔筒以及控制系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域均有檢測(cè)認(rèn)可項(xiàng)目，檢測(cè)方法以國(guó)家推薦性標(biāo)準(zhǔn)為主，但尚無(wú)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其所有參數(shù)進(jìn)行強(qiáng)制檢測(cè)。

在風(fēng)電領(lǐng)域的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)較少，主要針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)安全評(píng)價(jià)，風(fēng)電塔筒、葉片、發(fā)電機(jī)等部件進(jìn)行檢驗(yàn)監(jiān)造活動(dòng)，其使用的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 20319—2017《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組驗(yàn)收規(guī)范》以及部分行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)企業(yè)驗(yàn)收規(guī)程等，風(fēng)電領(lǐng)域的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)尚存在著巨大的發(fā)展空間。

2 風(fēng)電領(lǐng)域認(rèn)可參數(shù)

依據(jù)GB/T 35792—2018《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組合格測(cè)試機(jī)認(rèn)證》和通知要求，認(rèn)證領(lǐng)域的檢測(cè)項(xiàng)目包含型式測(cè)試檢測(cè)項(xiàng)目和型式特性測(cè)量檢測(cè)項(xiàng)目，主要包含的項(xiàng)目有：風(fēng)電機(jī)組功率特性測(cè)試、風(fēng)電機(jī)組機(jī)械載荷測(cè)試、風(fēng)電機(jī)組葉片測(cè)試、風(fēng)電機(jī)組噪聲測(cè)試等。

風(fēng)電實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)領(lǐng)域認(rèn)可的檢測(cè)項(xiàng)目較多、分類(lèi)較細(xì)，除了風(fēng)電機(jī)組型式認(rèn)證檢測(cè)外，還涵蓋了風(fēng)電機(jī)組的各種零部件性能檢測(cè)以及風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)檢測(cè)項(xiàng)目。主要涵蓋的檢測(cè)項(xiàng)目有風(fēng)電機(jī)組電能質(zhì)量測(cè)試、風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越能力檢測(cè)、風(fēng)電機(jī)組電網(wǎng)適應(yīng)性檢測(cè)、風(fēng)電機(jī)組機(jī)械振動(dòng)檢測(cè)、風(fēng)電機(jī)組控制程序軟件質(zhì)量檢測(cè)以及風(fēng)電場(chǎng)的電力系統(tǒng)檢測(cè)等。

風(fēng)電檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)領(lǐng)域認(rèn)可的項(xiàng)目相對(duì)較少，主要的認(rèn)可對(duì)象有風(fēng)電機(jī)組塔架、風(fēng)電機(jī)組整機(jī)、風(fēng)電機(jī)組零部件，主要包含的參數(shù)有檢驗(yàn)見(jiàn)證、外觀檢驗(yàn)、資料審核、工廠檢查、設(shè)備監(jiān)造以及各種零部件檢查等。

3 風(fēng)電領(lǐng)域關(guān)鍵質(zhì)控內(nèi)容

在風(fēng)電領(lǐng)域認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室需要遵循CNAS-CL01：2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》準(zhǔn)則及其相關(guān)的應(yīng)說(shuō)明，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)需要遵循CNAS-CI01：2012《檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能力認(rèn)可準(zhǔn)則》及其相關(guān)應(yīng)用說(shuō)明，在各自的準(zhǔn)則及應(yīng)用說(shuō)明中均對(duì)能夠影響檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的因素進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定，實(shí)驗(yàn)室和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)定。

3.1 檢驗(yàn)檢測(cè)人員的技術(shù)能力

在實(shí)驗(yàn)室體系中，CNAS-CL01-G001：2018《CNAS-CL01〈檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則〉應(yīng)用要求》對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，檢測(cè)人員及管理人員應(yīng)根據(jù)專(zhuān)業(yè)和相關(guān)工作年限進(jìn)行合理配置。由于風(fēng)電行業(yè)是包含了多個(gè)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的綜合性行業(yè)，風(fēng)電檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)包含各類(lèi)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用要求，即在滿足準(zhǔn)則的情況下，還應(yīng)注意需要符合相關(guān)的應(yīng)用說(shuō)明，如CNAS-CL01-A003：2019《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》、CNASCL01-A006：2021《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》、CNAS-CL01-A011：2018《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在金屬材料檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》分別在電器領(lǐng)域、無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域、金屬材料領(lǐng)域進(jìn)行了額外的人員規(guī)定。

在檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)體系中，CNAS-CI01-G001：2021《檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能力認(rèn)可準(zhǔn)則的應(yīng)用說(shuō)明》同樣對(duì)檢驗(yàn)人員進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，通過(guò)對(duì)檢驗(yàn)人員的培訓(xùn)考核、現(xiàn)場(chǎng)觀察計(jì)劃以及相關(guān)政策程序的識(shí)別，確保檢驗(yàn)人員有能力按照要求勝任檢驗(yàn)崗位。在滿足準(zhǔn)則的情況下，還應(yīng)注意是否滿足CNAS-CI01-A015：2020《檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能力認(rèn)可準(zhǔn)則在設(shè)備監(jiān)理檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》、CNASCI01-A004：2018《檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能力認(rèn)可準(zhǔn)則在其他工廠檢驗(yàn)領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明》對(duì)設(shè)備監(jiān)理檢驗(yàn)和工廠檢查檢驗(yàn)領(lǐng)域的人員規(guī)定。

3.2 檢驗(yàn)檢測(cè)比對(duì)試驗(yàn)或能力驗(yàn)證

在實(shí)驗(yàn)室體系中，能力驗(yàn)證是一種常用且有效的質(zhì)量控制手段，可以從場(chǎng)地、人員、設(shè)備、測(cè)試能力等方面公正公平地考核實(shí)驗(yàn)室是否具備檢測(cè)能力，CNASRL01：2019《實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可規(guī)則》中規(guī)定，申請(qǐng)的技術(shù)能力需滿足CNAS-RL02：2018 《能力驗(yàn)證規(guī)則》的要求，其規(guī)則中明確規(guī)定，只要存在可獲得的能力驗(yàn)證，需在每個(gè)子領(lǐng)域至少參加1次，并在文件中規(guī)定了能力驗(yàn)證領(lǐng)域和頻次，實(shí)驗(yàn)室在申請(qǐng)認(rèn)可項(xiàng)目時(shí)應(yīng)遵循以上2份文件。

目前在風(fēng)電檢測(cè)領(lǐng)域，暫時(shí)沒(méi)有針對(duì)風(fēng)電設(shè)備的能力驗(yàn)證項(xiàng)目，但由于風(fēng)電設(shè)備涵蓋了多個(gè)領(lǐng)域的零部件，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行申請(qǐng)認(rèn)可項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)根據(jù)其領(lǐng)域特點(diǎn)，尋找相關(guān)領(lǐng)域的能力驗(yàn)證或測(cè)量審核項(xiàng)目，提前進(jìn)行能力評(píng)估，如表1所示。

表1 風(fēng)電設(shè)備檢測(cè)子領(lǐng)域?qū)?yīng)CNAS領(lǐng)域代碼

在檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)體系中，能力驗(yàn)證項(xiàng)目發(fā)展暫不成熟，只有近年來(lái)CNAS組織過(guò)部分項(xiàng)目的能力驗(yàn)證，暫沒(méi)有能夠獨(dú)立組織實(shí)施的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，因此，檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)若想進(jìn)行自身能力評(píng)估，只能通過(guò)機(jī)構(gòu)之間的比對(duì)進(jìn)行。由于檢驗(yàn)活動(dòng)多是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)、儀器作為輔助工具進(jìn)行的評(píng)價(jià)活動(dòng)，自由度高，且很多機(jī)構(gòu)采用的標(biāo)準(zhǔn)均是自制的規(guī)程類(lèi)文件，故也給機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一性比對(duì)帶來(lái)了困難。但依舊建議檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)能夠拆分檢驗(yàn)子項(xiàng)目，進(jìn)行比對(duì)試驗(yàn)，保證檢驗(yàn)過(guò)程的統(tǒng)一性和檢驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.3 風(fēng)電檢測(cè)參數(shù)不確定度

測(cè)量不確定度既可給出優(yōu)化的測(cè)試結(jié)果和報(bào)告，還能為實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制和提高提供不增大成本的有效途徑。常規(guī)檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度通常是由A類(lèi)評(píng)定和B類(lèi)評(píng)定合成，GB/T 27418—2017 《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》中有詳細(xì)的評(píng)定方法[4]。在風(fēng)電檢測(cè)領(lǐng)域，需要注意的是評(píng)定方式的適宜性以及B類(lèi)評(píng)定影響因子的全面性，這樣才能計(jì)算出準(zhǔn)確的不確定度，可參考以下示例。

3.3.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及其組件機(jī)械振動(dòng)（實(shí)驗(yàn)室頻率示值）測(cè)量不確定度評(píng)定

1）測(cè)量不確定度A類(lèi)評(píng)定[5]

單次測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度[6]為

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度按A類(lèi)評(píng)定

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量重復(fù)性引入A類(lèi)相對(duì)不確定度

2）測(cè)量不確定度B類(lèi)評(píng)定（假設(shè)概率密度分布為均勻分布）

①靈敏度非線性偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：±A%為加速度傳感器靈敏度非線性偏差指標(biāo)。

②靈敏度非線性偏差引入的相對(duì)不確定度，

式中：±a%為加速度傳感器橫向靈敏度偏差，±b%為考慮電動(dòng)振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)橫向振動(dòng)比指標(biāo)，B%為最終偏差。

③通帶平坦度偏差引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：±C%為加速度傳感器通帶平坦度的相對(duì)偏差。

④數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)幅頻響應(yīng)引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：±D%為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的幅頻響應(yīng)的幅值相對(duì)不確定度。

⑤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失真所引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：±E%為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)失真技術(shù)指標(biāo)。

⑥安裝參數(shù)（如扭矩、電纜固定）影響引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

式中：±F%為由于安裝因素帶來(lái)的誤差。

3）實(shí)驗(yàn)室單頻幅值測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成為

實(shí)驗(yàn)室單頻幅值測(cè)量相對(duì)擴(kuò)展不確定為

3.3.2 葉片（疲勞）測(cè)量不確定度評(píng)定

為了評(píng)估風(fēng)輪葉片的疲勞性能，需要借助等效損傷求解，得到疲勞試驗(yàn)的等效載荷為

假設(shè)葉片各截面的彎矩為線性分布，故單次循環(huán)的載荷為

式中：Meq為等效載荷；m為疲勞曲線斜率，與材料和應(yīng)力形式有關(guān)；N0為實(shí)際循環(huán)次數(shù)；Neq為理論循環(huán)次數(shù)；k為彎矩M與應(yīng)變?chǔ)诺男甭赎P(guān)系；εmax為每次循環(huán)的最大應(yīng)變。

在疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)變幅值變化不大，不確定度評(píng)定時(shí)，可認(rèn)為每次循環(huán)的最大應(yīng)變?chǔ)舖ax是恒定的，故等效載荷公式可以轉(zhuǎn)化為

式中：N0、Neq、m均為定值；故等效載荷的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

式中：μk為斜率k的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；μεmax為最大應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

可簡(jiǎn)化為

式中：Uk為斜率k的擴(kuò)展不確定度；μεmax為最大應(yīng)變的相對(duì)擴(kuò)展不確定度。即

故等效載荷的計(jì)算過(guò)程只需要考慮斜率k標(biāo)定引入的不確定度和應(yīng)變?chǔ)舖ax測(cè)試引入的不確定度。

1）回歸的標(biāo)準(zhǔn)偏差s

式中：Mi為相對(duì)于εi的測(cè)得值；M為回歸直線上取得εi對(duì)應(yīng)的彎矩值。

2）斜率k的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

①斜率k的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

②斜率k的擴(kuò)展不確定度

t的取值根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定評(píng)定與表示》中附錄B所得。

3）斜率k的A類(lèi)不確定度

疲勞試驗(yàn)過(guò)程中一般需要進(jìn)行多次標(biāo)定，故斜率k會(huì)有n組數(shù)據(jù)，其結(jié)果為k1、k2…kn。

4）斜率k的合成不確定度為

式中：n為疲勞試驗(yàn)過(guò)程中的總標(biāo)定次數(shù)。

5）應(yīng)變測(cè)試的不確定度評(píng)定

應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)擴(kuò)展不確定Uεmax可由應(yīng)變測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)證書(shū)得到，故應(yīng)變總的相對(duì)擴(kuò)展不確定度為Uεmax=Ur。

6）等效載荷的擴(kuò)展不確定度評(píng)定

等效載荷擴(kuò)展不確定UMeq=2μMeq（k= 2，U～95%）即

7）截面平均等效載荷的不確定度評(píng)定

若幾面由多個(gè)應(yīng)變片測(cè)量獲得多個(gè)等效載荷，通過(guò)取平均值的方式求得界面平均等效載荷，所以不確定度的評(píng)定還需要考慮A類(lèi)不確定度，故截面平均等效載荷的擴(kuò)展不確定為

3.4 風(fēng)電領(lǐng)域儀器設(shè)備計(jì)量要點(diǎn)

風(fēng)電檢測(cè)儀器設(shè)備是開(kāi)展活動(dòng)的基礎(chǔ)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不論是標(biāo)準(zhǔn)還是儀器，對(duì)測(cè)量精準(zhǔn)度的要求，都有了進(jìn)一步的提高，加強(qiáng)儀器設(shè)備的計(jì)量管理，不但能確保檢測(cè)質(zhì)量，還可提高檢測(cè)精度，在風(fēng)電領(lǐng)域設(shè)備的計(jì)量管理方面，只有更進(jìn)一步完善管理機(jī)制，才能有效地開(kāi)展檢測(cè)活動(dòng)。對(duì)于風(fēng)電領(lǐng)域檢測(cè)設(shè)備的計(jì)量要點(diǎn)如表2所示。

表2 風(fēng)電領(lǐng)域檢測(cè)設(shè)備的計(jì)量要點(diǎn)

4 總結(jié)

目前實(shí)驗(yàn)室和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的風(fēng)電領(lǐng)域認(rèn)可體量均相對(duì)較小，但隨著傳統(tǒng)能源的不斷消耗，國(guó)家以及國(guó)際市場(chǎng)對(duì)清潔能源發(fā)展的支持力度也在逐漸增強(qiáng)，風(fēng)電領(lǐng)域的檢驗(yàn)檢測(cè)需求勢(shì)必會(huì)迎來(lái)風(fēng)口，在風(fēng)電檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)蓬勃發(fā)展的同時(shí)還需注意檢測(cè)儀器的創(chuàng)新性以及安全性，保證檢測(cè)人員能夠安全準(zhǔn)確的進(jìn)行合格評(píng)定活動(dòng)。

風(fēng)電實(shí)驗(yàn)室以及檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)時(shí)刻關(guān)注相關(guān)認(rèn)可說(shuō)明以及檢驗(yàn)檢測(cè)方法的更新，嚴(yán)格按照認(rèn)可規(guī)則準(zhǔn)則的內(nèi)容配置實(shí)驗(yàn)室和檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的人員、設(shè)備、環(huán)境等硬件設(shè)施。同時(shí)，對(duì)于質(zhì)量控制方面，建議相關(guān)機(jī)構(gòu)在滿足基本要求的同時(shí)，盡可能參加試驗(yàn)比對(duì)、能力驗(yàn)證等活動(dòng)，保證檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。