每到夏季,臺風(fēng)便成為我國沿海地區(qū)最主要的氣象災(zāi)害,臺風(fēng)災(zāi)害對我國沿海地區(qū)的風(fēng)電場有著不小的威脅。
天兔
2013年9月,超強臺風(fēng)“天兔”在廣州汕尾登陸,造成附近風(fēng)電場多臺風(fēng)電機組不同程度的損壞,多臺機組葉片發(fā)生折斷或是塔筒損壞。
發(fā)生葉片折斷的機組,折斷位置在葉片的最大弦長位置、葉片中部以及葉片尖部,其中最大弦長處折斷的次數(shù)較多,葉片的主要承力結(jié)構(gòu)主梁基本被破壞,葉片損壞端面附近未出現(xiàn)明顯裂紋。
發(fā)生塔筒損壞的機組,大部分基礎(chǔ)環(huán)連接螺栓被拉脫,破壞部位的變形為內(nèi)癟形態(tài),焊縫在破壞中心區(qū)域完好,而在褶皺邊緣因塔筒壁塑性變形發(fā)生撕裂。
通過初步分析,綜合“天兔”風(fēng)速數(shù)據(jù),可以得出葉片折斷的主要原因是葉片過載。塔筒損壞的主要原因是基礎(chǔ)載荷超過設(shè)計載荷,達(dá)到螺栓連接的極限,由此造成基礎(chǔ)環(huán)連接螺栓大部分被拉脫,塔筒呈屈曲破壞。
威馬遜
2014年7月,超強臺風(fēng)“威馬遜”在廣東登陸,最高風(fēng)力達(dá)17級,造成處于主風(fēng)區(qū)內(nèi)的風(fēng)場風(fēng)機倒塔、風(fēng)機葉片破裂、風(fēng)機發(fā)電機掉落、風(fēng)機機艙被揭開等不同程度的損壞。
不同于“天兔”,“威馬遜”的風(fēng)向基本沒發(fā)生變化,因此受損的機組機艙都朝向同一方向,并且所有受損機組都朝著背風(fēng)方向。
現(xiàn)場出現(xiàn)3種現(xiàn)象:(1)葉片順槳不到位;(2)機組發(fā)生明顯的前后振動后,將發(fā)電機從倒塌方向反向甩出;(3)所有被破壞的機組機艙朝向都是背風(fēng)方向。
通過初步分析,被破壞的機組很有可能是因為葉片變槳剎車選型太小,導(dǎo)致背風(fēng)機組的變槳機構(gòu)在極端風(fēng)速下不能使葉片始終保持順槳狀態(tài),使得機組在臺風(fēng)狀態(tài)下超出設(shè)計范圍,僅為導(dǎo)致一系列的結(jié)果。
通過對這2次典型臺風(fēng)破壞風(fēng)電機組的案例,可以得出:
(1)臺風(fēng)中,葉片變槳機構(gòu)的剎車很重要。剎車載荷由葉根載荷減去軸承摩擦得到,其中,摩擦因子是一個范圍值。在正常情況下,由于正常發(fā)電的摩擦力通常以阻尼的形式出現(xiàn),我們在計算時采用摩擦因子的上限進(jìn)行仿真得出的結(jié)果更為保險。然而在極端風(fēng)速下,摩擦力和變槳剎車共同克服外栽,使得采用摩擦因子上限進(jìn)行仿真反而會更危險。
(2)對于臺風(fēng)多發(fā)地區(qū),塔筒設(shè)計應(yīng)當(dāng)采用多分段的設(shè)計或者在屈曲強度較低的部位增加加強環(huán),以此來提高塔筒的屈曲強度,避免倒塌事故。
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