风电领域认可情况与质量控制

李曙光 李 斌 慈 萌 庄 骏 赵 晶

1北京起重运输机械设计研究院有限公司 北京 100007 2中国合格评定国家认可中心 北京 100062 3上海中认尚科新能源技术有限公司 上海 201206

0 引言

随着全球经济的快速发展，清洁能源的需求不断增加，作为清洁能源之一的风电产业，因其建设周期短、环境要求底、储量丰富和利用率高的特点，成为了清洁能源最具发展潜力的产业之一，为清洁能源的快速发展起到了决定性的作用[1]。近年来，我国风电行业装机容量持续上升，生产制造技术和控制技术不断完善，这就意味着，在检验检测认可领域，也存在着巨大的发展提升空间。

1 风电领域认可类型

我国风电产业技术起步较晚，较发达国家相比，仍有着较大差距，但近年来，国家从政策层面以及技术储备层面都给予了大力支持。目前我国在国家标准、能源行业标准以及电力行业标准已发布并实施了200余个标准，在风电规划设计、施工安装、资源评价预测、并网技术、风电机组部件设计和试验、运行维护管理等6个关键环节均构建了较为完善的标准体系[2]。

IEC WT01：2001《风力发电机组合格认证规则及程序》为风电机组的合格认证定义了标准和程序，该文稿已在2010年被转化为IEC 61400-22标准，目前我国将其等同翻译并发布了GB/T 35792—2018《风力发电机组合格测试机认证》标准。该风电机组认证内容主要包括：型式认证、项目认证、部件认证以及样机认证，国家能源局2014年发布的《关于规范风电设备市场秩序有关要求的通知》（以下简称通知）中规定了风力机的型式认证为强制要求[3]。

目前，风电领域的实验室在风力发电机组及其组件、风轮叶片、塔筒以及控制系统等多个领域均有检测认可项目，检测方法以国家推荐性标准为主，但尚无产品标准对其所有参数进行强制检测。

在风电领域的检验机构较少，主要针对风电场安全评价，风电塔筒、叶片、发电机等部件进行检验监造活动，其使用的标准有GB/T 20319—2017《风力发电机组验收规范》以及部分行业标准、地方标准和相关企业验收规程等，风电领域的检验机构尚存在着巨大的发展空间。

2 风电领域认可参数

依据GB/T 35792—2018《风力发电机组合格测试机认证》和通知要求，认证领域的检测项目包含型式测试检测项目和型式特性测量检测项目，主要包含的项目有：风电机组功率特性测试、风电机组机械载荷测试、风电机组叶片测试、风电机组噪声测试等。

风电实验室检测领域认可的检测项目较多、分类较细，除了风电机组型式认证检测外，还涵盖了风电机组的各种零部件性能检测以及风电机组并网检测项目。主要涵盖的检测项目有风电机组电能质量测试、风电机组低电压穿越能力检测、风电机组电网适应性检测、风电机组机械振动检测、风电机组控制程序软件质量检测以及风电场的电力系统检测等。

风电检验机构检验领域认可的项目相对较少，主要的认可对象有风电机组塔架、风电机组整机、风电机组零部件，主要包含的参数有检验见证、外观检验、资料审核、工厂检查、设备监造以及各种零部件检查等。

3 风电领域关键质控内容

在风电领域认可的实验室需要遵循CNAS-CL01：2018《检测和校准实验室能力认可准则》准则及其相关的应说明，检验机构需要遵循CNAS-CI01：2012《检验机构能力认可准则》及其相关应用说明，在各自的准则及应用说明中均对能够影响检验检测结果的因素进行了相关规定，实验室和检验机构应严格执行相关规定。

3.1 检验检测人员的技术能力

在实验室体系中，CNAS-CL01-G001：2018《CNAS-CL01〈检测和校准实验室能力认可准则〉应用要求》对实验室人员进行了详细的规定，检测人员及管理人员应根据专业和相关工作年限进行合理配置。由于风电行业是包含了多个专业领域的综合性行业，风电检测领域应包含各类专业领域的应用要求，即在满足准则的情况下，还应注意需要符合相关的应用说明，如CNAS-CL01-A003：2019《检测和校准实验室能力认可准则在电气检测领域的应用说明》、CNASCL01-A006：2021《检测和校准实验室能力认可准则在无损检测领域的应用说明》、CNAS-CL01-A011：2018《检测和校准实验室能力认可准则在金属材料检测领域的应用说明》分别在电器领域、无损检测领域、金属材料领域进行了额外的人员规定。

在检验机构体系中，CNAS-CI01-G001：2021《检验机构能力认可准则的应用说明》同样对检验人员进行了详细规定，通过对检验人员的培训考核、现场观察计划以及相关政策程序的识别，确保检验人员有能力按照要求胜任检验岗位。在满足准则的情况下，还应注意是否满足CNAS-CI01-A015：2020《检验机构能力认可准则在设备监理检验领域的应用说明》、CNASCI01-A004：2018《检验机构能力认可准则在其他工厂检验领域的应用说明》对设备监理检验和工厂检查检验领域的人员规定。

3.2 检验检测比对试验或能力验证

在实验室体系中，能力验证是一种常用且有效的质量控制手段，可以从场地、人员、设备、测试能力等方面公正公平地考核实验室是否具备检测能力，CNASRL01：2019《实验室认可规则》中规定，申请的技术能力需满足CNAS-RL02：2018 《能力验证规则》的要求，其规则中明确规定，只要存在可获得的能力验证，需在每个子领域至少参加1次，并在文件中规定了能力验证领域和频次，实验室在申请认可项目时应遵循以上2份文件。

目前在风电检测领域，暂时没有针对风电设备的能力验证项目，但由于风电设备涵盖了多个领域的零部件，实验室在进行申请认可项目时，应根据其领域特点，寻找相关领域的能力验证或测量审核项目，提前进行能力评估，如表1所示。

表1 风电设备检测子领域对应CNAS领域代码

在检验机构体系中，能力验证项目发展暂不成熟，只有近年来CNAS组织过部分项目的能力验证，暂没有能够独立组织实施的检验机构，因此，检验机构若想进行自身能力评估，只能通过机构之间的比对进行。由于检验活动多是依据经验、仪器作为辅助工具进行的评价活动，自由度高，且很多机构采用的标准均是自制的规程类文件，故也给机构进行统一性比对带来了困难。但依旧建议检验机构能够拆分检验子项目，进行比对试验，保证检验过程的统一性和检验结果的准确性。

3.3 风电检测参数不确定度

测量不确定度既可给出优化的测试结果和报告，还能为实验室的质量控制和提高提供不增大成本的有效途径。常规检测的标准不确定度通常是由A类评定和B类评定合成，GB/T 27418—2017 《测量不确定度评定和表示》中有详细的评定方法[4]。在风电检测领域，需要注意的是评定方式的适宜性以及B类评定影响因子的全面性，这样才能计算出准确的不确定度，可参考以下示例。

3.3.1 风力发电机组及其组件机械振动（实验室频率示值）测量不确定度评定

1）测量不确定度A类评定[5]

单次测量结果的标准不确定度[6]为

数据采集系统测量重复性引入的不确定度按A类评定

数据采集系统测量重复性引入A类相对不确定度

2）测量不确定度B类评定（假设概率密度分布为均匀分布）

①灵敏度非线性偏差引入的相对标准不确定度

式中：±A%为加速度传感器灵敏度非线性偏差指标。

②灵敏度非线性偏差引入的相对不确定度，

式中：±a%为加速度传感器横向灵敏度偏差，±b%为考虑电动振动试验台横向振动比指标，B%为最终偏差。

③通带平坦度偏差引入的相对标准不确定度

式中：±C%为加速度传感器通带平坦度的相对偏差。

④数据采集系统幅频响应引入的相对标准不确定度

式中：±D%为数据采集系统的幅频响应的幅值相对不确定度。

⑤数据采集系统失真所引起的相对标准不确定度

式中：±E%为数据采集系统失真技术指标。

⑥安装参数（如扭矩、电缆固定）影响引入的标准不确定度

式中：±F%为由于安装因素带来的误差。

3）实验室单频幅值测量相对标准不确定度合成为

实验室单频幅值测量相对扩展不确定为

3.3.2 叶片（疲劳）测量不确定度评定

为了评估风轮叶片的疲劳性能，需要借助等效损伤求解，得到疲劳试验的等效载荷为

假设叶片各截面的弯矩为线性分布，故单次循环的载荷为

式中：Meq为等效载荷；m为疲劳曲线斜率，与材料和应力形式有关；N0为实际循环次数；Neq为理论循环次数；k为弯矩M与应变ε的斜率关系；εmax为每次循环的最大应变。

在疲劳试验过程中，应变幅值变化不大，不确定度评定时，可认为每次循环的最大应变εmax是恒定的，故等效载荷公式可以转化为

式中：N0、Neq、m均为定值；故等效载荷的标准不确定度为

式中：μk为斜率k的标准不确定度；μεmax为最大应变的标准不确定度。

可简化为

式中：Uk为斜率k的扩展不确定度；μεmax为最大应变的相对扩展不确定度。即

故等效载荷的计算过程只需要考虑斜率k标定引入的不确定度和应变εmax测试引入的不确定度。

1）回归的标准偏差s

式中：Mi为相对于εi的测得值；M为回归直线上取得εi对应的弯矩值。

2）斜率k的标准不确定度

①斜率k的标准不确定度

②斜率k的扩展不确定度

t的取值根据JJF 1059.1—2012《测量不确定评定与表示》中附录B所得。

3）斜率k的A类不确定度

疲劳试验过程中一般需要进行多次标定，故斜率k会有n组数据，其结果为k1、k2…kn。

4）斜率k的合成不确定度为

式中：n为疲劳试验过程中的总标定次数。

5）应变测试的不确定度评定

应变测试系统扩展不确定Uεmax可由应变测试系统的校准证书得到，故应变总的相对扩展不确定度为Uεmax=Ur。

6）等效载荷的扩展不确定度评定

等效载荷扩展不确定UMeq=2μMeq（k= 2，U～95%）即

7）截面平均等效载荷的不确定度评定

若几面由多个应变片测量获得多个等效载荷，通过取平均值的方式求得界面平均等效载荷，所以不确定度的评定还需要考虑A类不确定度，故截面平均等效载荷的扩展不确定为

3.4 风电领域仪器设备计量要点

风电检测仪器设备是开展活动的基础，随着科学技术的发展，不论是标准还是仪器，对测量精准度的要求，都有了进一步的提高，加强仪器设备的计量管理，不但能确保检测质量，还可提高检测精度，在风电领域设备的计量管理方面，只有更进一步完善管理机制，才能有效地开展检测活动。对于风电领域检测设备的计量要点如表2所示。

表2 风电领域检测设备的计量要点

4 总结

目前实验室和检验机构的风电领域认可体量均相对较小，但随着传统能源的不断消耗，国家以及国际市场对清洁能源发展的支持力度也在逐渐增强，风电领域的检验检测需求势必会迎来风口，在风电检验检测行业蓬勃发展的同时还需注意检测仪器的创新性以及安全性，保证检测人员能够安全准确的进行合格评定活动。

风电实验室以及检验机构应时刻关注相关认可说明以及检验检测方法的更新，严格按照认可规则准则的内容配置实验室和检验机构的人员、设备、环境等硬件设施。同时，对于质量控制方面，建议相关机构在满足基本要求的同时，尽可能参加试验比对、能力验证等活动，保证检验检测结果准确性。