[发明专利]一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法

说明书

本发明公开了一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法，包括：安装高分子加热膜；布设测温光缆；温度标定；低功率加热测试；覆冰点判定；高功率加热除冰。本发明利用DTS技术，对风机叶片的覆冰情况进行监测，温度的变化引起光纤中光信号的变化，通过进行信号解调，得出光纤不同位置处的温度分布；再根据光纤的温度分布启动对应位置的加热电阻，对于覆冰区域进行实时加热除冰，从而实现一种自反馈的电热除冰方法。

技术领域

本发明属于分布式光纤传感技术领域，具体涉及一种基于DTS系统的风机叶片自反馈防冰除冰方法。

背景技术

传统能源过度消费，能源安全和生态环境问题因此愈发严峻，全球正在积极探索清洁可再生能源的发展之路。风能作为一种取之不尽的新能源，在南方及沿海发达城市均存在丰富的资源，大力推进风电产业的发展，对我国能源结构调整和整个生态文明建设都具有促进作用。

风电场为了更好的获取风能，常建设在海拔较高的高山和丘陵地区。南方地区冬季气候低温高湿，且风资源主要以分布在高海拔的山区和湖泊为主。伴随着气温的降低，经常遭遇低温冻害天气，这种高湿低温的天气常常会给风电发电机的叶片带来覆冰的影响。风力发电机叶片的覆冰对风力机组的安全稳定生产带来了重大影响，研究风力机组防覆冰技术具有重要意义。

叶片覆冰主要集中在前缘区域和尾缘部分，这会显著的影响叶片的形状和粗糙度，改变原有叶片的空气动力特性。覆冰累积与不规则脱落会造成机组输出功率下降，振动加剧损坏传动件、连接件；严重影响风轮、传动链寿命及整机寿命；工况严重时，导致叶片断裂。叶片覆冰后，随着气温回升，冰块会脱落，存在极大的安全隐患。

当前，针对风机叶片结冰监测，主要以人工观察、地面红外探测为主，通过对质量和冰层反光灯直接探测，或者通过传感器监测发电功率，根据工作人员的经验进行叶片故障判别，观测效率低。识别率精度差，无法客观实时性地对风机工作状态进行评估。

常用的风机叶片除冰方法包括主动除冰和被动除冰。主动除冰包含热除冰、电除冰和机械除冰。被动除冰主要包含疏水涂料、光热涂料和喷洒化学药品等方法。主动除冰中，热能防冰除冰利用各种热能加热叶片，以达到防冰和除冰的目的，具有较广的适用性，但消耗的电能多、改造投入的成本大。电热防冰除冰为在叶片制作时内置加热膜，能较好地实现防冰、除冰，但该方案不适用于风场现有叶片的改造升级，且存在较大的雷击风险，损坏后维修困难。被动除冰主要包含涂层防冰和喷洒化学药品等方法。涂层防冰的原理是荷叶效应，使水不易在表面浸润和附着，表面不易结冰。但现有的涂层防冰技术不能完全解决叶片结冰问题，且涂层本身寿命较短，长期防冰效果并不理想。

在主动除冰中，采用电热元件的电热除冰效率较高，是目前各厂商倾向的防除冰方案。传统的电热除冰技术中一般使用金属电阻丝或金属网，容易与叶片产生界面问题，并存在局部过热的危险。

公开号为CN110118157A的发明中公开了一种风力机叶片除冰方法、装置、叶片及风力机，包括：检测叶片前缘至少两个位置的结冰程度，根据结冰程度判断叶片前缘的结冰等级，根据叶片前缘结冰等级选择第一加热等级、第二加热等级或第三加热等级中的一种进行加热；其中，至少两个位置包括叶尖前缘和叶根前缘；第一加热等级的加热区域为叶片前缘前端加热区域，第二加热等级的加热区域为叶片前缘两侧加热区域；叶片前缘前端加热区域的加热功率密度大于叶片前缘两侧加热区域的加热功率密度；该发明能够实时准确的检测叶片前缘不同区域的结冰程度，降低加热功率的同时能够进行快速、有效的融冰，并能够降低除冰成本，提高发电量。然而，该发明需要采用结冰传感器对结冰程度进行判断，同时，虽然进行了分区域加热，但并未涉及局部过热的技术问题。