风力发电是近几年我国发展起来的一种新的可再生能源。在技术上，风能技术是一项集材料、空气动力学、计算机应用、结构力学等多学科应用技术于一体的新技术，而风力发电又是目前风力发电领域的一个热点，对其进行定期的非破坏性测试，可以有效降低设备的投资成本，延长电气设备的使用寿命，对相关技术研究具有重要意义。
1 风力发电设备无损检测技术及应用
1.1 监测发电机与电力电子设备
风能发电由功率电子和电磁两大类组成，这些部件的可靠性是衡量风能设备性能的一个重要指标。在风能设备的安装和使用中，振动、湿度、温度、封装形式等都会对设备的内部结构产生影响，严重时会引起部件的损伤。风力发电设备收集的风力首先经过叶片，然后经过主轴和齿轮箱，再由发电机把风力转换成电力。风力涡轮机的叶片是一种弹性结构，在风力作用下，其上的空气流动和惯性力都是不可确定的，并且具有很强的随机性。由于外力的耦合和影响，发电机会发生自激谐振，也就是颤振。在发散的情况下，风能设备会受到损害。另外，由于各种因素，在风力发电机的运转中，振动幅度和频率都会超出风机的负荷，从而对风机的正常工作造成不利影响。目前在风电机组中应用的非破坏性测试方法主要有热成像、电磁感应、扫地雷达等，除风电动机的机械部件容易损坏，风力、温差和潮湿的环境也会削弱导线的耐压、腐蚀和接触电阻。从电力电子的角度来看，由于电流经过半导体器件时的功耗产生的热量，是造成发电机部件失效的重要因素，因此当前风电机组实时监测技术和方法还存在着很大问题，需要加强对电力电子设备的实时监测。
1.2 预估齿轮箱寿命
在常规工况下，风机的齿轮箱以铝合金和不锈钢为主，可承受较大的载荷，但在安装时易产生疲劳磨损。当风能发生突变或有腐蚀性的海洋活动时，会造成设备的腐蚀裂纹，这些问题会引起风机的运行或动力系统的故障。在对变速箱进行无损检测时，要保证其工作性能不受影响，就需要开发出满足其性能和材料需求的检测手段。目前，风电机组的齿轮箱检测技术有：一是采用电磁法进行二维 ACFM检测，巴克豪森采用非破坏性检测技术；二是建立一个用于检测齿轮箱的振动分析方法；三是对变速箱进行内部分解，并将其与温度监测系统结合起来。
1.3 塔筒无损检测技术
风能塔筒多采用低合金材料，在焊接工艺中容易产生弧状焊痕。由于大多数塔筒都是用埋弧焊或涂药进行清洁，因此塔筒表面会出现大量的气孔夹渣。塔筒裂纹的类型有热裂纹、收弧裂纹、延迟裂纹等，它们会在塔体上快速蔓延，并对设备的承载力产生损害。从现有的研究结果来看，塔管的非破坏性测试技术包括超声波、磁粉技术和射线探测技术。
1.4 实时监测风电系统运行状态
根据风电机组的能量转换特性，电力系统的网络结构十分复杂，采用一体化技术与在线监控相结合，可以对设备的工作效率进行评估，并对其稳定性进行监控。无线传感器网络采用传感器技术、嵌入式技术、无线通信技术、分布式处理技术，实现了无线传感器网络中各节点之间的通信。到目前为止，对风电机组运行状况的监测方法主要有：（1）采用非破坏性测量技术和监测结构结合的红外成像技术。(2)根据监测技术的基本模型，对设备在极其恶劣的工作条件下的线路腐蚀和老化状况进行评价，并对其进行实时监测。(3)将各种电子系统的变换器和发电机进行比较，采用图像检测技术，在检测的过程中，如果发现故障可以进行动态优化。为了确保风力发电系统的精度和效率，必须充分考虑在特定条件下的高通信率，使其能够适应不同的环境。(4)合理地收集、压缩、集成信息、缩短取样时间、数据结构和容错技术。(5)积极发展 MAC和路由协议，这些协议可以整合到风力发电系统中，以进一步提高数据传输的效率，并解决死锁和活锁问题。
1.5 风力发电设备叶片检测与分析
风机叶片对外部环境的影响较大，在工作过程中，由于受到外力的作用，叶片在拉弯过程中很容易受到损伤。在常规工况下，风机叶片的寿命大约在20年，但是由于不能对其在实际工作中的损坏程度进行评价，也就是不能对其实际使用寿命进行评定。为此，必须对风机进行非破坏性的测试，以确保风机的正常运转。当前，叶片无损检测技术分为以下几大类：一是采用红外成像与超声技术进行无损检测，具有技术融合的优势；二是以传感技术为基础，以智能材料为基础的新型光纤传感技术，以实现对健康叶片的实时监控；三是主动式和被动式，目的在于实现电磁热成像。
2 风力发电设备无损检测技术具体应用———以风力机叶片无损检测为例
红外热成像技术是利用被测物体表面的热量激励，检测物体表面的热辐射，进而判定物体的内部构造。近年来，随着红外热成像技术的不断发展，红外热激励的非破坏性检测技术也越来越受到人们的重视。
2.1 风力机叶片结构解读及主要缺陷分析
大型风力发电机组的叶片大多由玻璃钢制成，叶片分为前缘、主梁、后缘和主梁两侧的芯材。风机叶片的主要部分主要采用单轴纤维布，而不是主梁部分则是由巴沙木或聚氯乙烯泡沫等材料制成的芯料，以降低风机的工作品质。
2.2 风力机叶片主要缺陷分析
风力发电机的叶片结构多为多层结构，其厚度有很大的特点，叶片的表面是不规则的，在加工过程中容易出现不均匀性。在传统的情况下，风轮的横截部分是用环氧树脂黏合而成的玻璃钢环氧树脂加强材料，在叶片的真空注胶过程中，每一层的内部都会产生不均匀的现象，也就是层状设计的缺陷。
2.2.1 褶皱
风机叶片多采用手工铺制的方式，一次成形。在真空注胶过程中，由于人工作业造成了叶片铺面平整程度不高，容易产生褶皱。一般而言，风力发电机的叶片折叠分为凹型和凸型，无论哪一种类型的折型都会对风机的工作产生一定影响。
2.2.2 裂纹
叶片是风机的关键部件，长时间运转，容易造成叶片内部或表面出现微小的裂缝，这种裂缝在检测时不易发现。在没有及时处理的情况下，叶片开裂会逐渐扩大，由毫米级扩展至微米级，最后形成较大的裂缝，所以必须对裂缝的关键部位进行实时的监测和分析。
2.2.3 分层设计缺陷
风力发电机叶片分层设计的缺陷是指在生产过程中，容易出现树脂含量不够或者是真空排放，而在叶片输送过程中，由于内部的褶皱会产生裂缝，从而形成层间间隙，从而使各个结构层之间产生隔断。分层问题会使叶片黏合部分产生黏合，从而使叶片强度降低，严重时会造成叶片的铺层和结构层脱落。因此，在叶片制造过程中，必须重视产生分层的原因，从而保证叶片的使用寿命。
2.3 风力机叶片红外热成像无损检测
针对风机叶片的设计缺陷，将其作为非破坏性试验的一个重要参数。本文主要针对某地区的风轮发动机进行了红外热成像的非破坏性测试，此区域内共有10个1.5 MW风力发电机的叶片，对主梁的裂纹、褶皱、分层、白化等问题进行了全面的分析。主梁采用玻璃钢和 PVC复合结构，主要采用 PVC材料。现场的风机功率为1.5 MW，风轮机的叶片型号HT34，长度34米，弦长3米，该探伤装置的激发效率高，热激发均匀，并且具有丰富的自由度和激励方式，能够满足现场勘察的要求。为了更好地输入资料，本文采用了最新的热象获取系统。在探测之前，先从叶片根部，一直扫描到叶片尖端，寻找叶片表面的瑕疵，并进行标记。由于外界条件和长时间的激励导致的不均匀加热，所获得的影像资料非常模糊，很难分辨出叶片有没有故障。通过对红外图像进行不均匀修正和红外图像增强等方法，可以有效地去除背景噪声。采用 MATLAB仿真软件对红外图像进行了仿真，能够有效地修正红外图像的不均匀度。由于该系统的软件接口上有一个加强键，可以随时对图像进行增强运算。同时，通过软件设定了屏幕截屏的功能，可以实时采集到加热和冷却过程中的红外图像。
2.4 风力机叶片红外缺陷图像分析
风轮机的叶片是由不同的材料组成的，是一种多相系统，其材料与结构都是整体成型的。在风力发电叶片的结构成形过程中，由于外部环境的影响，叶片的缺陷是无法避免。同时，由于叶片在运行过程中容易出现多种类型的损坏，这些损坏对其安全构成了很大威胁。通过对风机叶片的检测，可以很好地识别出叶片的表面缺陷，同时，通过红外成像可以对探测结果进行直观的判断，可以观测到细微的温度变化，并对热象进行有效处理，获得风电机叶片内表面的纹理和缺陷，其图像不均匀度小于10%，与现场打磨的结果基本一致。利用现有的风力电动机叶片的非破坏性测试技术，可以通过采集叶片缺陷的资料，对叶片的维修和可靠性进行量化评估，并对其寿命进行估算。为了提高风机的安全性能，必须对风机进行定期的检修，观察叶片的状况，排除故障隐患，采取有效预防措施，确保风电机组的正常运转。总体上，通过对叶片损伤状态的评价和合理的无损检测技术，可以降低叶片维修和后期维修所需的高昂运行费用，采用红外热成像处理技术可对大型风电机叶片进行无损检测，有效评估叶片健康状态。
3 结论
由于风能设备的非破坏性试验很容易受外界环境的影响，并且各类传感器所包含的信息量不一样，所以在风电场监控中，必须采取降低系统的自重，以增强整体的稳健性，并将多种检测手段综合比较，将各类传感器信息整合起来，以达到对其健康状况的评价。