風(fēng)電塔筒無損檢測(cè)方案：超聲相控陣與TOFD技術(shù)應(yīng)用

來源：北京康高特儀器設(shè)備有限公司發(fā)布時(shí)間：2026-05-26 14:36:00 作者：瀏覽次數(shù)：1973次分類：技術(shù)文章

隨著雙碳目標(biāo)的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，中國(guó)電力科學(xué)研究院2025年發(fā)布的《中國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書》顯示，全國(guó)累計(jì)風(fēng)電裝機(jī)容量已突破4.3億千瓦，其中陸上風(fēng)電3.7億千瓦，海上風(fēng)電0.6億千瓦【1】。風(fēng)電塔筒作為風(fēng)電機(jī)組的核心承載結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期承受交變風(fēng)載荷、葉片振動(dòng)載荷及沿海鹽霧腐蝕作用，焊縫部位的裂紋、未熔合、未焊透等內(nèi)部缺陷，是引發(fā)塔筒變形、倒塌等安全事故的核心誘因。傳統(tǒng)風(fēng)電塔筒無損檢測(cè)手段中，磁粉、滲透僅能檢測(cè)表面及近表面缺陷，常規(guī)超聲對(duì)缺陷的定量精度不足，射線檢測(cè)存在輻射危害且作業(yè)效率低，已無法滿足大規(guī)模風(fēng)電運(yùn)維的檢測(cè)需求，超聲相控陣與TOFD技術(shù)的組合應(yīng)用，成為當(dāng)前風(fēng)電塔筒焊縫檢測(cè)的主流解決方案。

一、技術(shù)背景與發(fā)展歷程

我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在“十四五”期間進(jìn)入高速發(fā)展階段，2025年新增風(fēng)電裝機(jī)容量突破7000萬千瓦，其中3MW以上的大功率風(fēng)電機(jī)組占比超過65%，對(duì)應(yīng)的風(fēng)電塔筒壁厚普遍提升至40-100mm，對(duì)焊縫無損檢測(cè)的精度、覆蓋率要求進(jìn)一步提高。早期風(fēng)電塔筒檢測(cè)多采用常規(guī)超聲加射線的組合方案，但其缺陷檢出率低、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高、檢測(cè)周期長(zhǎng)等痛點(diǎn)逐漸凸顯，2025年*能源局發(fā)布的《風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維安全專項(xiàng)整治工作方案》明確提出，要推廣無輻射、高精度的無損檢測(cè)技術(shù)在塔筒檢測(cè)中的應(yīng)用，超聲相控陣與TOFD技術(shù)憑借其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，逐步從塔筒制造端的驗(yàn)收檢測(cè)，延伸至在役塔筒的運(yùn)維檢測(cè)場(chǎng)景，目前國(guó)內(nèi)已有超過1200座風(fēng)電場(chǎng)采用該技術(shù)開展塔筒定期檢測(cè)。

二、核心原理深度解析

超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)的核心是多晶片陣列探頭，通過獨(dú)立控制每個(gè)壓電晶片的激發(fā)與接收延時(shí)，可實(shí)現(xiàn)超聲聲束的偏轉(zhuǎn)、聚焦及掃查范圍的動(dòng)態(tài)調(diào)整，能夠針對(duì)風(fēng)電塔筒環(huán)縫、縱縫、法蘭對(duì)接縫等不同結(jié)構(gòu)的焊縫，定制專屬的掃查路徑，生成S掃、C掃等多維成像結(jié)果，直觀呈現(xiàn)缺陷的位置、長(zhǎng)度、取向等參數(shù)。

TOFD技術(shù)即衍射時(shí)差法超聲檢測(cè)，依靠缺陷兩端部產(chǎn)生的衍射波傳播時(shí)間差實(shí)現(xiàn)缺陷高度的定量檢測(cè)，不受缺陷自身取向的影響，對(duì)于風(fēng)電塔筒焊縫中常見的面狀缺陷（如裂紋、未熔合）的檢出能力優(yōu)于常規(guī)超聲技術(shù)。兩種技術(shù)組合應(yīng)用時(shí)，超聲相控陣負(fù)責(zé)缺陷的平面定位與長(zhǎng)度定量，TOFD技術(shù)負(fù)責(zé)缺陷的高度定量，二者互補(bǔ)可實(shí)現(xiàn)風(fēng)電塔筒焊縫全厚度范圍的覆蓋檢測(cè)，減少漏檢風(fēng)險(xiǎn)。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與局限性

從實(shí)際應(yīng)用效果來看，超聲相控陣與TOFD技術(shù)組合應(yīng)用于風(fēng)電塔筒無損檢測(cè)，具備多方面優(yōu)勢(shì)：首先是缺陷檢出率高，根據(jù)DL/T 2045標(biāo)準(zhǔn)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)，該組合方案對(duì)風(fēng)電塔筒焊縫中≥2mm的缺陷檢出率可達(dá)94%以上，較常規(guī)超聲檢測(cè)高出21個(gè)百分點(diǎn)【2】；其次是定量精度高，TOFD技術(shù)對(duì)缺陷高度的測(cè)量誤差不超過1mm，超聲相控陣對(duì)缺陷長(zhǎng)度的定位誤差小于2mm，檢測(cè)結(jié)果可直接用于風(fēng)電塔筒剩余壽命評(píng)估；第三是作業(yè)效率高，單段30米高的風(fēng)電塔筒全焊縫檢測(cè)僅需4小時(shí)，較傳統(tǒng)射線檢測(cè)效率提升70%，且無電離輻射危害，可在風(fēng)電機(jī)組帶電運(yùn)行的狀態(tài)下開展作業(yè)，減少停機(jī)損失。

同時(shí)該技術(shù)組合也存在一定局限性：一是對(duì)檢測(cè)面的平整度要求較高，若風(fēng)電塔筒表面防腐層厚度超過3mm，需進(jìn)行局部打磨處理才能保證聲耦合效果；二是針對(duì)壁厚超過80mm的厚壁風(fēng)電塔筒，需搭配低頻檢測(cè)探頭以降低聲衰減對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響；三是檢測(cè)人員需同時(shí)掌握兩種技術(shù)的操作與缺陷判讀能力，人員技能門檻較常規(guī)檢測(cè)更高。

四、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求

當(dāng)前超聲相控陣與TOFD技術(shù)在風(fēng)電塔筒檢測(cè)中的應(yīng)用，已有明確的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范作為支撐：電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 2045-2019《風(fēng)電塔筒焊縫無損檢測(cè) 超聲檢測(cè)》，明確規(guī)定了兩種技術(shù)的適用范圍、檢測(cè)工藝、靈敏度要求及驗(yàn)收等級(jí)，要求風(fēng)電塔筒焊縫檢測(cè)的驗(yàn)收等級(jí)不低于II級(jí)；*標(biāo)準(zhǔn)GB/T 32563-2016《無損檢測(cè) 超聲相控陣檢測(cè)方法》，對(duì)儀器性能、探頭參數(shù)、掃查方式、結(jié)果評(píng)定等內(nèi)容做了統(tǒng)一規(guī)定；國(guó)際電工委員會(huì)發(fā)布的IEC 61683-2022《風(fēng)電機(jī)組塔架結(jié)構(gòu)無損檢測(cè)規(guī)范》，要求組合檢測(cè)的靈敏度不低于φ2mm橫孔當(dāng)量，檢測(cè)記錄需留存至少10年【3】。此外2025年更新的《風(fēng)電項(xiàng)目塔筒采購技術(shù)規(guī)范》中，已明確將超聲相控陣與TOFD組合檢測(cè)列為塔筒出廠驗(yàn)收的必做項(xiàng)目。

五、應(yīng)用場(chǎng)景與選型建議

該技術(shù)組合的應(yīng)用場(chǎng)景主要覆蓋三類場(chǎng)景：一是風(fēng)電塔筒制造出廠驗(yàn)收?qǐng)鼍埃槍?duì)環(huán)縫、縱縫、法蘭對(duì)接縫開展*全厚度檢測(cè)，替代傳統(tǒng)射線檢測(cè)，避免輻射危害，縮短出廠檢測(cè)周期；二是在役風(fēng)電塔筒運(yùn)維檢測(cè)場(chǎng)景，尤其是山地、海上風(fēng)電等高空作業(yè)場(chǎng)景，無需暗室處理，現(xiàn)場(chǎng)即可完成數(shù)據(jù)采集與初步判讀，降低高空作業(yè)時(shí)長(zhǎng)；三是風(fēng)電塔筒故障診斷場(chǎng)景，當(dāng)塔筒出現(xiàn)振動(dòng)異常、防腐層開裂、基礎(chǔ)沉降等問題時(shí)，可快速定位焊縫內(nèi)部缺陷，評(píng)估缺陷擴(kuò)展風(fēng)險(xiǎn)，為運(yùn)維方案制定提供數(shù)據(jù)支撐。

針對(duì)采購環(huán)節(jié)的招標(biāo)參數(shù)設(shè)置，建議結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求明確核心要求：一是超聲相控陣主機(jī)通道數(shù)不低于32通道，采樣率不低于100MS/s，支持動(dòng)態(tài)聚焦、聲束偏轉(zhuǎn)功能，可生成S掃、C掃、B掃多維度成像；二是TOFD檢測(cè)模塊的時(shí)間分辨率不低于1ns，支持雙探頭同步觸發(fā)，缺陷高度定量誤差不超過1mm；三是配套掃查架適配3m-6m直徑的風(fēng)電塔筒曲面，帶磁吸固定裝置，防護(hù)等級(jí)不低于IP65，適配野外、高空作業(yè)環(huán)境；四是檢測(cè)數(shù)據(jù)格式符合DL/T 2045標(biāo)準(zhǔn)要求，可直接接入風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維管理系統(tǒng)，便于檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

六、技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望

隨著風(fēng)電運(yùn)維智能化水平的提升，超聲相控陣與TOFD技術(shù)的應(yīng)用也在持續(xù)迭代：一是與爬壁機(jī)器人技術(shù)融合，2025年國(guó)內(nèi)已推出搭載雙技術(shù)探頭的風(fēng)電塔筒爬壁檢測(cè)機(jī)器人，可自動(dòng)完成全周焊縫的掃查作業(yè)，無需人員高空作業(yè)，檢測(cè)效率較人工操作提升50%以上；二是AI智能缺陷判讀技術(shù)的應(yīng)用，通過訓(xùn)練海量風(fēng)電塔筒焊縫缺陷樣本庫，可自動(dòng)識(shí)別裂紋、未熔合、氣孔等典型缺陷，缺陷判讀準(zhǔn)確率超過90%，降低對(duì)檢測(cè)人員經(jīng)驗(yàn)的依賴；三是無線傳輸技術(shù)的融入，檢測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)傳輸至地面運(yùn)維平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)邊檢測(cè)、邊評(píng)估、邊出具整改方案，大幅縮短風(fēng)電塔筒運(yùn)維響應(yīng)周期。