《风能》封面故事 | 极限验证，摸清风电机组可靠边界

达标只是底线，测到设备失效才是目标。

白毛风横扫的河北丰宁荒野，气温已跌至零下30摄氏度，一个“风电+储能+制氢”示范项目现场，却仍有工程师在进行严寒环境下风电机组设备调试验证。几乎同一时间，另一支队伍奔赴我国最北端，将机组状态监测设备运送至漠河高纬度低寒试验站，在-36℃的天然低温环境下开展三个月不间断运行可靠性考核。还有一批运输车拉着机舱、叶片、塔筒，穿行在东北、新疆等地冻裂的公路上，进行大部件长途运输可靠性测试。

大唐向阳风电有限公司胜利风电场

这一系列在冬天开展的机组实测工作，是远景能源命名为“冬季攻势”的极限验证行动，目的是将设备放到苛刻的条件下运行暴露的各类问题，收集转化为新型风电机组的设计依据。

“本质上讲，风电机组大型化发展后，行业出现了一批典型的全新问题。其一，原有设计标准界定的诸多工况，已逐渐无法适配大型机组的运行场景，适用性持续下降；其二，现有标准中的部分条款，定义较为笼统、细节不够完善。”近日，远景能源测试验证总工程师钟大伟在接受《风能》采访时表示，在机组尺寸、单机容量持续突破的今天，极限验证已成为远景能源保障产品全生命周期可靠运行的重要举措。

远景能源测试验证总工程师钟大伟

随着机组单机容量与风轮直径持续增大，我国风电技术迈入全新“无人区”，传统设计理念的局限性日益凸显。在远景能源看来，极限验证是确保大型机组可靠运行的必要条件。

压力验证是极限验证的首要目标，识别行业标准还没有明确界定，实际运行中易被忽视的机组工况，将模糊、空白的运行场景转化为清晰、规范的设计输入。

例如，长叶片在运输过程中的摆幅明显增大，极易出现部件磕碰、支撑点位损伤；风轮尺寸扩大后，叶根螺栓对安装偏差的敏感度也大幅提升，以往能忽视的细微偏差，如今可能引发机组失效。此外，涡激振动的影响也随机组大型化越发严重，传统设计标准并未作出明确规范。

“因此我们现阶段首要解决的问题，是把以往监测盲区、行业标准未覆盖的工况与潜在风险逐一识别、精准定义，形成全新的设计输入。”钟大伟说道。

耐力边界验证，是远景极限验证体系的第二大目标。在机组设计过程中，工程师们会为设备预留安全运行余量。但传统设计多基于理论假设，难以精准界定合理余量。“我们要在满足行业标准的前提下，进一步探明产品真实性能边界。”钟大伟解释道。

极限验证的核心价值，是精准测出各机组平台的真实耐力边界，明确现有设计的安全冗余空间，反向指导设计阶段的余量设定，摆脱以往依靠经验主观预留余量的模式。

模型标定是极限验证的第三项目标。在极限验证完成失效分析后，工程师们会迭代升级自研设计工具与多层级仿真体系，扩充工况样本储备、修正模型计算偏差，实现实物测试与数字仿真的闭环联动。

“极限实测的投入成本极高，无法依靠实物测试解决所有机型、所有技术问题，行业未来的大部分验证工作，还是需要依托数字仿真落地。”钟大伟解释，“只有仿真模型的精度足够高，产品初始设计的参数标准才能更科学合理，后续新机型的性能评估也会更为精准高效。”

远景能源智慧风电测试验证中心

为实现上述三大目标，远景能源持续为极限验证工作投入大额资金。“一套全新的海上风电产品平台，测试验证投入约1.5亿元至2亿元。这还不包含测试中心的基建投入，自2018年投运以来，我们对测试中心的累计投资已超4亿元。”钟大伟表示。

在远景能源看来，这些高额投入是值得的。作为自研自制体系高度完善的风电整机商，若不在产品开发前期就做好极限验证，机组批量投运后，全生命周期产生的COPQ（劣质质量成本）规模可能会达到数十亿元甚至上百亿元。

“认证要求对远景而言只是底线。”钟大伟直言。无论是系统级还是部件级测试，远景的极限验证都以做到设备失效为目标，找出最先损坏的部件，随后进行多轮优化测试迭代，以确保产品满足其设计使用寿命。

为最大化挖掘产品性能极限，即便现场自然工况不够严苛，工程师也会人工创造更极端的测试条件。“比如现场风剪切强度不足，我们通过控制策略人为提升设备载荷；自然湍流强度不够，我们通过设置极限工况持续逼近运行极值。有时看上去还是比较疯狂的。”

例如，在样机测试过程中，工程师通过调整桨角和转速控制策略，提升整机弯矩与载荷波动幅度。还会采用更大的风轮匹配常规机组的“小马拉大车”测试方式，探出传动链性能极限，摸透整机载荷的真实边界。

除测试工况更严苛外，极限验证的测试周期也远超常规水平。以齿轮箱测试为例，行业常规测试时长约50小时，远景海上大兆瓦齿轮箱的系统级测试运行时长已超1000小时，且测试工作仍在持续推进。

据介绍，远景自研自制齿轮箱在常规测试、鲁棒性测试的基础上，会持续开展加速疲劳寿命测试。工程师通过为齿轮箱施加至少130%额定载荷，模拟机组全生命周期运行状态，以捕捉设备失效为最终目标，超载工况下的测试时长不低于1000小时，严苛程度较传统开发验证标准至少提升20倍。

远景齿轮箱弯扭耦合系统测试台

远景极限验证的测试体系也更为完备。目前，该公司已构建起“材料、子部件及工艺”、“部件”、“系统”、“风电机组”、“风电场”五层递进的完整验证体系，从底层基础材料到真实风场整机运行层层校验，将各类运行风险消解在产品开发阶段。尤其是系统级与风电场级测试，是远景在行业通用的风电机组开发流程上，增设与强化的环节。

常规风电开发流程中，部件测试一般只关注单一零件性能，整机测试则关注机组整体运行状态。而远景的系统级测试，额外又将机组分为三大系统，分别是风轮系统、机械传动链系统、电气传动链系统，在零部件测试完成后，分别进行极限验证。风电场级测试则是将整机部署至工况多变的真实项目现场，在复杂风况、极端气候、特殊路况下开展实战化可靠性检验。

全面布局风电机组及核心零部件自研自制后，远景能源摸清了部件与整机的耦合运行规律，极限验证由此成为产品研发过程中不可或缺的手段。

远景能源自研自制传动链产品

2018至2019年，远景能源完成首轮系统性极限验证工作，将4台安装有700个监测传感器的样机部署至全国各地，开展高强度极限测试，每天产生高达400G的实测数据。

“我们耗时五年才全面消化了这批数据。当时远景逐轮拆解、分析了每一组传感器数据，找到其对产品设计的反哺价值，同时邀请各领域资深专家多轮审核盘点、打磨复盘，彻底吃透实测数据。”钟大伟表示，首轮极限测试累计排查出七八类重大问题、二三十类细微隐患，让绝大多数设备风险在样机阶段充分暴露，不仅为远景自研自制风电机组筑牢了技术基础，更直接孵化出远景伽利略平台。

“伽利略平台内部数十个关键模型，最初的标定数据均来源于这一轮实测成果。”钟大伟透露。随着后续测试样机持续扩容、实测数据不断积累，伽利略平台实现持续的迭代升级。如今，依托极限验证沉淀的海量实测数据集，远景正不断训练、优化伽利略AI风电机组，赋能产品智能升级。

远景自研自制齿轮箱迄今出货量超过15000台，扎根全球1100+座风电场

在实现自身产品迭代升级的同时，远景能源积极向外输出极限验证技术经验，助力行业发展。2025年5月，由全国风力发电标准化技术委员会牵头、远景能源主导的国家标准《风能发电系统可靠性》，在上海启动编制。

今年6月，该标准正式发布。远景能源高级副总裁、首席产品官、风机与装备产品平台总裁娄益民指出，标准是行业的“通用语言”，也是产业竞争的“制高点”。远景致力于成为全球客户可靠可信赖的合作伙伴，未来将依托近 20 年深度制造沉淀而来的技术实力和体系化的质量管控能力，持续引领行业关注和提升风电机组可靠性水平，驱动中国风电从“规模扩张”迈向“质量跃升”，筑牢新型电力系统稳健运行的根基。