博思创至科技螺栓在线监测风电解决方案

一、风电行业政策背景

在双碳战略推动下，我国风电产业高速发展，大兆瓦机组、高塔筒、大基地项目大规模落地，机组单机容量、塔筒高度持续刷新，设备结构安全与全生命周期运维成为行业重点关注方向。国家能源局在 “十四五” 能源科技创新规划中明确提出推广风电场数字化、智能化运维，推动设备健康管理体系建设，实现从定期检修向预测性维护转型国家能源局。

行业标准层面，《陆上风电场工程安全监测实施技术规范 NB/T 113732023》提出对塔筒法兰、基础锚栓等关键螺栓连接开展受力监测的相关要求；《风能发电系统 风力发电机组高强螺纹连接副安装技术要求》国标修订、《风电机组高强螺栓松动监测装备技术规范》立项，进一步推动高强螺栓在线监测规范化，鼓励通过传感监测手段提前识别螺栓预紧力衰减、松动失效风险，防范倒塔、部件断裂等重大安全事故。

随着风电平价时代到来，降本增效、减少非计划停机、降低高空作业风险成为风电场运营核心诉求，传统人工定期复检模式已难以匹配大型化风机安全管控需求，螺栓在线监测技术逐步由可选配置向刚需配置演进。

二、风电行业螺栓运维痛点

风机塔筒法兰、基础锚栓、机舱连接等位置分布大量高强度螺栓，长期承受交变风载荷、振动冲击、温差及户外腐蚀环境，螺栓预紧力会发生缓慢衰减，极易出现松动、疲劳损伤，引发链式失效，严重时造成塔筒倾斜、设备损毁，带来高额经济损失与安全风险。

1、检测手段存在盲区，隐患发现滞后：传统运维依靠停机人工扭矩复检、超声波离线抽检，属于间断式检测，只能获得某一时刻状态，无法捕捉运行过程中预紧力缓慢衰减、突发松动，大量隐患处于监测盲区，故障暴露时往往已经发生损伤。

2、运维成本高，停机损失大：塔筒螺栓处于高空位置，人工检测需要停机、高空攀爬作业，作业风险高；全面复检耗费大量人力，停机直接损失发电量，山地、偏远风场运维难度进一步放大。

3、传统监测方案落地限制多：部分有线监测方案机舱、塔筒布线复杂，施工改造工作量大；电池供电传感器存在电池寿命问题，后期需要频繁登塔更换，增加运维负担；部分技术对螺栓本体改造大，现场替换适配难度高。

4、维护模式粗放，过度维护与维护不足并存：行业普遍执行固定周期检修，无法区分螺栓真实健康状态，完好螺栓重复紧固造成过度维护，部分早期松动螺栓又漏检，难以实现按需运维。

三、博思创至科技：压敏+倾角螺栓监测解决方案

无锡博思创至科技垫片式螺栓监测系统，以智能传感器为核心，无需改动螺栓本体，部署于塔筒法兰、基础锚栓等关键螺栓点位，实现螺栓预紧力、松动状态、倾角振动的 7×24 小时在线监测，融合风机数字孪生模块，构建 “感知采集传输数字孪生仿真平台预警” 完整闭环系统。

整套系统主要三部分组成：

1、垫片式安装智能传感单元：安装于螺母与法兰接触面之间，压敏元件实时感知螺栓轴向预紧力变化，倾角元件螺栓倾斜变形情况。工业级防护，适配风电户外高低温、振动、潮湿工况。基于塔筒环形阵列安装此传感器时，可通过算法分析各个传感器姿态测算出塔身整体倾斜情况。

2、现场采集传输主机：部署在塔筒内部，接收传感器数据；支持无线有线两种传输模式，可通过RS-485、RJ45或4G等方式对接风场现有 SCADA 系统（一般风电行业较注重数据安全，优先选择前二者）；支持本地边缘数据预处理，过滤无效干扰数据。

3、云端监测管理平台：数据上传至本地云平台，支持 PC 端与移动端 APP 访问；实现螺栓预紧力数据可视化、历史趋势追溯、分级告警、故障螺栓精准定位，预紧力低于安全阈值自动推送告警信息，指导运维人员定向检修，不用全场盲检。

4、风电塔智慧数字孪生系统（扩展项）：将采集的螺栓实测数据映射至风机三维数字孪生模型，复现实体塔筒、法兰、螺栓集群真实状态。

l 三维可视化：整机、法兰截面、单颗螺栓逐级可视化展示每一颗螺栓预紧力数值、健康状态；

l 耦合仿真：结合风速、振动、倾角数据，仿真单颗 / 多颗螺栓松动后法兰应力分布、塔筒形变演化趋势，预判链式失效风险；

l 风险推演：模拟不同工况下螺栓衰减发展趋势，输出风险等级与运维建议；

l 工作流程：风机运行过程中传感器持续采集受力数据，采集终端完成数据汇聚，上传云端平台；系统结合设计阈值自动分析，一旦识别预紧力衰减、松动异常，立即输出告警，运维人员依据告警点位开展针对性检修，实现预测性维护。

四、方案优势

1、安装改造简单，适配现有风机：不改变原有螺栓规格、紧固工艺，新机组配套、存量风场技改均可实施，无需对螺栓本体加工打磨，现场施工便捷，大幅降低改造施工成本。

2、全天候在线监测，消除运维盲区：摆脱传统停机抽检模式，实时捕捉预紧力缓慢衰减和突发松动，记录长期受力变化趋势，把隐患消灭在失效之前，避免螺栓链式失效风险。

3、降低运维综合成本，减少发电量损失：改变 “全员登塔全面复检” 模式，告警精准定位故障螺栓，运维只针对异常点位作业，减少登塔频次、缩短停机时间，降低高空作业安全风险，减少停机发电量损失。

4、工业级环境适应性强：采集终端满足风电户外严苛工况，抗振动、耐温差，适配陆上山地、平原风场复杂环境，满足风机 20 年设计寿命的监测需求。

5、开放兼容，便于风场数字化集成：平台支持数据对外输出，可对接风场现有智慧运维平台、SCADA 系统，数据可追溯存档，支撑螺栓全生命周期管理，为风场安全评估提供量化数据依据。

五、结语

风电大型化发展背景下，高强螺栓连接安全是风机结构安全的核心环节，传统人工巡检模式已经难以适配行业高质量发展的需求。博思创至垫片式压敏+倾角螺栓在线监测方案，以垫片传感技术为载体，把螺栓连接状态由 “看不见” 变为 “可测、可预警、可追溯”，推动风场运维从定期检修转向预测性状态维护。

该方案既能够有效防范螺栓松动引发的重大安全事故，保障机组安全稳定运行，又可以帮助运营方降本增效，减少无效运维投入。随着风电安全相关标准不断完善，垫片式在线监测技术将在塔筒法兰、基础锚栓等关键连接位置得到更加广泛的应用，为智慧风电场建设提供坚实的结构安全感知支撑。