質量問題進入爆發期？由西門子風機事故說開去

　　近期發生了Repower 1.5MW機組主軸斷裂和Siemens 2.3MW海上風機焊縫斷裂兩起事故，給風電機組（尤其是海上風電機組）的質量管控蒙上了一層陰影。這兩個風電項目運行時間較長，從一定程度上可以說明此類問題的發生需要經歷較長的運行過程，而國內早期的兆瓦級機組運行約為5年以上，如果前期質量管控存在問題，或許將會逐漸進入爆發階段。
　　近期發生的西門子海上風機事故為海上風機開發蒙上了一層陰影。海上風機的安裝與維護成本本就比陸上風機高很多，由于交通條件的限制，海上風機的維護周期相對較長，發生故障后的處理及時性也大打折扣。這就要求海上風機相對陸上風機更為強壯（此處之所以強調強壯而非可靠性，原因見后）。
　　所謂強壯，是說產品運行過程中的設計缺陷更少出現，甚至不出現在產品的設計壽命范圍內。因此，如何確保產品研制過程中，盡可能多的發現并通過優化設計解決潛在的設計缺陷，成為產品研制過程中的一項重要內容。目前風電機組設計過程中廣泛參照的GL等認證規范，對于載荷、強度，以及檢驗方法和驗收標準一般都有較為明確的要求。但是隨著單機裝機容量的不斷增大，原有要求中有一些逐漸不再符合現實狀態，或者機組事故造成的成本風險增長與原有要求卻相對寬松之間的矛盾日益突出。
　　例如，GL海上風機認證規范2012版中關于球墨鑄鐵件的探傷要求，相對2005版增加了針對應力集中區域的缺陷質量要求由3級提升到1級，并且首次提出應力集中區域的探傷必須采取100%檢驗的方式。質量要求由3級提升到1級，對鑄件供應商而言意味著成品率下降，對整機廠而言意味著采購成本的增加。不過增加的成本，相較機組事故降低帶來的意外損失成本而言可能相對較低（如果GL在規范修訂過程中進行過基于可靠性的成本核算的話）。
　　然而在產品研制過程中難以保證一定有適用的標準來確保新研制產品的可靠性，比如西門子生產該機組時新的焊接標準可能還未頒布。為了使產品能夠在設計壽命范圍內順利完成服役，產品研制過程中既要運用設計經驗規避可預期的設計缺陷，也要防止不可預期的設計缺陷出現。針對不可預期的設計缺陷，可以采用高加速壽命試驗的方法來激發。
　　高加速壽命試驗（High Accelerated Life Test, HALT）乍看起來是一種可靠性試驗，但實際上是應用于產品研制過程的設計優化試驗。HALT的關鍵是應用高應力（包括結構應力、振動、溫度、電壓拉偏、電源循環、酸堿度和濕度，還有一些獨特的應力，如時鐘頻率、直流電壓變化和元器件參數變化造成的應力等）快速將產品內部的設計缺陷激發出來，以變成可檢測到的故障，對故障進行分析并采取糾正措施改進設計，從而使產品更為強壯；同時，HALT還可以找出產品耐應力極限，包括工作應力極限和破壞應力極限；第三，HALT可以使設計和研制時間縮短，尤其使試驗的時間的與成本縮短。但是從HALT的特點可以看出，它也是一種破壞性試驗，不可避免的導致樣機部分失效，甚至是整體報廢，造成研制成本增加。
　　衡量增加的研制成本與產品失效帶來的成本，以確定是否有必要進行HALT的必要。比如風電機組中的齒輪箱一臺造價動輒近百萬，HALT成本不菲，但是隨著載荷的不斷增長，如果新研制的齒輪箱中存在個別未曾出現過的特殊缺陷，一旦出現嚴重失效，其吊裝成本（尤其是批量吊裝）則遠大于研制階段的HALT成本，歐洲某知名齒輪箱廠的前車之鑒不容忽視?，F在有的歐洲齒輪箱廠在研制出一款新型齒輪箱后，都要進行遠超出額定載荷的廠定HALT，甚至要根據整機廠更加嚴苛的要求進行特定HALT。齒輪箱的HALT測試的主要是傳動機構疲勞強度，額定載荷的壽命測試與更大載荷的HALT導致的后果都是傳動機構中零件（齒輪、軸承、行星架與外齒圈）的高周疲勞，符合HALT的試驗要求（即失效模式一致）。
　　隨著新研制機組單機裝機容量的不斷增加，不可預期的設計缺陷會隨著運行時間的推移而慢慢發展，乃至導致嚴重事故發生?；诓煌瑧δＪ剑ㄕ駝?、溫度等）的部件HALT，與整機HALT在歐洲的主要整機廠與研究機構中已付諸實踐。作為風機裝機容量全球第一的中國，HALT（至少是部件級的HALT）應當也逐步展開。