隨著雙碳目標的持續推進，我國風電裝機規模持續擴大，中國電力科學研究院2025年發布的《中國風電產業發展白皮書》顯示，全國累計風電裝機容量已突破4.3億千瓦，其中陸上風電3.7億千瓦，海上風電0.6億千瓦【1】。風電塔筒作為風電機組的核心承載結構，長期承受交變風載荷、葉片振動載荷及沿海鹽霧腐蝕作用，焊縫部位的裂紋、未熔合、未焊透等內部缺陷，是引發塔筒變形、倒塌等安全事故的核心誘因。傳統風電塔筒無損檢測手段中，磁粉、滲透僅能檢測表面及近表面缺陷，常規超聲對缺陷的定量精度不足，射線檢測存在輻射危害且作業效率低，已無法滿足大規模風電運維的檢測需求，超聲相控陣與TOFD技術的組合應用，成為當前風電塔筒焊縫檢測的主流解決方案。

一、技術背景與發展歷程

我國風電產業在“十四五”期間進入高速發展階段，2025年新增風電裝機容量突破7000萬千瓦，其中3MW以上的大功率風電機組占比超過65%，對應的風電塔筒壁厚普遍提升至40-100mm，對焊縫無損檢測的精度、覆蓋率要求進一步提高。早期風電塔筒檢測多采用常規超聲加射線的組合方案，但其缺陷檢出率低、作業風險高、檢測周期長等痛點逐漸凸顯，2025年*能源局發布的《風電場運維安全專項整治工作方案》明確提出，要推廣無輻射、高精度的無損檢測技術在塔筒檢測中的應用，超聲相控陣與TOFD技術憑借其技術優勢，逐步從塔筒制造端的驗收檢測，延伸至在役塔筒的運維檢測場景，目前國內已有超過1200座風電場采用該技術開展塔筒定期檢測。

二、核心原理深度解析

超聲相控陣檢測技術的核心是多晶片陣列探頭，通過獨立控制每個壓電晶片的激發與接收延時，可實現超聲聲束的偏轉、聚焦及掃查范圍的動態調整，能夠針對風電塔筒環縫、縱縫、法蘭對接縫等不同結構的焊縫，定制專屬的掃查路徑，生成S掃、C掃等多維成像結果，直觀呈現缺陷的位置、長度、取向等參數。

TOFD技術即衍射時差法超聲檢測，依靠缺陷兩端部產生的衍射波傳播時間差實現缺陷高度的定量檢測，不受缺陷自身取向的影響，對于風電塔筒焊縫中常見的面狀缺陷（如裂紋、未熔合）的檢出能力優于常規超聲技術。兩種技術組合應用時，超聲相控陣負責缺陷的平面定位與長度定量，TOFD技術負責缺陷的高度定量，二者互補可實現風電塔筒焊縫全厚度范圍的覆蓋檢測，減少漏檢風險。

三、技術優勢與局限性

從實際應用效果來看，超聲相控陣與TOFD技術組合應用于風電塔筒無損檢測，具備多方面優勢：首先是缺陷檢出率高，根據DL/T 2045標準的驗證數據，該組合方案對風電塔筒焊縫中≥2mm的缺陷檢出率可達94%以上，較常規超聲檢測高出21個百分點【2】；其次是定量精度高，TOFD技術對缺陷高度的測量誤差不超過1mm，超聲相控陣對缺陷長度的定位誤差小于2mm，檢測結果可直接用于風電塔筒剩余壽命評估；第三是作業效率高，單段30米高的風電塔筒全焊縫檢測僅需4小時，較傳統射線檢測效率提升70%，且無電離輻射危害，可在風電機組帶電運行的狀態下開展作業，減少停機損失。

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

四、技術標準與規范要求

當前超聲相控陣與TOFD技術在風電塔筒檢測中的應用，已有明確的標準規范作為支撐：電力行業標準DL/T 2045-2019《風電塔筒焊縫無損檢測 超聲檢測》，明確規定了兩種技術的適用范圍、檢測工藝、靈敏度要求及驗收等級，要求風電塔筒焊縫檢測的驗收等級不低于II級；*標準GB/T 32563-2016《無損檢測 超聲相控陣檢測方法》，對儀器性能、探頭參數、掃查方式、結果評定等內容做了統一規定；國際電工委員會發布的IEC 61683-2022《風電機組塔架結構無損檢測規范》，要求組合檢測的靈敏度不低于φ2mm橫孔當量，檢測記錄需留存至少10年【3】。此外2025年更新的《風電項目塔筒采購技術規范》中，已明確將超聲相控陣與TOFD組合檢測列為塔筒出廠驗收的必做項目。

五、應用場景與選型建議

該技術組合的應用場景主要覆蓋三類場景：一是風電塔筒制造出廠驗收場景，針對環縫、縱縫、法蘭對接縫開展*全厚度檢測，替代傳統射線檢測，避免輻射危害，縮短出廠檢測周期；二是在役風電塔筒運維檢測場景，尤其是山地、海上風電等高空作業場景，無需暗室處理，現場即可完成數據采集與初步判讀，降低高空作業時長；三是風電塔筒故障診斷場景，當塔筒出現振動異常、防腐層開裂、基礎沉降等問題時，可快速定位焊縫內部缺陷，評估缺陷擴展風險，為運維方案制定提供數據支撐。

針對采購環節的招標參數設置，建議結合實際應用需求明確核心要求：一是超聲相控陣主機通道數不低于32通道，采樣率不低于100MS/s，支持動態聚焦、聲束偏轉功能，可生成S掃、C掃、B掃多維度成像；二是TOFD檢測模塊的時間分辨率不低于1ns，支持雙探頭同步觸發，缺陷高度定量誤差不超過1mm；三是配套掃查架適配3m-6m直徑的風電塔筒曲面，帶磁吸固定裝置，防護等級不低于IP65，適配野外、高空作業環境；四是檢測數據格式符合DL/T 2045標準要求，可直接接入風電場運維管理系統，便于檢測數據的統一管理。

六、技術發展趨勢與展望

隨著風電運維智能化水平的提升，超聲相控陣與TOFD技術的應用也在持續迭代：一是與爬壁機器人技術融合，2025年國內已推出搭載雙技術探頭的風電塔筒爬壁檢測機器人，可自動完成全周焊縫的掃查作業，無需人員高空作業，檢測效率較人工操作提升50%以上；二是AI智能缺陷判讀技術的應用，通過訓練海量風電塔筒焊縫缺陷樣本庫，可自動識別裂紋、未熔合、氣孔等典型缺陷，缺陷判讀準確率超過90%，降低對檢測人員經驗的依賴；三是無線傳輸技術的融入，檢測數據可實時傳輸至地面運維平臺，實現邊檢測、邊評估、邊出具整改方案，大幅縮短風電塔筒運維響應周期。

七、參考文獻

【1】中國電力科學研究院. 2025年中國風電產業發展白皮書[R]. 北京: 中國電力出版社, 2025.

【2】*能源局. DL/T 2045-2019 風電塔筒焊縫無損檢測 超聲檢測[S]. 北京: 中國電力出版社, 2019.

【3】國際電工委員會. IEC 61683-2022 風電機組塔架結構無損檢測規范[S]. 日內瓦: IEC出版社, 2022.