SECW011250风力发电机组说明书.docx
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SECW011250风力发电机组说明书
附件一
SEC-W01-1250风力发电机组说明书
一、整机说明
概述
SEC-W01-1250为三叶片、上风向、水平轴、变速变桨距的风力发电机组（以下简称为风机、风力机或WTGS）。
风机的额定功率为1250千瓦。
SEC-W01-1250风机能高效利用风能、噪声小、电网兼容性好、经久耐用、外型美观。
由于风机可以变速运行，故能在低风速时有效发电，在高风速时也不超载。
双馈异步发电机和IGBT变频器的组合将电网电压、频率与发电机的转速隔离，从而使风机能与任何电网连接。
风机能在无操作人员值班条件下安全运行。
风机的所有部件均能满足各种条件下运行。
风机设计寿命为20年。
风机和相关设备充分考虑了防止遭到雷击和由雷电引起的过电压破坏。
SEC-W01-1250风机主要特点
SEC-W01-1250风机的主要特点如下：
（1）独特的功率曲线设计
右图是SEC-W01-1250的标准功率曲线，显然此功率曲线与一般变速变桨距风机不同。
根据IEC标准对风区的划分，中国一般风电场都属于Ⅱ类或Ⅲ类风区。
根据最
近的一些统计数据，在10m高度处最高的年平均风速为11m/s。
从这些标准和统计数据可以看出，风机绝大部分时间都运行在较低的风速范围，所以18m/s以后功率曲线开始主动下降并不会影响风机的发电量。
通过这种特殊的设计，使机组的可靠性大大提高，也提高了SEC-W01-1250风机的可利用率。
该型风机在欧洲已经安装了近300台，连续5年内齿轮箱没有一台出现过问题，其可可靠性非常高。
（2）统一变桨与独立变桨相结合
SEC-W01-1250风机采用的是液压变桨控制，变桨系统由两个互相独立的液压系统控制。
第一个液压系统用于统一变桨控制，第二个液压系统用于独立变桨控制，分别由控制液压缸和安全液压缸来执行变桨。
为什么SEC-W01-1250风机设计时采用统一变桨和独立变桨相结合，而不是采用单一的统一变桨或单一的独立变桨设计首先，风机的变桨系统大部分时间都是运行在一个较小的变桨角度范围内，而只有很少时间是处在大于45°角的位置，根据风机变桨系统的这种工作情况把液压变桨系统分为由两个独立的液压系统来进行操作，不仅提高了液压系统的使用寿命，而且减小了变桨液压系统所占的空间，减小了轮毂的重量。
其次，安全液压缸主要在风机正常停机、紧急停机、正常刹车、紧急刹车等需要叶片顺桨时动作，其作用主要是为了保证风机的安全性。
这样可以避免万一油路出现问题时不会导致三片叶片都不能动作从而威胁到风机的安全。
（3）噪音小
SEC-W01-1250风机叶片经空气动力学和声学的优化设计，降低了噪音。
根据IEC标准，在10m高度处、风速为10m/s时所测得的噪音如下：
风轮直径（m）
噪音水平dB（A）
64
机组总图
1．变频器柜
2．机舱顶部风速、风向仪
3．主控制柜
4．联轴器和机械刹车
5．齿轮箱
6．主轴
7．主轴承和主轴承座
8．风轮锁定装置
9．变频器热交换器
10．水冷发电机
11．后机舱座
12．机舱罩
13．偏航轴承
14．齿轮箱热交换器
15．前机舱座
16．液压装置
技术参数总表
序号
部件
单位
规格
1
机组
型号
SEC-W01-1250
功率控制
变速变桨距控制
额定功率
kW
1250
风轮直径
m
64
轮毂中心高度
m
68/
切入风速
m/s
额定风速
m/s
切出风速
m/s
23
额定风轮转速
rpm
风轮转速范围
rpm
～
设计使用寿命
年
20
运行温度
℃
-20~+40
2
叶片
叶片材料
玻璃纤维增强树酯
运行方式
变速变桨距
叶片数量
个
3
叶片长度
m
31
使用寿命
年
20
防雷装置
叶片标准防雷装置
3
变桨系统
驱动方式
液压驱动
变桨方式
统一变桨和独立变桨结合
最大变桨角
度
92
液压缸数量
个
6
液压缸材料
钢
油清洁度
17/15/12
工作温度
°C
-20～+100
4
齿轮箱
齿轮级数
一级行星两级平行轴
增速比
输入功率
kW
1350
输出转速范围
rpm
700~1300
最大过速度
rpm
1650
额定输入转矩
kNm
610
额定输出转矩
kNm
工作温度
℃
-20～＋40
使用寿命
年
20
润滑方式
强迫润滑
5
发电机
类型
双馈异步发电机
极数
6极
额定功率
kW
1250
额定电压
V
690
电网频率
Hz
50
转速范围
rpm
700～1300
运行模式
S1
发电机防护等级
IP54
转子滑环防护等级
IP23
绝缘等级
F
工作环境温度
°C
-20～＋55
冷却方式
水冷
使用寿命
年
20
6
变频器
变频器类型
IGBT变频器
调制类型
脉宽调制
运行模式
4象限运行
功率因数
（感性）～（容性）
电网电压
V
690
电网频率
Hz
50
工作环境温度
°C
-20～+40
最大相对湿度
85%
7
偏航系统
型式
液压马达驱动
控制
主动对风/计算机控制
偏航轴承形式
四点接触球轴承
8
制动系统
气动刹车
8.1.1
第一刹车
3个叶片气动刹车（通过控制桨距角来实现气动刹车）
机械刹车
8.2.1
第二刹车
高速轴机械刹车
8.2.2
最大工作压力
bar
150
8.2.3
最小工作压力
bar
25
9
液压系统
最大压力
bar
380
正常压力
bar
135
电压
V
380～415
频率
Hz
50
清洁度
17/15/12（依据ISO4406）
10
冷却系统
主冷却器
10.1.1
冷却剂
水/乙二醇混合物
10.1.2
冷却剂最大压力
bar
3
10.1.3
工作压力
bar
2
10.1.4
额定流量下压损
≤
10.1.5
噪音
dB（A）
1m处低于90
10.1.6
充水量
L
15～25
10.1.7
电机工作方式
S1
10.1.8
额定电压
V
690
10.1.9
额定频率
Hz
50
10.1.10
保护等级
IP55
10.1.11
使用寿命
年
20
10.1.12
重量
kg
<275
变频器冷却器
10.2.1
冷却剂
水/乙二醇混合物
10.2.2
冷却剂最大压力
bar
3
10.2.3
工作压力
bar
2
10.2.4
额定流量下压损
≤
10.2.5
噪音
dB（A）
1m处低于80
10.2.6
充水量
L
5～10
10.2.7
电机工作方式
S1
10.2.8
额定电压
V
690
10.2.9
额定频率
Hz
50
10.2.10
额定电流
A
10.2.11
保护等级
IP54
10.2.12
使用寿命
年
20
10.2.13
重量
kg
<200
11
控制系统
主控制器
MITAWP3100
电压
V
690/400/230
额定频率
Hz
50
12
防雷保护
防雷设计标准
按照IEC1024-I设计，符合GL认证规范
防雷措施
叶尖防雷等
13
塔架
类型
钢制锥筒（内设爬梯防跌保护）
轮毂中心高度
m
68/
表面防腐
表面喷漆，20年防腐、防盐雾寿命。
14
基础
凸形块状结构，法兰筒式连接，按机位的地质勘测报告设计
15
重量
机舱（不包括风轮）
t
约50
发电机
t
约8
齿轮箱
t
约9
一副叶片（三片）
t
约11
轮毂（含变桨和叶片轴承）
t
约15
塔架
t
约88
标准功率曲线
风轮直径64m
风速m/s
功率kW
空气密度为1.225kg/m3
3
13
4
37
5
85
6
168
7
288
8
442
9
631
10
850
11
1078
12
1234
13
1250
14
1250
15
1250
16
1250
17
1250
18
1154
19
1036
20
930
21
812
22
705
23
605
适用标准
标准号
中文名称
备注
中国船级社
风力发电机组规范
GermanischerLloyd
GL德国劳埃德风力发电机组技术规范
德国船级社
GB/T
风力发电机组异步发电机第1部分：
技术要求
GB/T
风力发电机组异步发电机第2部分：
试验方法
GB
idtIEC61400-1:
1999
风力发电机组安全要求
GB
IEC61400-12:
1998
风力发电机组功率特性试验
GB/T
idtIEC60050-415:
1999
电工术语风力发电机组
GB/T19073-2003
风力发电机组齿轮箱
GB/T19070-2003
风力发电机组控制器试验方法
GB/T19069-2003
风力发电机组控制器技术条件
GB/T19072-2003
风力发电机组塔架
GB/T19073-2003
风力发电机组装配和安装规范
GB8116-1987
风力发电机组型式与基本参数
GB/T18709-2002
风电场风能资源测量方法
GB/T18710-2002
风电场风能资源评估方法
GB755-2000
idtIEC60034-1:
1996
旋转电机定额和性能
DL/T666-1999
风力发电场运行规程
DL796-2001
风力发电场检修规程
2005年版
风力发电场项目可行性研究报告编制规程
DL/T793-2001
发电设备可靠性评价规程
JB/T10194-2000
风力发电机组风轮叶片
JB/T10300-2001
风力发电机组设计要求
JB/T
低速风力机安装规范
JB/T
低速风力机技术条件
JB/T
低速风力机型式与基本参数
JB/T
低速风力机系列
JB/T7879-1999
风力机械产品型号编制规则
GB8975-88国标降部标
JB/T7878-1995
风力机术语
GB8974-88国标降部标
JB/T10300-2001
风力发电机组设计要求
IECWT01:
2001
规程和方法-风力发电机组一致性试验和认证系统
IECTS61400-232001
风力发电机组叶片满量程试验
TSEd.1
IECTS61400-132001
机械载荷测试
TSEd.1
IEC61400-112002
风力发电机噪音测试
Ed.1
61400-11999
风力发电机组第1部分：
安全要求
Ed.2
TR61400-24:
2002
风力发电机组防雷保护
JB/T
风力发电机组偏航系统第1部分：
技术条件
JB/T
风力发电机组偏航系统第2部分：
试验方法
JB/T
风力发电机组制动系统第1部分：
技术条件
JB/T
风力发电机组制动系统第2部分：
试验方法
JB/T10427-2004
风力发电机组一般液压系统
IEC61400-22
风力发电机组认证
TSEd.
GB/T13981-92
风力机设计通用要求
JB/T7323-1994
风力发电机组试验方法
二、SEC-W01-1250风机技术描述
机舱
机舱包括机舱座和机舱罩两部份。
机舱座分为前机舱座和后机舱座，前机舱座铸造，后机舱座焊接。
机舱座用于安装、连接风机的各个零部件，使之成为一个整体。
机舱罩采用重量轻、强度高的合成材料（不饱和聚酯树脂与玻璃纤维）。
机舱内有足够的空间用于维护，并配有相应的照明，即使在恶劣的天气下也可不开机舱进行维护，具有可靠的防雨、防沙尘性能。
壳体具有隔热保温性能，机舱内有散热系统，各部件内也配备加热系统，可执行温度调控。
机舱内配有用于传递工具、器材的吊车。
机舱内对旋转的机械部件进行了防护，以防止对人身造成伤害。
另外设有人员安全绳索的系着点，包括进入机舱顶部的安全绳索的系着点。
风机电气系统的布置便于运行、试验、检查、维护和修理人员进入。
电气系统的设计能保证人员的安全及防止其他动物可能由于直接或间接接触系统的带电部件所带来的危险，所有带电部件都有绝缘材料遮蔽，或用合适的屏蔽方式隔离。
所有部件例如偏航系统和液压系统可以通过舱内控制器操作。
为了安全，设有“紧停按钮”。
风轮
风轮的叶片经空气动力学和声学的优化设计，由玻璃钢制成并与雷电保护装置融为一体。
叶片由螺栓固定在轮毂上，轮毂和叶片涂灰白漆，叶片漆有航空标志。
风轮是风机的主要部件之一，主要由叶片和高强度铸铁的轮毂组成，在轮毂中还装有液压驱动的变桨距控制系统设备。
风轮的作用除吸收风能外，同时又要根据风力的大小通过变速变桨距方式起到调节和限制功率输出的作用。
在SEC-W01-1250风机中风轮采用结构简单、可靠的上风向布置、变速变桨距控制的型式。
它由三片叶片通过叶片轴承与轮毂相连组成，风轮直径为64m，这种结构的优点是：
1）由于三叶片风轮自身平衡性能较好，因此能有效地避免由于轮毂、叶片等重量不平衡或因重心位置差异而引起的动载荷；
2）上风向的布置形式有利于风轮吸收风能，效率较高；
3）变速变桨距的叶片由于采用了先进的功率控制策略，使风机能跟踪最佳功率曲线运行，从而捕获尽可能多的风能，提高了风机的效率；
叶片采用玻璃钢复合材料，每片叶片最大变桨角度为92°，三片叶片靠两套独立的液压系统工作。
SEC-W01-1250风力发电机组拥有完善的避雷系统，叶片顶端装有不锈钢避雷帽，闪电电流经由叶片表面下的铜导线流向钢管塔。
且叶片内设有放电结构，并有可靠的防雷接地措施，以避免形成雷电。
从整体看轮毂是基于直径为2450mm的球形。
叶片法兰由轮毂中心向外偏移，使得轮毂总体呈星形。
内模构建：
轮毂内腔由几个基本形状模型块通过拼接，按照开放建模的方法，构成基本形状。
并在主轴法兰部位，由强化材料加以拓展。
造型通过有限元方法进行计算和优化。
轮毂采用整体铸造，铸件采用树脂砂模铸造。
加工面尺寸饱满，非加工面光滑圆顺。
铸造轮毂的材料符合GB/T1348-1988标准的要求，进行了符合DINEN1563标准的材料测试。
轮毂的所有外部防腐符合现行的铸造规范。
变桨系统
变桨系统主要由六个液压缸（一个带位置测量装置的控制液压缸、两个不带位置测量装置的控制液压缸和三个安全液压缸）、储能器、变桨轴承、执行机构等组成。
变桨系统的任务是根据风速大小调节叶片的桨距角，使叶片上吸收的风能始终处于最佳状态，这是降低风机结构负载、静音、高效运行的前提。
在额定风速以下时，风机运行在最佳曲线下；在额定风速和额定风速以上的一定范围内，输出功率被限制在额定功率内。
变桨系统同时还担负了气动主刹车功能。
在发生故障情况下，作为必要的停机程序之一，将风轮叶片调整到顺桨位置，风机便慢慢停下。
叶片的变桨由两个互相独立的液压系统控制。
第一个液压系统用于中央变桨控制，它由三个装在轮毂内的控制液压缸组成，通过一连接机械一起与三叶片旋转。
安装在机舱内的液压储能器作为备用刹车，此备用刹车系统在液压装置发生故障时起作用。
第二个液压系统用于单个叶片变桨控制，它由三个装在轮毂内的安全液压缸组成。
为了达到此目的，每个叶片使用独立于中央变桨液压缸的并带可自动调节功能的液压缸即安全缸。
每一安全液压缸都有其自己的液压储能器提供储能，因此如果主液压系统发生故障，叶片也能旋转至特定的位置。
传动系统
传动系统包括主轴、主轴承、主轴承座、齿轮箱和联轴器等。
SEC-W01-1250风力发电机组采用的是得到实践证明能良好运行的标准部件，以保证运行的高可靠性。
所用的主轴、主轴承和联轴器的尺寸充分考虑在各种条件下通过齿轮箱作机械负荷传递的安全系数。
主轴由高等级的经热处理的钢锻造而成，轴端由一坚固的球形滚动轴承所支撑，该轴承承载了所有的风轮重力。
主轴通过一个胀紧套与齿轮箱连接。
主轴中心有一个孔，轮毂中的变桨液压缸的压力和回管，以及变桨角和限位开关的电气连接都安装在主轴中心孔中。
为了保证与回转单元配合，孔的内表面尺寸是有精度要求的。
齿轮箱采用一级行星两级平行轴，满足劳埃德（GL）认证要求。
该部件的设计和制造由齿轮箱专业生产厂家按照本公司技术要求完成。
风机可以保持低噪音运行，弹性支撑，可起到很好的减振作用。
传动系统采用三点式支撑结构并选用性能良好的弹性支撑，最大程度上降低齿轮箱的振动转移到机舱座上。
齿轮箱装配有外部油/水冷却系统，机组能够借助加热装置或齿轮油循环装置提高油温。
齿轮箱配有高效全流型油过滤器，以达到ISO/DIN4406所规定的15/12清洁度。
并为现场的工作条件留有充分的空间余地。
对于齿轮箱中所有的轴承，轮齿的啮合，尤其是行星轴承，都有压力反馈润滑系统。
润滑油的提供，依据轴承的润滑要求进行设计。
齿轮箱是风机中故障率比较高的一个部件，风机行业统计中易见的故障主要有：
齿轮、轴承的强度不足、润滑不足、漏油等，为了提高本产品齿轮箱的可靠性，降低故障率，设计时采取了如下措施：
1）设计采用了Solidworks三维造型，运用Ansys软件对箱体进行了动、静载荷下的有限元应力及疲劳性能分析；
2）对齿轮箱里的轴承和齿轮全部采用强制润滑，杜绝轴承和齿轮因润滑和冷却不够、不充分而导致齿轮箱损坏的现象；
3）齿轮箱的密封全部采用非接触式密封，这种密封设计不需要更换，杜绝因接触式密封的密封件因磨损式损坏而更换密封件；
4）润滑管路的接头和管子全部采用高可靠性零件，并且接头全部带有软密封，全部能适应风电齿轮箱的工作环境，而不导致接头损坏而漏油；
通过以上设计，齿轮箱在运行中出现的故障能得到有效的解决。
发电机和变频器
SEC-W01-1250风机配备了IGBT技术的变频器。
这使风机能在较宽的滑差范围内随变化的风速运行。
从而避免了由大风等引起的功率波动，使机械部件承受较小应力。
双馈异步发电机除了可以在同步转速下运行，也可以在亚同步和超同步转速情况下获得风能最大利用率。
发电机转子通过矢量控制，使发电机运行在最佳工作点。
在超同
步运行模式下，四象限变频器通过交-直-交变频方式将风力发电机额定功率的30％稳压后并入电网。
在亚同步转速运行时，转子从电网吸收能量进行运转。
发电机的滑环和电刷装在密封单独的滑环罩内。
发电机主轴承进行绝缘安装，轴承安装时配有带保护帽的锥形输油嘴，以便提供润滑油。
轴承的密封设计可以防止润滑油泄漏。
发电机为水冷，齿轮箱和发电机冷却水的热交换器安放在机舱的前部。
绕线定子有230V，300W的加热器，这种加热器的绝缘设计成这样：
当发电机出现故障时可以避免电压通过加热器传导。
变频器为水冷IGBT变频器，其作用是控制转子绕组的励磁电流的大小和频率及其方式来调节发电机和变频器系统的输出电压和频率，这是通过控制功率模块来实现的，该功率电子控制器利用脉冲宽度调制（PWM）方式触发IGBT元件的技术，从而在输出时产生几乎是完整的正弦电压。
全套变频器系统的构建是建立在尽可能减小电气和机械方面的故障基础上（GL准则“电磁兼容”）的。
系统的设计方案严格符合国际通用标准和准则。
这种设计也适用于为了避免谐波干扰而进行的电网滤波器的设计。
由于IGBT工作时会产生大量的热，如果不进行及时的散热，则模块很容易就会被损坏，因此变频器的电源模块部分安装有水冷设备。
冷却系统的设计满足即使机舱温度达到+45°C时，冷却系统也能达到正常的冷却效果。
内部检测可以保护IGBT模块不会因为冷却系统发生故障而过热。
如果检测系统有响应，那么通信系统必需发送故障信息。
为了避免杂质进入及防潮，IGBTs驱动板进行了密封处理，同时开关盒也有防尘和防水考虑，其防护等级为IP54,特别是它需保证机舱顶部的滴水不会渗透进盒内。
偏航系统
风机采用主动偏航系统。
机舱顶部装有两个风向标测量风向，并将测得的数据传递至控制系统。
一旦机舱位置偏离实际风向一定距离，偏航传动便开始作用。
偏航刹车与偏航传动融为一体。
当偏航传动不使用时，这些刹车始终起作用；只有当偏航传动作用时才释放刹车。
偏航系统通过回转支承与塔架相连，由3个偏航液压马达驱动，3个偏航液压马达的布置为82°+98°+180°=360°。
偏航轴承为四点接触球轴承。
偏航液压刹车确保风机安全，在正常偏航时刹车保持一定余压，可以根据实际情况进行调节。
偏航停止后，加压进行偏航制动。
偏航轴承与机舱和塔架连接处垫有密封圈。
风向传感器系统有相应的软件控制电机开启时间和旋转方向，并具有自动解缠绕功能。
在机舱和塔底控制盘上能进行人工偏航操作。
机组正常运行状态下，主风向改变时能可靠地跟踪风向。
人工偏航操作可以在控制室、机舱里和塔底控制柜上进行操作。
制动系统
在任何情况下，本风力发电机组能够使用停止风机的失效保护系统。
本机组采用了两套独立的制动装置。
主制动为三叶片气动刹车，辅助制动为安装于高速轴上的盘式机械刹车装置，由此保证风机能在任何条件（包括电网故障的甩负荷）和风轮转速达到最大转速条件下停机。
可调节桨距角的三叶片不仅起功率调节的作用，而且通过调节桨距角可以很好的起到气动刹车的作用。
在高速轴和发电机之间有一个机械刹车装置，当电网出现失压、失稳或其他可能情况触发机组紧急停机动作时，传动轴系上施加的制动带有柔性缓冲，不会构成对风力发电机组的传动系的硬冲击的制动。
刹车盘作过动平衡试验，刹车盘装有防护罩，刹车片磨损或过薄都会发出信号。
这两套刹车系统：
空气刹车和机械刹车各自独立工作，为了确保风机在单独部件（如液压）或电网失效情况下安全刹车，该刹车具有失效保护功能。
本机组在任何情况下，能够正常停机或紧急停机；正常停机步骤是先空气制动、待风轮转速降至一定数值时再施加机械制动。
为了方便维护工作，制动系统配有风轮锁定装置。
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