高原型风力发电机组技术规范申请备案稿.docx

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高原型风力发电机组技术规范申请备案稿

CGC

北京鉴衡认证中心认证技术规范

CGC/GF024:

2012

CNCA/CTSxxx-xxxx

高原型风力发电机组技术规范

WindturbineforplateauTechnicalSpecification

xxxx-xx-xx发布xxxx-xx-xx实施

北京鉴衡认证中心发布

前言

随着风电产业的快速发展，我国高原地区风力资源得以大量开发，风力发电机组开始广泛应用在高原地区。

现有的国家和行业标准未对在高原地区的风力发电机组设计要求作出相关的规定。

为了规范高原地区的风力发电机组设计、使用和维护，特制定本规范，以保证风力发电机组安全可靠运行。

本规范适用于高原地区的风力发电机组，作为设计、制造、检测和认证的依据。

本规范由北京鉴衡认证提出并归口。

本规范由北京鉴衡认证中心负责解释。

本规范主要起草单位：

北京鉴衡认证中心、南车株洲电力机车研究所有限公司、东方汽轮机有限公司、新疆金风科技股份有限公司、天津瑞能电气有限公司、北车风电有限公司、中国明阳风电集团有限公司、华锐风电科技（集团）股份有限公司、国电联合动力技术有限公司、北京国华电力有限责任公司、龙源电力集团股份有限公司、华能新能源股份有限公司

本规范主要起草人：

杨洪源、王丹丹、黄志文、周新亮、巫发明、王靛、王百方、孟庆顺、张新强、曹贝贞、莫尔兵、于良峰

高原型风力发电机组技术规范

1范围

本标准适用于安装在海拔高度2000m～4000m高原地区的并网型风力发电机组。

本标准规定的高原地区主要包括：

青藏高原、云贵高原、黄土高原部分地区、内蒙古高原部分地区以及新疆、四川、广西等其他部分地区。

本标准可作为并网型高原风力发电机组的设计、制造、检测和认证的依据。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。

凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。

GB/T191-2008包装储运图示标志

GB755-2008旋转电机定额和性能

GB/T1766-2008色漆和清漆涂层老化的评级方法

GB/T1865-2009色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露（虑过的氙弧辐射）

GB1920-80标准大气（30公里以下部分

GB4208-2008外壳防护等级（IP代码）

GB/T9969-2008工业产品使用说明书总则

GB/T11804电工电子产品环境条件术语

GB12158-2006防止静电事故通用导则

GB/T14522-2008机械工业产品用塑料、涂料、橡胶材料人工气候老化试验方法荧光紫外灯

GB/T14597-2010电工产品不同海拔的气候环境条件

GB18451.1风力发电机组安全要求

GB/T19960.2-2005风力发电机组第2部分：

通用试验方法

GB/T20626.1-2006特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：

通用技术条件

GB/T20626.2-2006特殊环境条件高原电工电子产品第2部分：

选型和检验规范

GB/T20626.3-2006特殊环境条件高原电工电子产品第3部分：

雷电、污秽、凝露的防护要求

GB/T20645-2006特殊环境条件高原用低压电器技术要求

GB/T22580-2008特殊环境条件高原电气设备技术要求低压成套开关设备和控制设备

GB/T23987-2009色漆和清漆涂层的人工气候老化曝露曝露于荧光紫外线和水

DL/T666风力发电场运行规程

DL/T797风力发电场检修规程

ASTMG154-06快速紫外老化测试

IEC61400-24（2010）风力发电机组第24部分：

雷电保护

GLGuidelinefortheCertificationofWindTurbines2010

3术语和定义

GB/T18451.1、GB/T11804确立的及以下术语和定义适用于本标准。

3.1高原plateau

海拔高度在2000m～4000m的地区。

3.2低温环境coldenvironment

确定低温环境时采用小时平均温度，如果多年（至少10年）观测的结果表明每年出现低于-20℃温度的天数大于9天，则该地区应视为低温环境。

3.3宇宙射线cosmicray

指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流，并且随着海拔升高而变大。

这种射线会对微电子系统产生的影响。

4通用要求

4.1概述

我国海拔高差大，高海拔地区分布广，不同海拔高度的环境气候参数存在较大的差异，在高原型风力发电机组设计选型时应重点关注空气密度、太阳辐射强度、湿度、气压、温差、雷暴日数、风沙等气候环境参数的影响。

4.2高原型风力发电机组等级

考虑到不同海拔高度具有不同的环境条件参数，高原型风力发电机组分为G3，G4，GS等级，不同等级基本参数见表1。

表1不同等级高原型风力发电机组基本参数

机组等级

G3

G4

GS

海拔高度[m]

2000＜海拔≤3000

3000＜海拔≤4000

由设计者规定各参数

空气密度[kg/m3]

0.961

0.863

最高相对湿度

90%

90%

太阳辐射强度[W/m2]

1060

1120

云贵高原等南方高原地区相对湿度较大，应按GS等级由设计者根据实际测量值确定。

除了基本参数以外，在风力发电机组的设计中还需要考虑其他外部条件的影响，在4.3节中加以说明。

4.3其他外部条件

其他表1未列出的外部条件应符合GB18451.1第6节（外部条件）规定。

如果高原型风机安装于低温环境时，还应满足北京鉴衡认证中心《CGC/GF023:

2012低温型风力发电机组技术条件》的要求。

5技术条件

5.1总述

高原型风力发电机组除应满足GB18451.1的要求外，还应满足本标准所有条款的要求。

高原环境条件下使用的风力发电机组产品必须具有良好的环境适应性，应具备相应的防护功能，应采用适当的防护措施保证风力发电机组各系统正常运转。

在高原环境下，风力发电机组设计中应额外考虑的至少包括以下内容：

—由于空气密度降低带来的对散热、载荷、控制策略、电气设备等影响；

—电子设备及电子元件在高原使用的特殊要求；

—材料和部件抗紫外线的能力；

—大的温度梯度及其导致的应力；

—高原地区的运输、贮存；

—高原地区风力发电机组运维人员的安全性、舒适性和便利性等。

5.2载荷计算及工况

5.2.1载荷计算环境参数

载荷计算应考虑本标准4.2节的风力发电机组等级和4.3节其他外部条件参数。

5.2.2功率曲线及运行控制算法

高原环境条件下空气密度对功率曲线的影响应该在载荷计算中予以考虑，因此，应该在载荷仿真计算时使用根据高原环境条件下空气密度修订过的运行控制算法。

该算法应与确定的环境条件相对应。

5.2.3机械性能影响

复合材料部件、橡胶、弹性部件等在高海拔环境条件下机械性能可能发生改变，从而影响到这些部件的刚度、弹性力以及阻尼等，这些影响应当在确定部件载荷时予以适当地考虑。

如果这些影响涉及到机组传动链的性能，如传动链阻尼、机械刹车性能等，则应该在载荷计算中对这些影响加以分析

5.2.4工况

高原型风力发电机组载荷工况定义参考GB18451.1。

如果高原型风机安装于低温环境时，还应满足北京鉴衡认证中心《CGC/GF023:

2012低温型风力发电机组技术条件》的第5.1.5.5节的要求。

5.2.5结冰

结冰工况包括极限工况和疲劳工况，设计者需要自行定义由于叶片结冰产生的附加质量和累计时间。

由于叶片结冰产生的附加质量可参考GLGuidelinefortheCertificationofWindTurbines2010第4.2.4.2.2节予以考虑，其中最小弦长Cmin应不小于叶片沿展向95%处的弦长。

结冰工况假定和计算方法应向认证机构明确。

5.3机械结构部件

5.3.1基本要求

高原型机组机械结构部件的设计应符合常规产品标准要求，且满足本标准的要求。

如机组设计环境条件还包括其它（如低温、沙尘）环境的影响，则还应满足这些环境条件下的相关设计要求。

5.3.2结构强度设计

应考虑GB18451.1标准的规定，确定风力发电机组结构部件的承载能力。

结构设计时应考虑高原地区环境（空气密度、温差、紫外线）引起的风力发电机组载荷和结构承载能力的变化。

结构承载能力的变化主要取决于高原地区环境对材料特性，如弹性模量、泊松比、热膨胀系数的影响。

如果紫外线对材料性能有显著的影响，并影响结构完整性，则应验证该结构部件是安全的，且其对相关部件的影响在可接受范围内。

5.3.3机械结构部件防腐

高原地区昼夜温差大，易引起凝露，高海拔、空气稀薄使高原地区太阳辐射增强，高原型机组机械结构部件设计时应考虑上述因素的影响。

外露部件（如叶片、塔架、机舱罩和导流罩）的抗腐蚀和紫外线老化性能应通过试验验证，具体试验方法和要求见6.1节。

对于湿度较大的高原地区（如我国云贵高原）使用的风机，应考虑潮湿空气对机械结构的腐蚀作用。

5.3.4冷却散热系统

冷却散热系统设计和选型时应考虑高原环境下传热介质流量和空气密度变化引起的冷却效率降低。

5.3.5其它高原环境影响

高原地区年平均温度低，可能会导致润滑剂粘度增加，润滑性能降低，从而引起齿轮箱、电机、轴承等部件载荷变大，表面磨损加剧，在部件设计时应考虑这种变化的影响。

对于沙尘较大的高原地区（如我国西北高原）使用的风机，应考虑沙尘对轴承和液压系统密封性能和过滤装置的影响，以及对机械结构部件可能造成的磨损。

5.4电气部件

5.4.1基本要求

高原地区风力发电机组电气部件应符合相应常规产品标准规定，并达到本标准技术要求的规定。

5.4.2绝缘介电性能

高原地区风力发电机组电气部件绝缘介质应符合GB/T20626.1-2006的相关要求。

以空气为绝缘介质的低压电器部件应考虑产品使用海拔高度的修正系数（见表2）来确定。

表2电气间隙修正系数（海拔2000米为基准）

风力发电机组等级

正常气压/kPa

修正系数

G3

70.0

1.14

G4

62.0

1.29

GS

设计者自定义，可根据插值定义

高原条件下，低压电器产品的爬电距离不得小于设备的电气间隙。

海拔超过2000m，由于空气密度降低，低压开关电器的额定性能会受到一定的影响，除了专门用于高原地区的电器产品外，其他产品应进行修正处理，其修正参数由制造商视产品的电气机械特性情况自定。

5.4.3工频耐受电压和雷电冲击耐受电压

在高原环境下，工频耐受电压值和雷电冲击耐受电压值应按照GB/T20645-2006的要求进行修正，修正系数见表3。

表3工频耐压和冲击耐压的海拔修正系数（海拔2000米为基准）

风力发电机组等级

G3

G4

GS

产品试验地点海拔[m]

2000

1.11

1.25

由设计者自定义，可根据插值定义

3000

1

1.11

4000

0.91

1

5.4.4温升

发电机和辅助电机的温升应根据GB755-2008表11和表14进行修正。

户外型低压电器产品的温升按公式确定

T=

+

式中

是相关产品在常规条件下的温升限值；

是温升限值的海拔修正值，可按照GB20645-2006附录A.2行选取。

5.4.5发电机局部放电

高原地区气压低，空气密度小，发电机定子容易产生局部放电，因此发电机的绝缘防护应采用耐电晕的绝缘系统，绝缘等级应提高到F或H级。

5.4.6降容

由于高原地区气压低，空气密度低，对于不针对高原环境作特定设计的电工电子产品，在不满足温升限值的条件下应考虑降容使用。

发电机的定子和转子之间的导磁能力差，发电机的额定功率应按

修正。

式中：

：

电机功率的变化值；h：

当地海拔；

=0.01

电机温升极限/100；

当地年平均气温；

：

电机额定功率。

变压器和变流器随海拔增加也应降容使用，海拔每升高100m，降容1%。

5.4.7防雷和接地

考虑高原地区的特殊性，高原地区的防雷应达到IEC61400-24（2010）雷电防护标准要求的防护等级1。

要充分考虑直击雷的引导效率，提高直击雷保护系统的使用寿命，防止剩余电压对风机的危害。

高原防雷应采用专业的避雷针。

考虑散热条件对电缆载流量的影响，避雷引下线的截面积不得小于70

，使用铜导体，以减小直击雷引导后的残压和降低引导通道的电阻。

高原地区应设计接地系统考虑冻土对土壤电阻率的影响，结合经济上的考虑，必须保证整个风力发电机组冲击接地电阻小于10欧姆，工频接地电阻小于4欧姆，接地体应避免使用容易形成金属电位差的材料，例如铜材。

5.4.8宇宙射线

宇宙射线强度随海拔高度升高而大幅增加，选取电气产品时应充分考虑宇宙射线引起电气产品失效的因素，应采用防电磁干扰等级较高的产品或增加必要的电磁屏蔽措施。

5.5控制保护系统

高原型风力发电机组除满足GB18451.1的要求外，还需满足以下要求：

—控制与保护系统的设计和制造工艺必须全面考虑高原地区环境条件的特点，高原环境不能影响控制与保护系统的可靠性；

—应考虑高原地区环境条件下空气密度对机组稳态运行特性、稳态运行参数以及机组散热能力的影响，并作适当的修正或调整；

—应考虑空气密度低造成大风速小转速的影响，引入新的变量或算法避免叶片失速；

—应考虑高原地区环境温度对机组关键部件极限强度及疲劳强度的影响，并作适当修正或调整；

—应提供对关键部件温度、湿度、润滑、振动的监测功能；

—对于配有加热/除湿装置的机组，保护系统必须考虑加热/除湿装置可能发生的故障；

—对于配有加热装置的高原型风力发电机组，机舱内必须设置火灾报警装置，火灾报警信号应送至控制系统进行监测。

当火灾报警出现时，机组应停机；

6检验

高原风力发电机组试验可参照GB/T19960.2-2005的规定，同时应进行以下试验。

6.1抗紫外线试验

6.1.1叶片

叶片抗紫外线辐射人工气候老化试验参照GB/T23987-2009的规定进行，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.1.2机舱罩、轮毂罩加速老化试验

根据ASTMG154-06非金属材料紫外线曝光用荧光设备使用标准的规定，进行UVA（长波黑斑效应紫外线，波长320～420nm）加速老化试验（具体方法参见附录A.1）。

或采用其他相当的试验方法，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.1.3塔架抗紫外线辐射试验

塔架抗紫外线辐射人工气候老化试验参照GB/T23987-2009或GB/T1865-2009的规定进行，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.2电气部件

高原风力发电机组电气部件试验应满足相应的产品常规标准规定的内容，对于受高原环境影响严重的电气部件应按照本标准5.4节规定的内容进行试验，试验项目参见附录A.2。

7标志、标签和使用说明书

7.1标志和标签

7.1.1标志和标签应符合GB/T191-2008的规定。

7.1.2产品标志，内容应包含：

—技术参数；

—风力发电机组等级；

—产品标志；

—产品名称；

—产品型号；

—出厂编号；

—制造日期；

—制造厂名；

—执行标准。

7.1.3使用说明书

产品使用说明书应符合GB/T9969-2008的规定。

使用说明书一般应提供以下信息：

—产品型号及名称；

—产品执行的标准代号及名称；

—主要用途及适用范围；

—使用条件；

—产品主要特点；

—产品原理、结构及工作特性；

—主要性能及技术参数；

—安装、接线、调试方法；

—运行前的准备及操作方法；

—故障分析及排除方法；

—有关安全事项的说明；

—备品备件清单；

—维护与保养；

—运输及贮存；

—质量保证及服务；

—附图：

外形图、安装图、原理图等。

8运输、贮存和安装

产品的运输、储存和安装需考虑高原特殊环境，如紫外线、雷暴、风沙、潮湿等的影响，相关人员应随身配备急救设备、事先作高原体检。

附录A（资料性附录）

A.1机舱罩、轮毂罩UVA加速老化试验

1）概述

本标准定义的机舱罩、轮毂罩的UVA加速老化试验是通过加速老化试验机模拟高原地区太阳辐射、冷凝、自然潮湿等，试样在模拟的环境中试验几周的时间，可以模拟户外几年甚至几十年发生的老化。

按照本标准定义的试验参数，测试1000小时相当于沿海地区10年的老化程度，青藏高原4-7年的老化程度。

并以此检验高原风力发电机组机舱罩、轮毂罩的抗老化能力。

2）试验参数

UV强度取0.7W/m2，照射温度取60℃，8小时UV、8小时50℃冷凝为一循环。

3）试验结果

结果对比，实验室测试材料的机舱罩、轮毂罩试样经过2000小时UVA耐老化后的色差，及光泽保持率。

如何选择机舱罩、轮毂罩材料可与供货商协商。

诸如耐UVA2000或3000小时后色差值多少，保光率多少，须考虑设计要求。

A.2电气部件试验

表A.2高原型风力发电机组电气部件试验

电气部件

型式试验

例行试验

发电机

温升试验、工频耐压试验、局部放电试验

工频耐压试验

变压器、互感器、调压器、电抗器

温升试验、绝缘介电性能试验

绝缘介电性能试验

低压成套开关设备和控制设备

温升试验、绝缘介电性能试验

绝缘介电性能试验

变流器

温升试验、绝缘介电性能试验

绝缘介电性能试验