风电调试与测试验收.docx

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风电调试与测试验收

风电发电机组的法配调试与技能测试验收

概论

第一节风力机的安装及起吊

一、站址的选择

风力机站址的选择至关重要，要考虑到各种复杂的因素。

理想的站址是风场稳定、年平均风速高、有效风速持续时间长而周围又没有高大障碍物的开阔平地或小山包。

但要找到这种理想的地方，实际上是相当困难的。

为此，通常规定：

（1）以安装地点为中心，在半径IKm（小型风力机允许缩小到400m）的圆圈内，应没有障碍物。

（2）若有障碍物，则风力机的高度应为障碍物最高处高度的3倍以上，如图1-1所示。

（3）如风力机安放在建筑物的上风向，与建筑物起码要保持2倍高度的距离；在下风向设置时，至少要离开建筑物高度10倍以上，在建筑物上方设置时，必须是其高度的2倍（图1-2）。

（4）相邻风力机间的距离要在10D（D为风轮直径）以上。

此外，风力机的安装地点还要考虑紊流、运输以及联网等问题。

所谓紊流是指气流速度的急剧变化，包括风向的变化。

通常这两种因素混在一起出现。

紊流能影响风力机功率的输出，同时使整个装置振动，严重时使风力机损坏。

所以风力机站址应避开紊流。

在设置大型风力机时，可以用放出气球寻找紊流，就是在气球的绳子上系布飘带，通过飘带的运动了解紊流的存在（图1-3）。

二、安装及起吊准备

这里主要讲中、大型风力机运抵现场后的安装及起吊准备工作。

（1）成立由工程技术人员及工人参加的安装、起吊领导小组，统一部署并指挥现场的安装及起吊工作；

（2）根据装箱单逐项清点运来的设备、部件以及专用工具等；

（3）组织有关人员熟悉图纸，并学习《安装使用维护说明书》，以便对厂家的具体规定、质量要求，做到心中有数。

（4）准备好安装、起吊用的工具、器材。

对起吊工具应进行全面认真的检查，如发现异常或损坏，应立即修复或更换。

（5）检查起吊及拉紧固定锚用的钢丝绳直径是否合适（要有足够大的安全系数）。

钢丝绳即使只有一股损坏，也不能凑合使用。

三、安装及起吊

除特大型风力机外，一般风力机的轮毂及机舱内的设备、部件（包括传动装置、发电机、回转体、制动器等），出厂前一般均已装好，有的甚至还打上定位销，所以风力机在现场实际上没有多大的安装工作量，概括起来主要有下列几点：

（1）复查联轴器中心，盘动转动机械应灵活自如，否则要进行解体检查；

（2）把所有螺栓检查并复紧一遍；

（3）把分段塔架连接或套装起来，并用枕木把其上端垫到一定的高度；

（4）如采用整机起吊，可先把机座下面的回转体与塔架上端连接上，而后再将桨叶逐个地紧固到轮毂上（如用尾舵或舵轮对风，此时也应装上），否则这两项工作要在塔架竖立固定后在高空进行；

（5）把动力电缆和控制电缆与机舱内有关设备连接上，而后把它们从塔架中间引下来（如采用手动带式制动器，此时也应把刹车绳引下来），倘若采用拉线塔架，则先要把拉线与塔架连接上。

安装完毕，要组织有关。

人员进行验收，经全面检查确认完全符合要求后方可开始起吊。

如果吊车或扒杆的长度及起吊能力足够，则最好采用整机起吊，这种方法既方便又省时。

假如起吊能力有限，那只好化整为零，分部进行；先把组装好的塔架吊立固定，再吊机舱并把回转体连接到塔架的上端；最后再将桨叶逐个吊上装好。

这种方法不但费时，而且要在高空旋紧螺母，既不安全又不方便。

风力机吊装就位后要用测锤找正，经调整合格后即用螺母将塔架锁固到地脚螺栓上。

对采用拉线的塔架，此时应将拉线连接到地锚上，并用花篮螺栓张紧；张紧时每根拉线的紧度尽量要保持一样。

将动力电缆和控制电缆分别连接到动力盘与控制柜上，松开回转体上的临时制动使风轮自动迎风，但主轴的刹车装置最好等第一次试转时再松开。

四、注意事项

（1）如是整机起吊，起吊前务必将主轴及回转体施以制动，以免在起吊过程中发生旋转。

（2）起吊工作要有一人统一指挥，在场人员均要戴安全帽，与起吊无关的人员应暂时离开。

（3）起吊用的钢丝绳不应打结，而要用“U”型环锁定。

钢丝绳与任何物体锐棱角接触时，绳下均要有柔软的衬垫。

（4）使用绞车时，钢丝绳必须整齐成行地绕在绞轮上，不得过绕或迭置。

（5）临起吊前，应再次检查钢丝绳的捆绑情况，如确属正常，方可试吊。

当塔身刚刚离地时，还应再检查一次悬吊及捆绑情况，在确认没有问题后才允许继续提升。

若起吊过程中发现绳扣不良或捆绑松动，应立即停止起吊。

（6）吊升过程严禁任何人在塔身下面站立或通过。

（7）当气温低于15℃、风力超过6级以及暴雨、打雷、大雾等恶劣天气，一律不得进行起吊作业。

（8）工作人员爬升塔架时，必须完全空手，携带的工具要装在工具袋中开挂在肩上。

在工作平台或塔架上进行作业，必须使用安全带。

取用工具时一定要用绳子吊上，以免坠落伤人。

第二节风力机的调整

风力机吊装就位后，为安全起见，不要急于松闸起动，而要再进行一次全面大检查，当确认电气设备绝缘合格，接线无误，相序相位正确，蓄电池、逆变器完好以及变速箱油位正常，所有螺栓没有松动，而风速又在4~6m/s之间时，方可进行首次试运。

此时应特别注意风轮及变速箱的工作情况。

假如传动装置与风轮运输平稳、振动正常，且又无异常声响，则可开始检查对风装置和调速机构的性能，并进行电气方面的常规试验；否则，应紧急停机查明原因，而不允许继续运转下去。

一、对风性能的检查

如用尾舵或舵轮对风，最简单的方法就是观察风轮的迎风面与风向风速仪上风标所指的方向是否基本垂直（或机舱与风向标所指的方向是否大体一致）。

倘若用电动（或液动）伺服装置对风，可先进行手动检查，注视机舱是否按要求回转；而后再人为地将其感受元件—风向标，偏离主导方向一定角度（例如土15°），经一定延时后，观察机舱有否随之回转。

在试运中如发现对风跟踪过于频繁，则可用加大回转体阻尼或增加延时时间来解决。

二、调速（限速）性能的检查

对利用风轮偏侧、离心变距以及叶尖阻尼限速的风力机而言，当转速超过额定值后，应留心观察限速机构是否按整定的转速动作。

假如动作转速偏低或过高，则要件机并对风轮施以制动后，操作人员爬上塔架（微型风力机可以放倒），将调整弹簧拧紧或放松进行调整。

限速机构动作试验应进行三次，前二次动作转速相差不应超过6%，第三次动作转速与前二次动作转速的平均值相差不应大于1%。

否则要重新进行调整，直到合格为止。

对电动（或液动）伺服变距的风力机来讲，除应核实超速保护装置动作是否正常外，还要检查能否按设计要求升速或停机，以及变距速率是否满足要求等等。

三、电气方面的常规试验应根据电气规程的有关规定执行

四、试带负荷运行

当对风装置及调速（限速）机构调整合格，空载运行又未出现任何异常后，风力发电机组即可开始试带负荷或并入电网运行。

此时要观察风速与功率的关系，尤其应注视额定功率所对应的风速是否与设计的风速相符，并检查变速箱和发电机是否出现振动或发热。

风速超过额定值后，对单机运行的机组，要注意转速波动情况及限速机构动作是否正常，并网运行的机组则要观察功率限制情况及功率的波动幅度。

五、动态性能的检查

机组试带负荷运行正常后，即可进行动态性能的检查。

所谓动态性能的检查，实际上就是验证卸负荷后限速机构或保安装置能否正常动作，而不使机组超速飞车。

为安全起见，可先卸半负荷；当确认转速没有严重飞升后，再卸全负荷。

总之，在新机组试运调整期间要密切注视机组各部份的运转情况，特别要留心调速（限速）机构动作正常与否？

如发现振动或异常声响，应紧急停机检查，只有在查明原因、故障完全排除之后方可继续起动、运转，并把试运调整中发生的有关情况详细记录在案。

第三节风力机的使用

风力机长年累月置身于野外，运行条件极为恶劣。

它的寿命固然与制造质量有关，但更取决于日常维护保养的好坏。

因此，正确使用与认真维护对风力机来讲格外重要。

为了尽量延长风力机的使用寿命，使其能较长久地连续运转，特列出下面几条保护措施，供参照执行。

1.根据厂家提供的图纸资料以及有关说明书，编写出《风力机运行及维护规程》，供有关人员学习，并要求他们在各自的运行和维护岗位上认真贯彻执行。

2.值班人员要经过严格培训，只有既能熟练地进行开，停机操作，又具备独立处理故障能力灼人，才可以担任。

3.为了防患于未然，值班人员要加强责任感，主动承担日常的维护工作。

主要有：

（1）运转中如发现连接螺栓有松动现象，应随时紧固，不得延误；

（2）如机组，出现不正常的摩擦、碰撞、振动以及异常声响，均应紧急停机查明原因，及时处理；

（3）对拉线塔架要经常检查其张紧程度，如发现松弛或紧度不一样，应及时拧紧或调整。

调整过的花篮螺栓最好用铁丝将其扎牢；

（4）每二个月（风向变化比较频繁的地区可酌情缩短）检查一次发电机出线电缆的缠绕情况，若超过三圈，在无风或小风时应设法沿#相反方向给以解脱；

（5）每三个月检查变速箱油位一次，如发现低于允许最少标志，应及时添加。

风力机若在高寒地区运转，在冬季到来之前，变速箱要换用防寒的润滑油，

（6）各轴承所用的油脂，每年要更换一次。

平时可通过轴承上的油杯或油枪向轴承注油脂；

（7）如塔架表面未经镀锌处理，在沿海地区每年要刷漆防腐一次，内陆地区可酌情适当延长；

（8）在暴风或强台风到来之前，不同的风力机应采用不同的防患措施：

a.微型风力机最好将整机放倒，并把风轮施以制动，这是万无一失的安全之举，

b.变距调节的中、大型风力机，在桨叶完全顺桨后，不宜再对主轴施以制动，而要让其徐徐地旋转；此时对风装置千万不能退出，否则风轮将无法迎风，在风向突变时有可能旋转起来，甚至超速；

c.定桨距的小型风力机，在风轮偏转./0并折尾后，应再施以制动；

d.失速控制的定桨距中、大型风力机，则要将主轴牢牢地抱闸。

4.风力机连续或累计运转一年以后，调速机构、传动装置、发电机以及其他电气设备等都要解体检查并进行大修：

（1）小、微型风力机可将塔架放倒，在地面对有关设备进行解体检查，中、大型风力机在机舱内对传动装置及发电机进行解体检查，比较困难，为此可将变速箱与发电机吊下来进行大修（如整体吊有困难，可将变速箱中的齿轮以及发电机转子吊下来）。

（2）变速箱解体后可用着色法检查齿轮的啮合情况。

当啮合良好时，齿面全长上将有相等的痕迹；若只在齿顶有痕迹，则说明齿轮的配合有歪斜，或因轴颈或轴承磨损而使轴线产生歪斜。

此时要仔细检查轴颈与轴承，并重找中心。

齿轮的磨损不得超过齿厚的12%，否则应予以更换。

（3）调速（限速）机构及对风装置的弹簧要；拆下来检查、清洗。

拆卸前，应记录下各弹簧的预紧度，作为复装的依据。

如果弹簧出现裂纹或有剧烈的变形现象，则应换上备品。

（4）传动装置以及其他转动部件上的滚动轴承均要进行检查、清洗、换油，发现损坏要一律更换。

如轴颈部位严重磨损，轴承已无紧力，则要进行表面喷镀处理，或更换损坏的轴。

（5）大修后联轴器要重找中心。

所有转动机械复装后均应转动自如，没有异常声响与振动。

调速（限速）机构复装后仍要按规定进行性能试验。

总之，通过大修要把已暴露的设备缺陷全部消除。

大修中要做好检修记录，大修后的第一次起动应与新机试运同样认真对待，切勿大意。

5.发电机以及电气设备的日常维护、保养请参照电气有关规程执行，下面仅简要介绍一下蓄电池的正确使用与维护。

（1）电液必须用化学纯硫酸（比重为1.835）与合格的蒸馏水配制，其比重约在1.24~1.27之间。

（2）接线前应先检查电池正负标志是否正确，单格电池有无反极现象。

（3）蓄电池每单格电池的加液孔盖必须旋紧，通气孔必须畅通，这样，电池工作时所产生的气体可以从孔中逸出。

（4）电池液面应高出极板10~15mm。

使用中当发现液面过低时，应及时补充蒸馏水。

铅酸电池的补水间隔时间通常为3~6个月，碱电池则以6~12个月为宜。

当然若在较高温度下使用时，可酌情缩短补水的间隔时间。

（5）电液温度应保持在20℃左右，即使在充电过程中也不得超过35℃，为此在冬季要注意防冻；

（6）注液后若在12小时内未使用，或使用一段时间后又长时间搁置起来，则要按规定充电后方可恢复使用。

（7）当电液比重下降到1.175时，应立即停止使用，并要在24小时内予以充电，否则可能造成极板硫化而使蓄电池损坏。

这一点对风力发电特别重要，因为经常会遇到无风的时间，这时千万不要使蓄电池放电过头（一般不要超过额定安全值的25%）。

充电时速度不宜太快，否则也将明显地缩短蓄电池使用寿命。

（8）严禁在蓄电池上放置家具、工具或金属物品，以防极间短路。

（9）蓄电池外壳要经常保持清洁干燥，以避免擅自放电。

（10）及时清除电极极柱上的氧化物，并涂上一层薄薄的黄油或凡士林，以致保护。

（11）蓄电池在使用过程中应特别注意安全：

a.当电液溅到皮肤和衣服上时，应立即用大量的水冲洗。

万一溅入眼睛，要先用流水充份冲洗，而后火速去医院接受治疗；

b.要尽量避免在高温下使用，因为电液温度超过45时，电池的寿命会明显缩短；

c.蓄电池室要单独设立，不得与其他装置共用。

室内要有良好的通风，以免发生氢气爆炸。

此外，严禁任何明火或产生电火花的电器设备置于室内，照明要用防爆灯；

d.严禁用“碰头”（即短路）的方法术检查蓄电池的贮放电程度；

e.在高寒地区使用时，应有保暖措施，以防冻裂。

如将蓄电池放置在塞满干燥锯木末的木箱内，这样还可避免电液万一溢出时，不会滥流伤人：

f.配制电液时，应先将蒸馏水倒在一个容器内，然后再徐徐地注入浓硫酸；切不可将水倾入纯硫酸中，否则将有爆溅之危险。

6.要建立设备的技术档案。

技术档案是风力机使用情况的主要说明和记录，它对提高管理水平，总结使用经验，改进产品质量都有很大的意义。

所以，每台风力机均要建立自己的技术档案，其内容主要包括：

（1）制造厂提供的图纸、资料以及专用工具、备品备件清单等。

（2）风力机的运行及维护规程、运行记录、历次检修记录。

（3）设备主要缺陷记录以及所采取的对策。

（4）现场安装、起吊、调整以及试验记录。

（5）暴风或强台风袭击的时间、次数以及最大风速，设备损坏情况等。

（6）历年发电量、累计运行小时数。

（7）重大技术革新成果。

（8）外宾及上级领导来风力发电站参观或视察的日期、建议、指示以及照片等。

第四节 风力机的现场性能测试

风力机的功率特性通常用功率曲线来描述。

构成功率曲线的数据应采自在“自然”大气状态下的现场试验。

由风力机模型分析计算、试验台、“恒速”试验（牵引试验）以及风洞试验所得到的数据都不能用来描绘风力机的功率曲线。

为此，风力机只有通过现场性能测试以求取其功率与风速之间的关系。

鉴于目前国内尚未制定出风力机的现场性能测试规范，本节所论述的有关内容主要参照美国风力机的标准测试方法———BIN法，并结合我国的具体情况而作介绍。

一、测量项目

1.大气参数的测量

（1）风速；

（2）风向；

（3）大气温度；

（4）大气压力。

2.性能参数的测量

（1）输出功率；

（2）转速。

二、测量方法

1.风速

风速用风速仪测量。

风速仪在使用之前应经过标定，其准确度应保证在整个试验期间始终维持不变。

（1）在3~20m/s风速范围内，其测得的精度不得低于±0.5m/s；

（2）风速仪的安装高度应尽量与风轮中心一致，但若符合下面规定，则可允许有点偏差；

a.风轮中心高度大于15m时，风速仪的安装高度不应超过风轮中心高的10%。

b.当风轮中心高小于15m时，风速仪的装设高度应在0（与风轮中心高之间。

（3）风速仪的安装位置与风力机的水平距离为2~8D，（D———风轮直径）；

（4）不能使用有严重滞后现象的风速仪，因为它将使按BIN法处理的数据发生很大的误差；

（5）在试验过程中要保证风速仪的位置始终不落在风轮或塔架的尾流区内。

2.风向

风向用风向标测量，其安装要求与风速仪一样，风向测量的准确度要在5°以内。

3.大气温度

（1）大气温度要用温度计测量，在试验过程的温度范围内，其精度应在1℃之内；

（2）温度计或其他测温仪的刻度≯1℃；

（3）建议在1.5m的高度上测量温度；

（4）在试验过程中要罩住温度计的水银球或其他测温仪的传感器，以避免太阳光或其他辐射能源的直接照射。

4.大气压力

（1）大气压力用气压计测量，在整个试验过程中其精度要在3%以内；

（2）气压计的刻度≯333Pa（2.5mm-Hg）；

（3）在塔架或相当的构架上安装、测量。

5.输出功率

（1）功率要用功率表测量，使用前要经过标定，在风力机最大功牢的5~125%范围，内，其累计误差≯30%；

（2）功率表要安装在只测量风力机输出功率的电源电路上，或其相当的电路上。

6.转速

（1）转速用转速表测量，使用前也要经过标定，在风力机工作转速范围内的精度≯2%；

（2）转速表的刻度≯风力机工作转速的2%。

三、测试过程

试验过程的全部情况都应记录下来，以便每次试验的记录日后随时都能复制。

所有测量数据都应经过复核，以保证其可靠性和准确性。

试验中遇到的各种情况都应详细记录。

1.性能测试时，要在尽量宽的风速范围内采集某一风速下的一组输出功率的数据，当然也包括风速、风向、气温、气压等基本参数的采集。

在现场试验时，风速与输出功率是一种离散量，因此需要用BIN法进行处理。

该法是将试验过程中可能出现的风速范围划分成等宽度的风速档，通常从起动风速到12m/s之间的风速档距取1m/s；12m/s到停机风速之间的风速档距取2m/s。

每一档有两个累加器，其中一个采集风速，当某一个风速取样数据落在对应的风速档内时，计数器就采集一次，增加一个字。

另一个累加器用来采集输出功率，将每一次风速所对应的输出功率在计数器中进行累加。

把存储在某一

风速档内输出功率计数器的总和除以同一挡风速采集的次数，即得到风力机在此风速下的平均输出功率。

BIN法的框图如图1-4所示。

2.试验数据如采用人工采集，则要有二名试验人员分别观察风速和功率的仪表，并要求近乎同时读取数据（建议用数字仪表）。

如果读出数据的时间间隔不超过30s，则可从标有刻度的记录纸上读取这时的试验数据。

有条件的最好采用以微机为核心，将被测参数的模拟量经A/D卡变换为数字量的自动采集、自动修正、归纳分组、显示打印、绘制曲线的全自动系统。

图1-5是这种系统的示例，它把电压、电流、转速、风速以及功率信号通过各自的变换器变为5V的直流电压输到A/D卡，变换为数字量后再输入到微机中去。

A/D卡的分辨率要求为：

风速≯0.5m/s；

输出功率≯最大功率的2%。

3.最低的采样速度：

风速、功率和转速应在30s读取一个数据点，气压和气温在整个试验过程中1h读取一次。

4.从起动风速到12m/s风速之间，每个风速档至少要采集60个点；12~16m/s风速之间至少要采集20个点；从16m/s到停机风速至少要采集10个点。

5.当风速小于12m/s时，每一档的最短采样时间为10min；风速在12~15m/s之间为5min；风速超过15m/s的为2min。

所有档组合的总采样时间最短为10h。

6.注意事项

（1）不论出于什么原因，各试验的持续时间不到15min，则试验无效，所采集的数据也不能用；

（2）在整个试验过程中，不准人为地改变风力机的桨距和转速，也不允许以任何方式变动负载或发电机的励磁；

（3）在试验过程中如发现空气密度变化超过0.1kg/m3，则要中断试验；

（4）如果风速、转速、气压、气温或功率中的某一个由于任何原因发生差错，则该组数据应予以剔除；

在试验过程中，当风速仪处于风力机下风向的扇形区域（见图1-6）内时，所测的数据也不能使用；

式中：

Ps———修正到标准状态下的功率（kW）；

PT———未经修正的平均功率（kW）；

ρs———标准空气密度（ρs=1.225kg/m3）。

进行功率修正时，要注意最大功率不应超过风力机的最大功率，因为风力机的最大功率一般受发电机容量和控制装置的限制，若修正后的功率超过最大功率，则要用最大功率代替计算的修正功率。

五、功率曲线的绘制

1.功率曲线是用等刻度的直角坐标来表示风力机的输出功率（纵坐标轴）相对于风速（横坐标轴）的函数关系。

2.纵、横坐标均以“0”为起点，纵坐标上限到最大功率的110%，横坐标上限到停机风速的110%。

3.功率曲线上应标明起动风速、停机风速和最大功率，如图1-7所示。

六、试验报告格式

风力机的现场性能测试报告应包括以下内容：

1.风力机

（1）风力机型式（水平轴或垂直轴、上风向或下风向），并附上风力机照片二张及三视图一张；

（2）风轮直径、中心高度；

（3）叶型、叶片数、叶片材料；

（4）塔架型式、材料；

（5）增速器型式、增速比；

（6）负荷输出方式；

（7）起动与停机的控制方式；

（8）桨距角控制方式、转速控制方式。

2.试验设备及仪器

（1）设备和仪器的名称，并附有相应的照片；

（2）设备和仪器的测量误差，并附有相应的标定曲线；

（3）设备与仪器的安装位置、测量力法。

3.试验现场

（1）站址名称，地理位置；

（2）地形特征，并附上风力机各方位的地形照片。

4.数据采集系统和数据采集的方法。

5.负载形式和控制方法。

6.气象条件。

7.数据修正方法。

8.功率曲线（P-V曲线）。

9.平均功率曲线（PM-V曲线）。

10.年输出能量（AEO）。

11.其他需要交待的内容。

风力发电机组的装配技术

第一节装配的基础

一、装配的概念

1.装配风力发电机组和任何其他机器一样，都是由若干零件和部件总成组成的，部件总成和许多零件按照规定的技术要求，依一定的顺序和相互关联关系，结合成一台风力发电机组的工艺过程称为装配。

2.部件装配（分装配）风力发电机组的任意部件总成，如齿轮箱等，都是由许多零件和小部件组成的，把由齿轮、轴、轴承、箱体等零件装配成齿轮箱，或把机座、端盖、转子、定子等装配成发电机的这类装配过程称为部件装配。

风力发电机组的齿轮箱、发电机、液压站、润滑站、控制器等部件一般由专业生产厂商装配生产，主机厂以外构件方式订货采购。

3.总装配以风力发电的机舱底座为基础件，把包括风轮轴及轴座、齿轮箱、发电机等部件总成和零件按一定的技术要求和工艺顺序组合成一台完整的风力发电机组的工艺过程称为总装配。

这个过程是风力发电机组主机厂的最主要的生产过程。

实际上，由于风力发电机组结构的特殊性，主机厂的风力发电机组总装配过程不可能将尺寸巨大的风轮和塔架等在生产车间全部装配在一起，而必须在风力发电现场才完成最终装配，这是不同于一般机电产品（如汽车、内燃机、机床等）的特点。

二、装配过程

包括以下几个阶段：

1.装配前的准备阶段

1）熟悉风力发电机组总装配图、装配工艺和质量要求等技术文件。

2）准备好装配台架（台车），其他工艺装备、工具量具等。

3）按明细表清理零部件，品种数量要齐全，