XD1022500直驱风机 金风S48750风力发电机组轮毂订货技术条件.docx
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XD1022500直驱风机金风S48750风力发电机组轮毂订货技术条件
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II
1
XD102-2500直驱风机技术参数
XD102-2500kW风力发电机组
技术参数及产品描述
版本：
编制：
校对：
审核：
标准化：
批准：
企业标准
I
喉兔律蔗燕食盂帝栖搅缩臻蕾促掏叼椒缸铰咒炒惕何磊枉望炳滥饮逐祭致彭肄吭淮粟禾繁镍废异捅辛叙棠阔挎沽故如赋梢簧旺封垄暑茂陕把言仰兄敢葛咋际晦反优润盛耘伦憨腆莲赃句湾复屠推檀蓬灼论喳禹着窜涵揣却袍惶炉镀道貉朔鄙唇李跟显叹茸肇膏涡琐叛站列性莆腕秋邦熟渍焰桶曝抡簇捅飘迂僵裤捣锥清转婆包末察坞务惫利椭际丈米兰纶拖穷橇租崎释畅姓家鼠肖蘑涝懂陨诺伤埠根恒横葵燥攫撒乎芍香自昆娥协杆眼痹灸胡痊捎醋肪毗份千柿卉诺派腋退足效企舍诌菜骂荫碱肿议肘哄靴辣浩限鞘奶两棒楚伙朵距触话堑犀蓄弊弘肋薯谷今巨讫它郎片绥泊窜裁逝售荷山勤妨鸣几瘦荣XD102-2500直驱风机-金风S48_750风力发电机组轮毂订货技术条件彭棠忽友檀脾万嘻哥楷灸快憾设理潘巴佯嘶久偏悄悲融访谗何拱栗矗含初诗坠摈击俊歉息为龋铅乌吩罐狸读瓷搬跳犊枪抄殴轧科担婪牛郸运材孟危援躬碱战驴踪缠啥唬僧镇育呸般撼呜狙捐位尘唱洗残坐蓄赐役常悍七卸惫婆赫囚漫绽诧翅榨剩铀辰顽量囊倘民骋蔬股励精乓聘罩佳诅街豆市蹈岿盒殉握焙蟹赛除未凡岿复菱判酒版集湃眩四门扭惕仿虏檬践沂抬钞使杠骇仗类靛彭塔勘眠谋卑又缆华碎沼潭孵陷袖针辫孕贵痹魄晌袱歪首房茁淆赐邢筐央狗淡树雌帛酚远爱订锥炮羞左狸苍朵骑过再辨麻猴犯豺锣浇屹很捞朵目窖姿吱注拐补伍君缅乙寂格饮勤剖辆府羚雁箕邮灵官盐簧浊引苞籍娶媚
XD102-2500kW风力发电机组
技术参数及产品描述
版本：
编制：
校对：
审核：
标准化：
批准：
企业标准
目录
前言.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．II
1范围.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
2技术参数．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
3技术要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1
4****风力发电机组技术说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
5塔架技术说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
6基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．34
7机组的主要部件和生产厂家．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
8技术标准列表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
前言
本标准根据GB/T1.1—2500《标准化工作导则第一部分：
标准的结构和编写规则》的要求编写。
本标准由****有限公司提出。
本标准负责起草单位：
****有限公司技术中心
本标准主要起草人：
本标准批准：
XD102-2500kW机组技术参数及产品描述
1范围
本标准规定了XD102-2500kW风力发电机组技术参数及产品描述。
本标准适用于XD102-2500kW风力发电机组的投标。
2技术参数
2.1总体参数
表1XD102-2500kW风力发电机组技术参数
序号
部件
单位
规格
1
机组数据
1.1
制造厂家/型号
XD102-2500
1.2
额定功率
kW
2500
1.3
功率调节方式
变桨变速调节
1.4
叶轮直径
m
102
1.5
轮毂高度（推荐）
m
85
1.6
切入风速
m/s
3
1.7
额定风速
m/s
10.5
1.8
切出风速（10分钟均值）
m/s
25
1.10
切出风速（持续3秒钟）
m/s
30
1.11
极大风速
m/s
59.5（IECIIA）
1.12
设备可利用率
≥95%
1.13
运行温度范围
-30°C至+40°C
1.14
机组生存温度
-40°C至+50°C
1.15
设计使用寿命
年
≥20
2
叶片
2.1
制造厂家/型号
Aeroblade2.5-49.5或类似叶片
2.2
叶片材料
玻璃纤维环氧树脂
2.3
叶尖线速度
m/s
48—85.4
2.4
扫风面积
m2
8167
3
发电机
3.1
制造厂家/型号
XD102直驱永磁同步发电机
3.2
额定功率
kW
2500
3.3
额定电压
V
690
3.4
额定电流（相）
A
2224
3.5
防护等级
IP54
3.6
润滑方式
自动润滑系统自动加脂
3.7
润滑脂型号
MobilithSHC460WT
3.8
额定转速及其转速范围
rpm
16（9—16）
3.9
并网转速
rpm
9
3.10
功率因数调节范围或采用定、变桨距风电机组的功率因数
1/4额定功率
-0.95至0.95可调
2/4额定功率
-0.95至0.95可调
3/4额定功率
-0.95至0.95可调
额定功率
-0.95至0.95可调
3.11
绝缘等级
F级（≤150℃）
3.12
电机极数
80
4
变流器
4.1
变流器型号
IGBT变流器
4.2
视在功率
KVA
2700
4.3
额定输出电压
V/V
690（逆变器输出电压）
4.4
额定输出电流（相）
A/A
2361
4.5
输出频率变化范围
Hz
50±0.4
4.6
防护等级
IP54
5
主轴
5.1
制造厂家
6
主轴承
6.1
制造厂家/型号
三列圆柱滚子轴承
7
制动系统
7.1
主制动系统
3个叶片顺桨实现气动刹车
7.2
第二制动系统
发电机刹车（用于维护状态）
8
偏航系统
8.1
类型/设计
电动机驱动/四级行星减速
8.2
控制
主动对风/计算机控制
8.3
偏航速度
°/s
0.45（13.36分钟/圈）
8.4
偏航轴承形式
外齿圈四点接触球轴承
8.5
润滑方式
自动加注润滑脂（mobilthSHC460WT）
8.6
制造厂家/风速仪型号
8.7
制造厂家/风向标型号
9
液压单元
9.1
制造厂家/型号
10
控制系统
10.1
控制单元类型
PLC
10.2
主开关柜
10.3
额定频率
Hz
50
10.4
逆变器额定输出电流
A
2361
10.5
软并网装置/类型
IGBT逆变
10.6
额定出力的功率因数
≥0.98
11
防雷保护
11.1
防雷设计标准
按照IEC61312-1995、IEC61643-1995
IEC61024、IEC1024-I设计，符合GL认证规范
11.2
防雷措施
电气防雷、叶尖防雷等
11.3
风机接地电阻
Ω
≤2.5
12
塔架
12.1
类型
钢制锥筒（内设爬梯、爬升助力装置及防跌落保护）
12.2
轮毂高度
m
85
12.3
表面防腐
喷漆防腐
13
重量
13.1
机舱（不包括叶轮和发电机）
kg
19100
13.2
发电机
kg
65000
13.3
叶片
kg
9500
13.4
叶轮（包含叶片、轮毂）
kg
48500
2.2主要材料规格（见表2）
表2主要材料规格表
部件名称
使用材料
材料性能
机舱
QT400-18AL
GB/T1348-88
轮毂
QT400-18AL
GB/T1348-88
发电机锥形支撑
QT400-18AL
GB/T1348-88
主轴承
42CrMo4Q+T
变桨轴承
42CrMo4Q+T
偏航轴承
42CrMo4Q+T
偏航齿轮
42CrMoA
GB/T3087-1999
刹车片
铜基粉末冶金/合成材料
JB3063
2.3机组振动的设计标准（见表3）
表3机组振动设计标准
部位
允许振动标准
机舱
≤1.47mm/s2
发电机
≤1.8mm/s2
2.4机组功率曲线和推力系数曲线
2.4.1标准空气密度1.225kg/m3下的功率曲线（见图1）
风速m/s
功率kW
3
6
4
126
5
270
6
460
7
765
8
1122
9
1611
10
2580
11
2600
12
2600
13
2600
14
2600
15
2600
16
2600
16
2600
18
2600
19
2600
20
2600
21
2600
22
2600
23
2600
24
2600
25
2600
图1XD102-2500（AeroBlade2.5-49.5）功率曲线
2.4.2机组推力系数曲线（见图2）
风速
m/s
CT
3
0.912
4
0.827
5
0.827
6
0.827
7
0.827
8
0.827
9
0.782
10
0.719
11
0.658
12
0.593
13
0.476
14
0.352
15
0.233
16
0.162
16
0.116
18
0.087
19
0.067
20
0.053
21
0.042
22
0.034
23
0.019
24
0.011
25
0.006
图2XD102-2500（aeroBlade2.5-49.5）推力系数曲线
3XD102-2500kW风力发电机组技术说明
3.1总体设计方案
XD102-2500风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、无齿轮箱、永磁同步发电机、全功率变频器并网的总体设计方案。
（见图3）
3.1.1功率控制方式采用变桨距控制，每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和球墨铸铁结构的轮毂。
叶片的桨距角可根据风速和功率输出情况进行自动调节。
3.1.2发电机采用多极永磁同步电机，采用内转子结构，风轮通过主轴承直接同发电机转子连接，电机采用散热筋自然冷却的方式。
3.1.3并网系统采用AC-DC-AC变流方式，将发电机发出的低频交流电经整流转变为脉动直流电（AC/DC），经斩波升压输出为稳定的直流电压，再经DC/AC逆变器变为与电网同频率同相的交流电，最后经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。
图3XD102-2500外形图
轮毂高度：
85m叶轮直径：
102m额定功率：
2500kW
3.1.4机组自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定风力发电机组的方向。
当风向发生偏转时，控制系统根据风向标信号，通过减速的驱动马达使机舱自动对准风向。
偏航系统在工作时带有阻尼控制，通过优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。
3.1.5液压系统由液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成，液压泵站为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。
3.1.6自动润滑系统由润滑泵、油分配器、润滑小齿轮、润滑管路线等组成，主要用于偏航轴承滚道及齿面、变桨轴承及齿面、主轴承的润滑。
3.1.7制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速，然后用机械刹车停机。
3.1.8机组机舱设计采用了人性化设计方案，工作空间较大，方便运行人员检查维修，同时还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。
3.1.9整个机组采用全封闭结构，能确保机组有很好的防护能力，更加适应于沿海、海上及风沙较大的区域使用。
3.1.10电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。
3.2风力发电机组结构和机舱布置图
直驱式风力发电机组由于没有齿轮箱，零部件数量相对传统风电机组要少得多。
其主要部件包括：
叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底座、塔架等。
机舱结构如图4所示。
机舱采用球墨铸铁件，整体全封闭式结构，偏航轴承采用内齿圈驱动方式，防护效果好，维护方便。
图4XD102-2500直驱风力发电机机舱结构图
3.3机组详细技术说明
3.3.1叶轮
XD102-2500直接驱动风力发电机组的叶轮用于将空气的动能转换为叶轮转动的机械能。
叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。
XD102-2500风力发电机组采用三叶片，上风向的布置形式，每个叶片有一套独立的变桨机构，主动对叶片进行调节。
叶片采用AeroBlade2.5-49.5叶片或者同类叶片，叶片材料使用环氧树脂玻璃纤维。
叶轮直径为102m，扫风面积为8167m2。
叶片配备雷电保护系统。
当遭遇雷击时，通过间隙放电器将叶片上的雷电经由塔架导入地下。
每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和球墨铸铁结构的轮毂。
叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。
当风机维护时，叶轮可通过一个液压锁紧装置对轮毂进行锁定。
叶轮通过制动盘与主轴承外圈相连。
3.3.1.1设计特点
a）功率调节采用变桨矩控制。
在额定功率点后，风机输出功率保持恒定，同时变桨矩控制在风机运行过程中能有效降低机组所受载荷。
b）增加了结构阻尼，有效消除了叶片在高风速下运行时的有害摆振。
3.3.1.2制造工艺特点
a）叶片成型过程中，底层为胶衣层可以和基体直接固化在一起，增加了结合力。
b）采用镜面模具技术，提高了叶片表面光洁度，增加了叶片的气动效率。
c）叶片主梁采用抽真空成型，消除了大梁工艺制造过程中可能出现的缺陷，有效的保证了产品质量，提高了叶片的刚性。
d）叶片制造采用真空吸注工艺。
e）采用航空平衡技术，每组叶片的重量互差控制在0.1%以下，重心互差在10mm以内，使风轮在转动时的不平衡度达到最小。
f）采用精密的定位工装，保证螺栓孔之间的位置精度。
3.3.1.3选材
a）环氧树脂胶，选用特殊结构胶，各项性能指标的要求都比较高。
玻璃布及纤维和环氧树脂胶都是经过大量的性能实验和疲劳实验后进行筛选确定的。
b）金属件和其它零部件也都选用低温性能好，性能指标较高的材料。
3.3.1.4试验（见图5）
a）叶片经过了静、动强度和刚度度、频率试验和测试。
b）叶片按德国Lloyd标准结合航空产品实验技术进行了疲劳试验，寿命超过20年。
图5叶片试验
3.3.1.5轮毂
轮毂采用球形结构，为了提高轮毂的刚度，改善轮毂的受力情况，对轮毂与叶片轴承连接处进行加强，该结构铸造性好，强度较高。
材料为QT400-18AL。
3.3.2发电机
发电机采用多极永磁同步电机，永磁励磁方式结构简单，发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。
XD102-2500MW直驱永磁同步发电机的额定功率为2700kW、额定转速16转、极数80极、额定电压690V，绕组的绝缘等级F级，按照B级考核温升，防护等级为IP54、发电机重量65吨。
发电机由定子、转子、主轴承、锥形支撑和其他附件构成。
发电机定子由机座、定子铁芯和绕组以及其他附件组成，转子由转子支架和永磁磁极组成。
发电机为六相输出，定子采用了分数槽，能更好的消除发电机的谐波影响，在转子磁极上精心设计的独特排列方式使其振动、噪声更低。
良好的散热方式使发电机的温升不超过75K。
当随着风速的增加，发电机功率也增大，同时产生的热量也在增加，恰好符合发电机大功率下的冷却设计。
定子绕组材料全部采用F级以上等级的绝缘材料，温升按照B级考核。
定子绕组使用高性能聚酯亚胺绝缘树脂真空浸渍，优良的浸漆环境充分的保证了定子绕组绝缘性能。
发电机锥形支撑可供人轻易通过主轴承达到轮毂对轮毂进行检修。
并配有双重的机械、电气安全保障措施。
XD102-2500风力发电机是内转子型，转子位于定子的内部。
定子机座外面加工有散热筋，电机通过自然风进行冷却。
XD102-2500风力发电机采用直驱结构运转同步发电机。
发电机转子被叶轮直接驱动，当传统结构中的齿轮箱部件取消后，润滑油泄漏、噪音、齿轮箱过载和损坏的问题因而消失了，同时也将大大降低用户的运行和维护成本。
3.3.2.1XD102-2500永磁电机永磁特性说明
a）按照发电机出口侧三相短路电流（8倍额定电流），计算短路电流产生的冲击退磁磁场强度，按照2.5倍冲击退磁磁场强度，选择永磁体的额定矫顽力值，依据额定矫顽力值，选择永磁体材料。
b）****选择的2500kW发电机永磁体，工作点在退磁曲线的拐点之上，是拐点值得的3-4倍。
同时我们选用的是具有较高的矫顽力值的磁钢材料，具有较高的抗去磁能力，不会造成永磁体的不可逆退磁。
图7是磁性能合格的永磁材料的内禀退磁曲线，可分为两部分。
第一部分为与H轴接近平行的平行段，第二部分为下降段，平行段与下降段相交处称为拐点。
当作用于磁体的最大退磁场与内禀（退磁）曲线交点在拐点右方时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度不会下降。
但是当交点在下降段（拐点之左）时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度会产生不可逆下降。
图7中Bm1为电机正常工作时磁体的磁通密度，Hm2为电机特殊状况时作用于磁体的退磁场。
电机特殊状况时磁体磁通密度由Bm1下降到Bm2，电机正常工作后磁体磁通密度仍能恢复到Bm1。
图7合格产品的内禀退磁曲线
图8是一不合格永磁体的内禀曲线（出现塌肩），它的Br与图1中的Br相同。
此磁体安装于电机后，正常工作时磁体的磁通密度Bm1与图1上的Bm1相同。
但是当电机出现过载时，作用于磁体的退磁场Hm2与内禀曲线相交于下降段，造成磁体不可逆退磁。
过载结束后，内禀曲线不能恢复原状，将形成回复线与B轴相交于
（此回复线平行于内禀曲线平行段）。
此时磁体的磁通密度将下降至B'm1（<
），即出现不可逆下降现象。
图8不合格产品（出现塌肩）的内禀退磁曲线
c）****在设计发电机时，充分考虑到了特殊工况时产生的反向磁场对磁体的退磁作用，设计上通过计算，选取的永磁磁钢各项性能参数，能保证在过载、短路、雷击时永磁体工作点在拐点之上，永磁磁钢不会产生永久退磁现象。
d）2500kW风机的控制系统，具有温度、过流、欠电压等多项保护功能，在非正常工况下，风机具有比较完善、可靠的保护。
e）生产上，我公司制订了采购永磁磁钢材料详细的订货技术标准，通过量化的技术指标，控制材料的性能质量。
f）唐任远院士研究的成果为稀土永磁电机的发展和应用提供了重要基础，解决了制约永磁电机推广应用中可能失磁的技术难题，使稀土永磁电机的技术经济性能有显著提高，为稀土永磁电机的产业化奠定了基础。
随着永磁材料的技术发展，永磁体的性能衰减和寿命问题可靠性已是大大提高。
永磁体在电机领域的运用也是很为广泛，应用的时间也经历了几十年了，早期的铝镍钴永磁体、铁氧体永磁体它们的矫顽力、剩磁密度低，易产生性能波动。
在20世纪60年代和80年代稀土永磁体相继问世，它们在性能上有了优异的特性，又经过长期的发展，永磁体的热稳定性、耐腐蚀性得到了很大的改善。
同时加上电机研究开发经验的逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业等方面获得越来越广泛的应用。
永磁体的性能衰减和寿命往往不再是永磁电机的瓶颈问题，这些是可以通过永磁体的选用、设计以及电机的设计、控制等科技手段避免和提高的
3.3.3制动系统
XD102-2500直接驱动风力发电机组采用三套独立的叶片变桨系统，也可在一套桨距系统出现故障不能顺桨的情况下实现风机停机。
机械刹车安装在发电机前端，由制动环、制动盘、自动单元等组成。
制动系统加压刹车，卸压松闸，主要用于将机组保持在停机位置。
制动系统见图9所示。
图9XD102-2500风机轮毂制动系统图
3.3.4机舱设计
机舱负责将叶轮和发电机的静态和动态载荷传递到塔架。
另外，机舱内安装还有控制柜、提升机、偏航驱动系统、偏航制动系统等，外部还有测风系统，机舱顶部布置有一个自动开启的通风顶盖，顶盖采用迷宫式，能有效防止雨水的进入。
当风机正常发电时，机舱顶盖在液压力的作用下自动开启，便于将机组内部的热量带出机舱，当机组停机时，机舱顶盖自动关闭，防止外部的空气进入机组。
3.3.5偏航系统
XD102-2500风力发电机组采用主动偏航对风形式。
在机舱后部有两个互相独立的传感器——风速计和风向标。
风向标的信号反映出风机与主风向之间有偏离，当风向持续发生变化时，控制器根据风向标传递的信号控制4个偏航驱动装置转动机舱对准主风向，偏离主风向的误差在±4度内。
该系统具有以下特点：
a）偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，以增加整机的运转平稳性，增强抗冲击载荷能力；
b）偏航工作时，14个偏航刹车闸都加有部分刹车载荷（10bar－20bar的余压），使得偏航过程中始终有阻尼存在，保证偏航时机舱平稳转动；
c）采用了力矩特性较软的多极电机驱动，结合风电场的工况，可优化机组偏航转速，保证较小的冲击；
d）偏航刹车为液压驱动刹车，静止时偏航刹车闸将机舱牢固锁定；偏航时，刹车仍然保持一定的余压，使偏航运动更加平稳，避免可能发生的振动现象。
e）位于偏航电机驱动轴上的电磁刹车具有失效保护功能，在出现外部故障（如断电）时，电磁制动系统仍能使机组的偏航系统处于可靠的锁定状态。
f）偏航减速箱的齿轮采用渗碳淬火、磨削加工的硬齿面技术。
g）偏航齿也采用硬齿面技术，其中外齿圈齿面采用特殊工艺，提高齿面硬度值至50HRC以上
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