2MW风力发电机技术说明书解析.docx
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2MW风力发电机技术说明书解析
全功率变频高速永磁风力发电机
技术规格说明书
一、酒钢/2000系列风机特点
二、风电场的特性和风电场的设计原则
1、风电场的特性资料
2、风电场的设计原则
三、嘉峪关地区气象、地质条件及能源介质条件
四、风力发电机组的设计要求
1、风力发电机设计的基本原则
2、风力发电机设计的外部条件
3、风力发电机等级要求
4、其它环境影响
5、外部电网条件的影响
6、载荷方面的影响
五、风力发电机组主要技术参数
1、技术参数
2、轮毂高度的设计风速
3、安全系统参数
4、风机设计主要技术参数
六、风力发电机的技术规格与要求
1、叶轮
2、增速箱
3、偏航系统
4、液压系统
5、润滑与冷却系统
6、制动系统
7、锁紧装置
8、电控系统
1）变桨控制系统
2）风机主控系统
3）中央监控系统
4）机舱控制柜主要功能
5）塔基控制柜主要功能
6）变流器主要功能
9、发电机
1）永磁发电机的结构组成
2）高速永磁同步发电机基本技术参数
3）永磁同步发电机制造要求
4）发电机出厂测试要求
10、全功率变流器
1）变流器控制原理图
2）变流器功能要求
3）变流器技术指标和参数
4）变流器设备的可靠性及维护性
5）变流器的国际标准和电网法规
6）低电压穿越功能的实现
7）保护功能
8）接口和通讯内容
11、滑环
12、防雷保护
13、联轴器
14、风机主轴
15、风机轴承
16、风机塔架
17、风机机舱
1）机舱罩
2）底座
18、雷电保护、接地、等电位联结和浪涌保护
19、机舱内部的密封、隔音和保护
20、提升机
21、机组安全系统
22、风力发电机的基础
23、机舱总装流程图
七、风机主要部件供货说明
1、风机的主要部件供货清单
1）叶片
2）高速永磁发电机
3）液压系统
4）变流器
5）控制系统供货范围
6）中央监控系统供货范围
7）风机刹车系统
8）风机变桨系统
9）全功率风能变流器
10）公辅系统方面
2、风机的其它供货内容
八、风机的设计图纸和文件交付内容
1、通用资料
2、叶片
3、连轴器
4、液压系统；
5、发电机
6、变流器
7、滑环
8、控制系统
9、中央监控系统
九、产品制造标准
1、设计和制造必须执行的标准
2、风力发电行业通用标准
3、风力发电建设土建标准
4、电气控制方面的标准十、产品质量保证
1、齿轮增速箱
2、叶片
3、发电机和变流器
4、电控柜的检验和试验十一、技术服务及人员培训十二、风力发电机整机开发进度计划1、2.0MW风力发电机整机开发计划2、2.5MW风力发电机整机开发计划十三、功率曲线
十四、附图
附录1：
酒钢高原风力发电机组的开发和设计附录2：
低温型风力发电机组的开发和设计附录3：
风机设备的维护说明附录4：
风机的检测认证说明
附录5：
风电机组供应链质量管理
附录6：
变速恒频发电技术
全功率变频高速永磁风力发电机技术规格说明书
风能是一种取之不尽、用之不竭的清洁环保可再生资源，风能发电与太阳能、地热、海洋能、氢能、可燃冰等新能源发电相比，技术成熟，将成为21世纪最绿色动力之一。
风力发电机是一种风能动力机械。
风以一定的速度和攻角作用在桨叶上，使桨叶产生旋转力矩，转动轮毂，并通过低速轴、增速箱、高速轴等部件桨风能转变成机械能，最后驱动高速发电机发电，电能通过变压器馈入电网。
风力机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变风向、变负荷的风力作用以及强阵风的冲击。
常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响，风电场所处的自然环境交通不便。
风轮叶片转速低、叶片长，在高空安装。
风轮塔架高且重，安装在地面上。
风力发电机组采用远程控制、远程运行数据统计分析及远程故障分析和远程故障排除等。
风力机的风轮叶片是接受风能的最主要部件，叶片设计是风力发电机设计最关键的设计。
要求有高效的翼型，合理的安装角，优化的升阻比、叶尖速比和叶片扭曲规律等；有合理的结构、先进的复合材料和制造工艺；要求叶片重量轻、结构强度高、疲劳强度高、运行安全可靠、易于安装、维护方便、制造容易、制造和使用成本低。
风力机的塔架承载风力发电机的全部载荷，是另一个重要部件。
塔架应用有限元进行结构和非线性分析。
安装风力发电机组应有可靠的基础。
风力发电机组的基础是用以支撑整个风力发电机的重量，要承担转动叶片给予塔架的各种弯矩（扭矩）、强风的推力和风力发电机叶片缺失的弯矩。
大中型风力发电机组基础应采用钢筋混凝土，基础要深到冻土层以下，以防冻和防化造成基础倾斜。
一、酒钢/2000系列风机特点
酒钢/2000系列机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨距调节、全功率变流，永磁同步发电机并网的总体设计方案，额定功率为2000kW。
比其它机组具有以下优点：
1、机组总体结构采用国际流行的经典设计，技术成熟，性能可靠；具备成熟的产业链配套能力，维修方便，成本低；采用国际最先进的栽花优化控制技术，优化机组载荷，提高可靠性。
2、在并网时，保持机组的定子电压与电网电压同相和同频，实现无冲击同步并网。
采用符合国际标准的低电压穿越技术，满足电网对大规模风场入网的稳定要求。
3、考虑到北方高寒地区的特性，机组采用了抗低温、适应低空气密度和防风沙等特殊设计，保证机组能适应极端环境状况，并能有效运转。
4、风机拥有两款塔架高度，可根据风场风力资源的具体情况进行配置，满足各类风电场的要求。
5、采用高速永磁发电技术及全功率变流技术提高了风电机组的可靠性，彻底解决了采用变速恒频发电机的低电压穿越问题和电能并网问题。
6、风机设计结构简单，变流设备、电控设备等易损件都在塔筒底部，维修非常方便。
7、采用全功率变流技术，提高了电能品质。
8、操作维护人员可以从内部进入轮毂维护变桨系统，提高了人员的安全性。
9、永磁体外转子，励磁方式结构简单，无励磁损失；减小了传统电励磁的体积，降低了可能发生故障。
10、变频装置采用经过验证的成熟技术，谐波分量低。
11、机舱结构设计采用了人性化设计方案，尽可能地方便运行人员检查维修，在设计中加入爬升助力机构，使运行人员在维护过程中攀登梯子时变得格外轻松。
二、风电场的特性和风电场的设计原则
1、风电场的特性资料风是风力发电的源动力，风况资料是风力发电设计的第一要素，设计规程对风况资料要求很高，规定一般应收集有关气象站风速风向30年的毓资料，风电场场址实测的风速风向资料应至少连续一年。
为满足规范要求，风力资源普查时，以风能资源区划分为依据，拟定若干个风电场，收集有关气象台、站或港口、哨所30年以上实测的多年平均风速、
风向和常规气象实测资料。
一般要求年平均风速6m/s以上，经实地踏勘，综合地形、地质、交通、电网等其它因素，提出近期工程位置。
在候选风电场有代表性的位置上安装若干台测风仪，勘数量位置应根据风电场大小和地形复杂程度来定。
一般对于复杂的地形，每3－5台风力发电机应布置1根测风杆，同一测风杆在不同高度可安装1－3台测风仪，平坦位置可布置得稀一些。
测风仪安装高度一般分为10米、30米或40米，前者为气象站测风仪的标准高度，后者为风力机轮毂的大致高度。
查明风电场风况的时空分布情况，实测1年以上，就具备了可行性研究所需的风况资料。
风速资料与其它气象资料一样，其大小有随机性。
为避免风能计算时出现大的偏差，风电场实测资料，应与附近气象台、站同期实测资料进行相关分析，以修正并延长风电场的测风资料，使短期资料具有代表性。
由于风的方向性，在进行风速相关性分析时，应分不同方向进行风速相关。
2、风电场的设计原则风电场设计场址的选择必须从以下方面综合考虑：
1）年平均风速较大，拟建风电场的年平均风速应大于6m/s（海淀地区），和5.8m/s（山区），等效年利用小时数大于2000—2600小时，才具有良好的经济和社会效益。
2）风电场场地开阔，地质条件好，四面临风。
3）交通运输方便。
4）并网条件好。
5）不利气象和环境条件影响小。
3、风电场优化设计
1）风力发电机组选型
（1）单机容量的选择。
对于平坦地形，在技术上可行、价格合理的条件下，单机容量越大，越有利于充分利用土地，越经济。
在相同装机容量条件下，单机容量越大，机组安装的轮毂高度越高，发电量越大。
（2）机型的选择。
在大型风力机中，具有代表性的机型为水平轴、上风向、三叶片、计算机自动控制，达到无人值守的水平。
三、嘉峪关地区气象、地质条件及能源介质条件
1、气候方面
1）气候概况
嘉峪关地处河西走廊中部，南临终年积雪的祁连山，北缘巴丹吉林沙漠，东西走向狭长，地带内北炎热、南凉爽的地理特征，昼夜温差大，是典型的大陆型季风气候，其特征是日照充足、降雨稀少。
冬季寒冷而干燥，夏季炎热期较短，秋季冷凉多雨，春季干燥多风。
河西走廊属于青藏高原与内蒙古高原过渡地带，地势平坦，南高北低，干旱少雨，降水量少，蒸发量大，光照时间长。
地理位置为北纬39度48分，东经98度14分，地形由西南向东北倾斜，
自然坡度1.225%。
无霜期相对较短为153-160天，年最高气温发生月份7月份,年最低气温发生月份1月份。
大于10度的有效积温为3000E，阳光充足。
2）大气温度情况
•本地区多年平均气温6.7-7.7°C；
•全年采暖期180天。
•最大气温差14C
•极端最咼气温38.4C
•极端最低气温-31.4C
•最热月平均温度23.2C
•最冷月平均温度一8.9C
•冬季采暖室外计算温度-17C
•夏季通风室外计算温度26C
•平均日温差14.9C。
3）太阳能情况
年平均太阳辐射量为145.6千卡/cm2,全年日照时数为2854-3053小时，农作物光能利用率为0.23-0.86%。
嘉峪关市各高度年日照时数和百分率
海拔高度（米）
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
日照时数
3053.4
3027.8
3000.2
2976.6
2951
2925.4
2903
2878.8
2854
日照百分率（%
68
68
67
66
66
65
65
64
64
嘉峪关市各月太阳辐射量和生理辐射量（千卡/cm2）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
太阳总辐射量
7.4
8.7
10.8
14.2
16.3
16.7
16.5
16.0
13.3
11.3
7.8
6.6
145.6
生理辐
射量
3.6
4.3
5.3
7.0
8.0
8.2
8.1
7.8
6.5
5.5
3.8
3.2
71.3
我市太阳能辐射特点是：
秋多冬少，夏秋稳定的丰富型，除冬季外，春夏
秋利用稳定在25天/月。
风能年储量可达800千瓦时/米2左右。
酒泉各月日照时数、日照百分率
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
日照时2
数
：
18
207
235
258
290
291
281
283
267
267
223
208
3033
日照百
分率
73
69
64
65
66
65
62
67
72
78
75
72
68
嘉峪关市机场年、季、月、旬平均气温
月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
上旬
-9.5
-8.5
-1.2
6.4
14.6
20.1
22.0
22.9
17.9
10.6
2.1
-5.5
中旬
-9.5
-5.7
2.0
10.1
16.5
21.5
23.6
22.1
16.0
8.2
-0.6
-8.2
下旬
-9.8
-4.7
4.1
12.5
17.6
22.5
23.4
20.4
14.1
4.3
-4.3
-9.6
月
-9.7
-6.3
1.6
9.7
16.5
20.5
23.1
21.8
15.7
7.9
-0.8
-7.8
7.7
季度
冬：
-7.9春：
9.3夏：
21.8秋：
7.6
据酒泉市在果园乡的实测资料，年平均温度最高10.0C发生在1941年；年平均最低温度5.8C发生在1967年；从历史演变来看，四十年代平均最高气温为8.8C；五十年代平均最高气温为7.7C；六十年代平均最高气温为7.0C；七十年代平均最高气温为7.2C。
可见近四十年来年平均气温总的变化是下降趋势。
酒泉年平均气温历史演变值
四十年代
五十年代
六十年代
七十年代
年份
1940-1949
1950-1959
1960-1969
1970-1979
平均气温（C）
8.8
7.7
7.0
7.2
增减（土C）
-1.1
-0.7
+0.2
嘉峪关市冬季（12月-2月）严寒，平均气温机场和果园分别为-7.9C和
-7.8C；夏季（6月-8月）炎热，平均气温机场和果园分别为21.8C和20.8C；
酒泉冬夏季气温历史演变值
四十年代
五十年代
六十年代
七十年代
年份
1940-1949
1950-1959
1960-1969
1970-1979
夏季（6月-8月）
平均气温（C）
22.5
21.8
20.7
20.4
增减（土C）
0.7
-1.1
-0.3
冬季（12月-2
月）
平均气温（C）
-6.3
-7.7
-8.5
-7.6
增减（土C）
-1.4
-0.8
0.9
嘉峪关市最热月份为七月，机场温度为23.1C，最冷月份为元月份，温度
为-9.7°C。
嘉峪关市年月平均气温日较差
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
年
全年
嘉峪关
机场
8.5
10.4
12.7
15.4
17.3
18.5
18.4
18.0
16.2
14.3
10.3
8.9
14.2
60年
-81年
新城
13.3
13.7
13.9
14.9
14.7
14.6
13.9
14.0
14.1
14.2
12.5
12.5
13.9
81年
-90年
嘉峪关市各点年月气温表
嘉峪关乡及市区
黄草营
及市区
安远沟
文殊
新城
机场
海拔
1700
1640
1618
1591
1475
1554
年均气温
6.7
6.8
6.9
6.9
7.0
7.1
七月均气温
20.3
20.7
20.8
20.9
21.6
21.2
一月均气温
-9.4
-9.5
-9.5
-9.5
-9.7
-9.6
4）风能情况
嘉峪关市风能资源比较丰富，年有效风速时数达6000小时左右（风速在
3-20m/s），瞬时风速达17m/s（相当于风力八级）的大风年时数就达410.4小
时。
境内大风日数为全年平均37天，多集中在3-5月份和7-8月份盛行西北风。
嘉峪关市年平均大风（17m/s）日数为17天，最多年为40天，最少年只有
5天，大风的季节分布是：
春季最多，平均为8.9天，约占年大风总数的52%
夏季次之，冬秋季最少。
一年中尤以4月大风最多，平均为4.1天，最多年达12天，9月最少，平均只有0.4天。
•基本风荷载0.65KN/m2
•冬季主导风向SW
•夏季主导风向E
•年主导风向WSW
嘉峪关市各月大风日数统计
月份
春
夏
秋
冬
全年
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1
2
季平均
8.9
4.8
1.6
1.8
17.1
月平均
2.3
4.1
2.5
2.4
1.7
0.7
0.4
0.5
0.7
0.6
0.7
0.5
17.1
月最多
6
12
7
10
5
3
2
3
3
2
6
3
40
最大风速
34.0
23.2
25.7
22.0
22.0
16.0
16.0
18.0
18.7
19.3
22.0
20.0
34.0
风向
西北
西北
西
西北
西北
西
西北
西
西北
西北
北北
西
北北
西
西北
西北
西北
日期
6
22
16
24
15
22
4
3次
15
17
21
21
6/3
年份
57
77
73
73
76
71
54
3年
73
76
63
58
57
嘉峪关市历史上出现过12级以上大风有三次，57年3月6日，77年4月
14日，79年7月11日，其中57年3月6日19时最大风速34米/秒（嘉峪关市机场），八级以上的大风持续12小时，出现大风时风向均为西北或北北西风，而偏东大风只是偶尔出现，但持续时间不长。
嘉峪关市机场与酒泉平均风速对照表（71-74年）
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
机场
3.2
3.6
4.3
4.3
4.1
4.7
4.4
4.0
3.7
4.0
4.0
3.2
4.0
酒泉
2.2
2.6
3.1
3.3
2.8
2.9
2.6
2.3
2.3
2.5
2.6
2.3
2.6
偏差
1.0
1.0
1.2
1.0
1.3
1.8
1.8
1.7
1.4
1.5
1.4
0.9
1.4
春季特大黑风（瞬时速度达到25米/秒以上）常伴随沙暴同时发生，统计
63年-82年资料酒泉共出现过9次，嘉峪关市14次（其中持续1小时以上的达7次），大约三年一遇。
夏季大风平均4.8天，以6月份最多为2.4天，8月份最少为0.7天。
夏季大风经常伴随着雷阵雨天气同时发生，它具有来势猛、时间短、阵性强和局地性等特点。
5）降雨和降雪情况
本地区降雨季节主要集中在6、7、8三个月，占年降水量的59.3%,
•基本雪荷载0.25KN/m
•年平均降雨量85.7mm-年最大降雨量165.7mm
-小时最大降雨量18.8mm
•年平均降雨天数41.3天
-最大积雪厚度140mm
嘉峪关市连续降雨日数
月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
新城
3
3
3
6
4
5
9
5
5
4
7
6
9
机场
3
2
3
5
3
2
5
6
5
2
1
2
6
嘉峪关市连续无降雨日数
月
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
全年
新城
146
78
85
66
70
84
20
23
48
75
105
135
146
机场
171
199
226
250
72
83
31
40
48
79
109
140
250
6）其它
•最热月平均湿度52%
•最冷月平均湿度55%
•相对湿度46%
•抗震基本烈度7度
•冻土深度1.32m
•建设区域海拔高度1412-1670m
•地质概况
本工程所在区域地貌比较平坦，平均坡降为1-2%,地形呈西高东低，该场地地形略有起伏，地区地势开阔，交通便利，利于施工。
根据酒钢厂区场地勘察报告，区域场地自地表起即为第四纪冲积而成的卵石层，厚度大于100米，卵石主要由沉积岩碎块组成，呈亚圆型，一般粒径为30-70mm最大为180mm碎块坚固，空隙中充填密实的中砂约为30%3米以上卵石堆积较为松散，处于稍密状态。
3米以下卵石堆积致密，且被粘质胶结，处于半胶结-胶结状态。
据水资源调查资料，本工程区域处于资源分布的I级区，除浅层地下水外，深层地下水（层间水）含水层岩性为砂砾一中、粗砂砾夹亚粘土，总厚度约为10-40m。
本工程建设场地地下水埋藏深度大于100米，地基承载力标准值
fk>800kpa。
•嘉峪关地区能源介质情况
-总硬度：
150-300mg/l;
-PH值：
6.5-8.5;
•悬浮物：
_10.58mg/L;
-水温：
-40r；
-油
-1mg/L;
1）新水水质（生产水供水）
-总碱度:
60-110mg/l
7
2）水（新水水质）
-硬度:
11.760dH
-PH值:
7.62
•悬浮物:
<10.58mg/L;
-水压:
0.12MPa
-水温:
12
〜15C；
四、风力发电机组的设计要求
风电机组的设计主要内容包括风电机组的气动特性、所需认证标准与认证规则、风轮运动形式、发电机特性、风电机组的功率调节方式、控制系统、主传动链和其它传动形式等。
1、风力发电机设计的基本原则
在设计风力发电机时，采用的参数将直接影响到风力发电机的利用率、企业制造成本和用户使用成本，也直接影响风力发电机市场的开拓和占领。
风力发电机设计的基本原则如下：
1）重要零部件设计原则是单个零件的失效不会导致整个装置破坏；
2）所有重要的零部件能承受全部可预见的各种载荷；
3）在设备检查和维护时间间隔内，风力发电装置不会出现严重的恶化，考虑到对相关零部件检查的可行性；
4）风机中凡是不能检查的零部件，应保证这些零部件在整个寿命期间有足够的耐久性。
2、风力发电机设计的外部条件
通常情况下，在风力发电机设计时，应考虑所建风场的外部条件、风况等对风力发电机的影响。
1）风力发电机受到环境（风况和其它环境）及电气（电网）条件的限制，可能影响风机的载荷、耐久性和运行状况。
为保证合适的安全性和可靠性水平，设计中应考虑环境、电气、土壤等参数。
2）外部条件又可分为正常和极端两种条件，正常外部条件一般与长期结构载荷和运行条件有关，而极端外部条件代表了稀少但可能很关键的外部设计条件，风机的设计载荷情况由这些外部条件与风力发电机运行模式组合而成。
3、风力发电机等级要求在设计中，需要考虑的外部条件取决于风力发电机安装的预计
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