2.0MW风力发电机组产品说明书_A版_ (1).pdf

中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 CSIC (Chongqing) Haizhuang Windpower Equipment Co., Ltd. 2.0MW 风力发电机组 风力发电机组 产品介绍 产品介绍 （A 版） （A 版） 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 本文版本变更： 版本号 出版日期 更换页码 修订 A 2012-12-25 A 版 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 目 录 目 录 一、2.0MW 机组概述 . 1 1.1 海装 2.0 机组适应性分析 1 1.2 机组特性说明 1 1.3 机组的总体技术数据 2 1.4 主要材料表 4 1.5 震动的设计标准 5 1.6 机组功率曲线及推力系数 5 1.7 风电机组不同轮毂高度与相应标准塔筒数据 5 1.8 风电机组标准基础的技术数据 5 二、2.0MW 风力发电机组技术说明 . 6 2.1 总体设计方案 6 2.1.1 技术标准和设计寿命 . 6 2.1.2 标准清单 . 7 2.2 机组详细技术说明 12 2.2.1 风轮 . 12 2.2.2 传动链 . 12 2.2.3 发电系统 . 13 2.2.4 偏航系统 . 15 2.2.5 变桨系统 . 15 2.2.6 机座和机舱罩 . 16 2.3 控制系统说明 . 17 2.3.1 控制系统概述 . 17 2.3.2 底部控制柜 . 17 2.3.3 机舱控制柜 . 17 2.3.4 安全链 . 17 2.3.5 设备运行特性 . 18 2.3.6 人工控制功能 . 19 2.3.7 故障、报警介绍 . 19 2.4 远程监控系统（SCADA） 20 2.4.1 系统概述 . 20 2.4.2 硬件 . 21 2.4.3 软件 . 22 2.4.4 SCADA 的主要功能 22 2.5 雷电保护系统 25 2.5.1 概述 . 25 2.5.2 引用标准 . 25 2.5.3 具体技术设计 . 25 2.6 塔筒的说明 . 27 2.7 地基的说明 27 2.8 风机对电网接口 . 29 2.9 大部件 30 2.9.1 大部件情况 30 2.9.2 道路情况说明 30 2.10 在线振动监测系统（选配） 31 2.11 消防系统（选配） . 32 附件 1 塔筒参数 . 33 1 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 一、2.0MW 机组概述 一、2.0MW 机组概述 1.1 海装 2.0 机组适应性分析 1.1 海装 2.0 机组适应性分析 我公司起初与德国Aerodyn公司一起严格 按照 GL Wind 规范和 IEC 标准联合设计开发了 H82-2.0MW 风力发电机组。 为满足不同风区的装机， 既要确保机组的 安全性，又要尽可能的多发电，在经过不断的 努力钻研后，目前我公司已将 2.0MW 风力发电 机组系列化，有 H82、H87、H93、H102 等机型， 并拓展开发了适应常温、低温、高原、沿海等 气候环境的机型。H102 等加长叶片机型是主要 针对弱三类风区设计的， 它更多地考虑了机组低风速段的性能； H93 机型针对标准三类 风区设计；H87 和 H82 机型则针对标准二类风区及以上风区设计。考虑到通用性，几种 机型选用了相同的传动链结构和控制系统。 本文适用于 H82、H87、H93、H102 机型在国内常/低温、沿海、高原环境的 2.0MW 机组介绍。出口机型也可参照本文，但在电气参数、机组布局方面会有局部变化。 1.2 机组特性说明 1.2 机组特性说明 1）双轴承支撑结构的传动链和高可靠性 2）叶片前缘防护以及防污垢和灰尘措施 3）HZ2.0MW 风电机组电网适应性好、电能质量优、具备低电压穿越能力 4）HZ2.0MW 机组具备有功无功调节功能和能量管理功能 5）采用集中润滑系统 6) 先进的齿轮箱油过滤系统 7）有效的防振措施和完善的保护功能 8）控制系统具有知识产权、售后服务能力强 9）适应低温、高海拔、潮间带等环境 10）防沙尘设计或防盐雾设计、耐盐雾环境 2 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 1.3 机组的总体技术数据 1.3 机组的总体技术数据 序 号 项目/参数 单位 内容/数值 内容/数值 内容/数值 内容/数值 序 号 项目/参数 单位 内容/数值 内容/数值 内容/数值 内容/数值 产品型号 H82-2.0MW H87-2.0MW H93-2.0MW H102-2.0MW 1 机组数据 1.1 额定功率 kW 2000 2000 2000 2000 1.2 叶轮直径 m 82 87 93 102 1.3 切入风速 m/s 4 3 3 3 1.4 额定风速 m/s 12.4 10.9 10.8 10.2 1.5 切出风速（10 分钟 均值） m/s 25 25 25 25 1.6 极端（生存）风速 （3 秒最大值） m/s 70/59.5 70/59.5 52.5 52.5 1.7 运行环境温度(低 温)/(常温) -30+40/ -10+40 -30+40/ -10+40 -30+40/ -10+40 -30+40/ -10+40 1.8 生存环境温度(低 温)/(常温) -45+50/ -20+50 -45+50/ -20+50 -45+50/ -20+50 -45+50/ -20+50 1.9 设计寿命 年 20 20 20 20 1.10 风场设备平均可利 用率 % 95 95 95 95 1.11 预期寿命 年 20 20 20 20 1.12 适合安装风区 A+和A A+、A 和CA B 2 风轮 2.1 叶片材料 GFRP GFRP GFRP GFRP 2.2 叶片数量 个 3 3 3 3 2.3 叶轮额定转速 rpm 17 17 15 15 2.4 叶轮转速范围 rpm 9.4 19.1 9.4 19.1 8.3 16.8 8.3 16.8 2.5 扫风面积 m 2 5330 5945 6793 8171 2.8 旋转方向(从上风 向看) 顺时针 顺时针 顺时针 顺时针 2.9 风轮位置 上风向 上风向 上风向 上风向 3 齿轮箱 3.1 传动级数 3 3 3 3 3.2 齿轮传动比率 103.02 103.02 117.66 117.66 3.3 额定功率 kW 2282 2282 2282 2282 3.4 额定转矩 Nm 1282000 1282000 1453000 1453000 3.5 润滑形式 强制润滑 强制润滑 强制润滑 强制润滑 4 发电机 4.1 型式 双馈发电机 双馈发电机 双馈发电机 双馈发电机 4.2 额定功率 kW 2150 2150 2150 2150 4.3 额定电压 V 690 690 690 690 4.4 额定转速 rpm 1755 1755 1755 1755 4.5 转速范围 9502050 9502050 9502050 9502050 3 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 4.6 功率因数 kw 0.9 （感性） 0.9 （容性） 0.9 （感性） 0.9 （容性） 0.9 （感性） 0.9 （容性） 0.9 （感性） 0.9 （容性） 4.7 绝缘等级 F F F F 4.8 防护等级 IP54 IP54 IP54 IP54 5 变频器 5.1 防护等级 IP54 IP54 IP54 IP54 6 制动系统/型号 6.1 主制动系统 空气制动 空气制动 空气制动 空气制动 6.2 第二制动系统 高速盘式制动 高速盘式制动 高速盘式制动 高速盘式制动 7 变桨距系统 7.1 类型 电驱动机械变桨电驱动机械变桨 电驱动机械变桨 电驱动机械变桨 7.2 原理 电气变桨 电气变桨 电气变桨 电气变桨 7.3 功率控制 变桨变速 变桨变速 变桨变速 变桨变速 8 偏航系统 8.1 类型 电驱动机械偏航电驱动机械偏航 电驱动机械偏航 电驱动机械偏航 9 控制系统 9.1 控制中心 BECKOFF BECKOFF BECKOFF BECKOFF 9.2 补偿电容容量/ 组 数 无 无 无 无 9.3 额定出力的功率因 数 1 1 1 1 9.4 远距离控制 海装风电 海装风电 海装风电 海装风电 10 防雷保护/型号 10.1 防雷设计标准 IEC61400 IEC61400 IEC61400 IEC61400 10.2 防雷措施 避雷针、接地引 线、接地体、空 间屏蔽、防雷均 压带 避雷针、接地引 线、接地体、空 间屏蔽、防雷均 压带 避雷针、接地引 线、接地体、空 间屏蔽、防雷均 压带 避雷针、接地引 线、接地体、空 间屏蔽、防雷均 压带 10.3 机组接地电阻值 4 4 4 4 11 塔架 11.1 类型 钢管锥形 钢管锥形 钢管锥形 钢管锥形 11.2 顶部法兰直径 m 3005 3005 3005 3005 11.3 底部法兰直径 m 4200 4200 4200 4200 11.4 高度（塔底法兰至 轮毂中心高） m 70 70 70/80 70/80 11.5 表面防腐 内陆：C3/C2 内陆：C3/C2 内陆：C3/C2 内陆：C3/C2 沿海：C5/C4 沿海：C5/C4 沿海：C5/C4 沿海：C5/C4 12 重量 12.1 机舱 T 87 87 87 87 4 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 12.2 发电机 T 6.5 6.5 6.5 6.5 12.3 齿轮箱 T 22.5 22.5 22.5 22.5 12.5 叶片（3 片） T 20.4 26 263 30 12.5 叶轮 T 37.4 44 44.3 48 12.6 塔架（标准） T 134.8 142.5 142.1/173.1 147.3/183.1 1.4 主要材料表 1.4 主要材料表 序号 部件名称 使用材料 1 发电机 转轴: 16MnT 壳体：Q235B 2 齿轮箱 齿轮：17CrNiMo6/42CrMo 箱体：QT400-18AL 3 叶片 GFRP 4 轮毂 QT350-22AL/QT400-18AL 5 机舱罩 玻璃钢 6 机架 Q345E/Q345D 7 主轴 42CrMo+Ni（34CrNiMo6）/42CrMo 8 主轴承 轴承钢 9 液压单元 阀块：铝合金（主要） 10 监控系统 硅，铜等 11 偏航轴承 42CrMo 12 偏航齿轮 42CrMo 14 刹车片 高速制动器：粉末冶金 偏航制动器：有机材料 15 变桨驱动 齿轮：42CrMo 箱体：QT400-18AL 16 变桨轴承 42CrMo 17 变频器 硅，铜等 18 电控系统 硅，铜等 5 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 1.5 震动的设计标准 1.5 震动的设计标准 部件 允许振动标准 设计值 机舱 ISO2372 ISO2954 ISO7919 GL 的相关标准 0.5m/s 2 齿轮箱 3m/s 2 高速轴/低速轴 2.76Hz 发电机 2.3m/s 2 叶片 塔筒 基础 1.6 机组功率曲线及推力系数 1.6 机组功率曲线及推力系数 机组的功率曲线及推力系数，以签订的合同为准。 1.7 风电机组不同轮毂高度与相应标准塔筒数据 1.7 风电机组不同轮毂高度与相应标准塔筒数据 不同机组对应的塔筒数据，见附件1。 1.8 风电机组标准基础的技术数据 1.8 风电机组标准基础的技术数据 H82 H87 H93 H102 轮毂高度（m） 70 70/80 基础钢筋用量（kg） 54010 54010 54010 54010 基础钢筋型号 HRB400 HRB400 HRB400 HRB400 基础混凝土用量（m 3） 456.7 456.7 456.7 456.7 基础混凝土标号 C40 C40 C40 C40 6 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 二、2.0MW 风力发电机组技术说明二、2.0MW 风力发电机组技术说明 2.1 总体设计方案 2.1 总体设计方案 海装公司的2.0MW双馈式风电机组，为三叶片、上风向、水平轴、电气变桨、 变速恒频、主动对风、传动链采用两点支撑原理的机组。 1 叶片 2 轮毂 3 塔筒 4 主轴 5 轴承座 6 偏航驱动器 7 润滑泵 8 控制柜 9 变频器 10 冷却风扇 11 冷却泵 12 发电机 13 连轴器 14 制动器 15 齿轮箱 16 起重机 17 液压站 图2.1 机组布置图 2.1.1 技术标准和设计寿命 2.1.1 技术标准和设计寿命 主要的标准和规格（使用的等级顺序如下） IEC 国际电工技术委员会标准 ISO 国际标准化委员会标准 GL 德国劳埃德 IEA 国际能量所 DIN-VDE 德国标准化协会电气委员会标准 7 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 CEE 电器设备国际委员会和统一标准及认证标准 EC 欧洲标准 ANSI 美国国家标准学会 GB 中国国家标准 DL 中国电力行业标准 2.1.2 标准清单 2.1.2 标准清单 1、整机设计标准 1 Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2003 劳埃德风电机组认证规程 2003 版 2 IEC61400-1- Wind turbines - Part 1: Design requirements 风力发电机组第 1 部分：设计要求 3 IEC 61400-2 小型风力发电机设计需求 4 IEC/TR 61400-24 风力发电机组 雷电保护 5 IEC61000 电磁兼容性 6 IEC61024 建筑物的雷电保护 7 DIN 1054 建筑地基.土方工程和地基的安全验收 8 DIN 1055-4 对结构物的作用.第 4 部分:风荷载 9 DIN V ENV 1998-1-1 : 1994 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben, Teil 1-1: Grundlagen Erdbebeneinwirkungen und allgemeine Anforderungen an Bauwerke 欧洲法规8.抗地震建筑物的设计.第1-1部分:基本原理.地震影 响和建筑物的一般要求 10 DIN V ENV 1998-1-2 : 1994 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben, Teil 1-2: Grundlagen Allgemeine Regeln fr Hochbauten 欧洲法规8.抗地震建筑物的设计.第1-2部分:基本原理.高层建 筑的一般规定 11 DIN V ENV 1998-3 : 1996 Auslegung von Bauwerken gegen Erdbeben, Teil 3: Trme, Masten und Schornsteine 欧洲法规 8.抗地震建筑物的设计.第 3 部分:塔筒、桅杆和烟囱 12 GB 5009-2001 结构荷载规范 13 GBT 18709-2002 风电场风能资源测量方法 14 GBT 18710-2002 风电场风能资源评估方法 15 JBT 10300-2001 风力发电机组 设计要求 2、主要零部件生产及检验标准 1 GB 755 旋转电机定额和性能 8 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 2 GB 772 高压绝缘子瓷件技术条件 3 GB 1094.11094.5 电力变压器 4 GB 1958 产品几何量技术规范（GPS）形状和位置公差检测规定 5 GB 1971 旋转电机 线端标志和旋转方向 6 GB 2106 金属夏比（V 型缺口）冲击试验方法 7 GB 2653 焊接接头弯曲及压扁试验方法 8 GB 2970 中厚钢板超声波检验方法 9 GB 3098.1 紧固件机械性能螺栓、螺钉、螺柱 10 GB 3309 高压开关设备常温下的机械试验 11 GB 3804 363kV 交流高压负荷开关 12 GB 3906 335kV 交流金属封闭开关设备 13 GB 4109 高压套管技术条件 14 GB 4208 外壳防护等级(IP 代码) 15 GB 4826 电机功率等级 16 GB 5007-2002 建筑地基基础设计规范 17 GB 5313 厚度方向性能钢板 18 GB 6451.1 三相油浸式电力变压器技术参数和要求 19 GB 7251 低压成套开关设备国家标准 20 GB 8923 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 21 GB 10069 旋转电机噪声测定方法及限值 22 GB 14711 中小型旋转电机安全要求 23 GB 16926 交流高压负荷开关熔断器组合电器 24 GB 50010 混凝土结构设计规范 25 GB 50017 钢结构设计规范 26 GB 50135 高耸结构设计规范 27 GB 50205 钢结构工程施工质量验收规范 28 GB/T 3 螺纹收尾、肩距、退刀槽、倒角 29 GB/T 191 包装储运图示标志 30 GB/T 222 钢的化学分析用试样取样法及成品化学成分允许偏差 31 GB/T 223 钢铁及合金化学分析方法 32 GB/T 228 金属拉伸试验方法 33 GB/T 229 金属夏比缺口冲击试验方法 34 GB/T 700 碳素结构钢 35 GB/T 709 热轧钢板及钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差 36 GB/T 985.2 埋弧焊的推荐坡口 37 GB/T 1184 形状和位置公差 未注形位公差 38 GB/T 1348 球墨铸铁件 39 GB/T 1591 低合金高强度结构钢 40 GB/T 1730 漆膜硬度测定 41 GB/T 1731 漆膜柔韧性测定法 42 GB/T 1732 漆膜耐冲击测定法 43 GB/T 1763 漆膜耐化学试剂性测定法 44 GB/T 1804 一般公差线性尺寸的未注公差 45 GB/T 3077 合金结构钢 46 GB/T 4942.1 旋转电机外壳防护分级（IP 代码） 47 GB/T 6391 滚动轴承 额定动载荷和额定寿命 48 GB/T 6394 金属平均晶粒度测定方法 9 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 49 GB/T 6402 钢锻件超声检测方法 50 GB/T 6404 齿轮装置噪声声功率级测定方法 51 GB/T 8543 验收试验中齿轮装置机械振动的测定 52 GB/T 9286 色漆和清漆漆膜划网格试验 53 GB/T 9441 球墨铸铁金相组织检验 54 GB/T 9445 无损检测人员资格鉴定与认证 55 GB/T 9793 金属和其他无机覆盖层、热喷涂、锌、铝、及其合金 56 GB/T 10095.1 渐开线圆柱齿轮精度第 1 部分： 齿轮同侧齿面偏差的定义和允许 值 57 GB/T 10095.2 渐开线圆柱齿轮精度第 2 部分： 径向综合偏差与径向跳动的定义 和允许值 58 GB/T 10561 钢中非金属夹杂物显微评定方法 59 GB/T 11345 钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级 60 GB/T 12326-2000 电能质量 电压波动和闪变 61 GB/T 13306 标牌 62 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件 63 GB/T 13452.2 色漆和清漆漆膜厚度测度 64 GB/T 14543-2008 电能质量 三相电压不平衡 65 GB/T 14549-1993 电能质量公用电网谐波 66 GB/T l5166 交流高压熔断器 67 GB/T 15169 钢熔化焊手焊工资格考试方法 68 GB/T 15826.1 锤上钢质自由锻件机械加工余量与公差一般要求 69 GB/T 16927.12 高电压试验技术 70 GB/T 17948 旋转电机绝缘结构功能性评定 71 GB/T 18253 金属产品检验文件的类型 72 GB/T 19071.1-2003 风力发电机组 异步发电机第 1 部分:技术条件 73 GB/T 19071.2-2003 风力发电机组 异步发电机第 2 部分:试验方法 74 GB/T 19418 钢的弧焊接头缺陷质分级指南 75 GB/T 19960.1 风力发电机组 第 1 部分：通用技术条件 76 GB/T 19804 焊接结构的一般尺寸公差和形位公差 77 JB 4708 钢制压力容器焊接工艺评定 78 JB 4726 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件 79 JB 4744 钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验 80 JB/T 4385.1 锤上自由锻件通用技术条件 81 JB/T 4730.2 承压设备无损检测 第二部分 射线检测 82 JB/T 4730.3 承压设备无损检测 第三部分 超声检测 83 JB/T 4730.4 承压设备无损检测 第四部分 磁粉检测 84 JB/T 6046 碳钢、合金钢焊后热处理方法 85 JB/T 6395 大型齿轮、齿圈锻件 86 JB/T 6396 大型合金结构钢锻件 87 JB/T 6402 大型低合金钢铸件 88 JB/T 7528 铸件质量评定方法 89 JB/T 7929 齿轮传动装置清洁度 90 JB/T 7949 钢结构焊缝外形尺寸 91 JB/T 8468 锻钢件磁粉检验方法 92 JB/T 10217 组合式变压器 10 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 93 JB/T 50076 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝产品质量分等 94 JB/T 56097 碳素钢埋弧焊用焊剂产品质量分等 95 JB/T 56102.1 碳钢焊条产品质量分等 96 JB/T 56102.2 低合金钢焊条产品质量分等 97 JB/JQ 82001 铸件质量分等通则 98 DL 404 户内交流高压开关柜订货技术条件 99 DL/T 679 焊工技术考核规程 100 DL/T 868 焊接工艺评定规程 101 YB/T 5148 金属平均晶粒度测定法 102 YB/T 5149 铸钢丸 103 JGJ 81 建筑钢结构焊接技术规程 104 SDGJ 14 导体和电器选择设计技术规定 105 SDJS 高压配电装置设计技术规定 106 ASTM E45 测定钢材夹杂物含量的试验方法 107 EN 292-2-1991+AI-1995 技术原则与规范 108 EN 294-1992 机器安全性 （防止上肢触及危险位置的安全距离） 109 EN 563-2000 机器安全性 （可接触表面的温度） 110 EN 1369 铸造磁粉探伤 111 EN 1371-1 铸造液体渗透检测 112 EN 6050：2000 电气绝缘系统的合格性和评价 113 EN 10002 金属材料拉伸试验 114 EN 10045-1 金属材料的却贝（带凹口试棒）冲击测试 115 EN 10160 厚度6mm 的钢板超声波检测方法（反射法） 116 EN 10204:2004 金属产品检验文件的类型 117 EN 12680-3 铸造超声波检验 118 EN 12890 铸造模样，模样设备和芯盒 119 EN 50178（1997） 用于电力安装的电气设备 120 EN 60204-1（1997） 机械设备的安全性 机械设备中的电气装置 第一部分： 一般要求 121 EN 60529：1991 隔离罩(IP 规范)提供的保护等级规范 122 EN 614001：2004 GB18451.1 风力发电机系统安全要求 123 EN 61400-11-2000 风力发电机系统噪音测量技术 124 EN 61400-12:1998 风力发电机性能试验 125 EN 6140021：2002 并网型风力发电机系统的风轮动力质量特性的测定和评定 126 EN 61800-2 可调速的电驱动系统 一般要求 低电压可调频的交流电驱动系 统的额定规范 127 EN 61800-3 可调速的电驱动系统 第 3 部分 电磁兼容要求和特定试验方法 128 EN 62068-1:2004 电绝缘系统.重复脉冲引起的电应力.第 I 部分： 评价电气耐久性 的一般方法 129 EN ISO 945 铸铁石墨的微观结构名称 130 EN ISO 6506-1 金属材料布氏硬度检测 131 ISO 2372 转速为 10200 s -1 的机器机械振动规定评价标准的基础 132 ISO 2954 旋转式和往复式机器的机械振动 对测量振动烈度仪器的要求 133 ISO 5817 钢、镍、钛及其合金熔焊接头缺陷的质量等级 134 ISO 7919 非往复式机器的机械振动 旋转轴的测量和评定准则 135 ISO 8501-1 涂漆之前的表面处理 11 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 136 ISO 8503 涂漆和应用有关产品之前钢材底层的准备 137 ISO 8062 铸件尺寸公差和机械加工公差 138 ISO 12944-1 油漆和清漆 -钢结构防护油漆系统防腐一般要求 139 ISO 12944-2 油漆和清漆 -钢结构防护油漆系统防腐环境分类 140 ISO 12944-4 油漆和清漆 -钢结构防护油漆系统防腐表面处理 141 ISO 12944-7 油漆和清漆 -钢结构防护油漆系统防腐涂漆工作的执行和监 督 142 ISO 12944-8 油漆和清漆 -钢结构防护油漆系统防腐新工作和维护规范的 发展 143 DIN3990-1987 齿轮承载能力计算 144 DIN EN 1559，1 和 3 部分 铸件的交货技术条件 145 DIN EN 10083-1 专用钢热处理技术要求 146 DIN 47100 芯线标识 147 DIN VDE 0530T.5 旋转电机 148 VDG bulletin P541 铸件的 X 射线探伤 149 VDE0295/IEC 60228 电缆结构 150 VDE0298 电缆使用 151 HD603S.1 VDE02761000 电流容量 152 VDE0293 芯线颜色 153 IEC 60034-1-2004/ prEN60034-1 GB 755 额定值和性能 154 IEC 60034-5-2004/ EN 60034-5-2001 保护类型 155 IEC 60034-6-1996/ EN 60034-6-1991 GB/T 1993 冷却方式 156 IEC 60034-9-2003/ prEN 60034-9-2003 噪声标准 157 IEC 60204-11-2000/ EN 60204-11-2001 机械电气设备 158 IEC 60034-14-2003/ EN 60034-14-2004 振动强度等级 159 IEC 60034-15-1995 冲击电压耐受水平 160 IEC/TR2 60034-18-99-55 绝缘结构功能性评定 161 IEC 60034-34-7Edition2.1/ EN60034-7-2001 GB/T 997 结构类型 162 IEC 620505, IEC 60791 变频电机绝缘结构 163 IEC 60332-1 阻燃 164 IEC 61400-21 风力发电机系统 第 21 部分:管道连接风轮机功率质量特性的 测量和评定 165 IEC/TR 61400-24-2002 风力发电机系统避雷装置 166 98/37/EC 欧洲规程 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 12 2.2 机组详细技术说明 2.2 机组详细技术说明 2.2.1 风轮 2.2.1 风轮 风轮风轮采用变桨变速调速系统，可根据风速的变化自动调整风轮转速。叶片通过变桨 轴承连接在轮毂上，由安装在轮毂里边的三个变桨电机驱动，通过变桨变速控制转速， 使风电机组能够达到最佳的能量输出。 叶片叶片的翼型采用最新的空气动力学研究成果来设计，并且制造工艺先进、成熟，质 量通过精密的模具来保证，叶片经过了静、动强度和刚度频率试验和测试并进行了疲劳 试验，寿命超过20年，叶片用高强度螺栓连接在变桨轴承上。变桨驱动设备及其控制装 置集成到轮毂里边，并配有蓄电池组，即使在电网停电的情况下也可以完成顺桨动作。 同时安装了自动润滑装置，专门用于变桨轴承和齿轮的润滑。变桨轴承设计成预应力轴 承，使叶片变桨动作时振动小、运行平稳。叶片可以根据要求加航空标志。 轮毂轮毂的结构设计采用有限元分析，以满足极限载荷和疲劳载荷要求，同时通过严格 控制球墨铸铁材料成分和微观金相组织，保证了轮毂材料的优良机械性能；加上专门的 铸造工艺、精密的加工制造、先进的探伤检验手段，保证了其制造质量。轮毂通过高强 度螺栓和风电机组主轴连接，将动力输入主传动链。 2.2.2 传动链 2.2.2 传动链 主轴主轴采用两个轴承支撑，前轴承作为浮动端主要承受径向载荷，后轴承作为固定端 承受轴向载荷。该方式过滤掉了风轮带来的弯矩/翘曲等复杂载荷，使可靠性大大提高， 同时提高了可维护性。 轴承座轴承座：主轴前轴承由一个与风轮锁定装置整合为一体的专用轴承座来支撑，机组 在进行调试、维护、检修时用锁紧螺栓将整个传动系统锁死，工作人员可以很安全地在 舱内和轮毂内工作，并可直接从舱内进入轮毂内。轴承座采用球墨铸铁材料，它具有很 好的抗震性。轴承采用有效的密封结构，可以很好的保证油脂不会向外泄露，使机舱清 洁而不受污染。 齿轮箱齿轮箱带有一级行星齿轮和两级正齿轮， 齿轮箱中的齿啮合具有高效率和低噪音的 特点。弹性支撑与齿轮箱转矩臂通过弹性元件调节，直接与机架连接。齿轮箱上的弹性 支撑装置运用了活动支承，非常有效地隔离了声音和振动从齿轮箱到机架的传递。弹性 支撑的弹性元件使用高强度橡胶材料，以延长其使用寿命。 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 13 齿轮箱油润滑和在线过滤系统齿轮箱油润滑和在线过滤系统 润滑系统由油泵过滤装置、油/水热交换器、压力传感器等组成。 油泵向系统供油，润滑油经二级滤油器过滤后到温控阀，温控阀根据润滑油的温度 控制润滑油的流向。当油温低于 45时，润滑油直接进入齿轮箱；当油温高于 45时， 温控阀开始动作， 润滑油经油/水热交换器冷却后再进入到齿轮箱。 在过滤器的入口和齿 轮箱的入口都装有压力传感器用于检测润滑油的压力。 海装公司的齿轮箱采用迷宫密封、特殊回油等方式，通过多年的经验对齿轮啮合取 合适的侧隙，并采用特种高精设备对齿轮做特殊的修形修向处理，增加了齿轮传动的平 稳性，提高了齿轮箱抗冲击的能力，同时也降低了齿轮箱的振动及噪声，齿轮箱各润滑 点全部采用强制润滑方式，使关键部位的润滑和冷却得到了保障，保证了齿轮箱长期运 行的安全性。 齿轮箱水冷却系统齿轮箱水冷却系统 水冷却系统由水泵装置、水/风冷却器、压力罐、压力继电器、铂热电阻等组成。水 泵工作后，冷却水经油/水热交换器、水/风冷却器组成冷却水循环回路。当冷却水温度 达到一定值时冷却器电机启动；当油温降到一定值时，冷却器电机关闭。 水泵出口设有压力继电器， 当冷却水压力低于 0.6bar 时,压力继电器发出低压报警信 号。 水泵出口设有铂热电阻(PT100)，用于检测冷却水的温度并控制水/风冷却器的电机 工作或停止。 联轴器和制动器联轴器和制动器：在齿轮箱高速轴端安装有一个制动装置，并通过具有补偿能力的 联轴器与发电机相连。在联轴器上还装有一个力矩限制器，用于防止在发电机故障的情 况下齿轮箱上出现瞬时峰值力矩，以保护齿轮箱不受损坏。 所有的传动系统零部件都是来自国内外知名的、长期从事该行业的供应商，他们的 产品以高质量和高可靠性著称，具备完全符合设计要求的防腐蚀保护。所有主要零部件 在发货前已在厂内经过全面的性能测试。 2.2.3 发电系统 2.2.3 发电系统 发电系统是能否获得高效、高品质电能输出的关键。采用双馈异步发电机变频器 系统是目前世界上兆瓦级风电机组的主流模式。双馈异步发电机可靠性高、结构紧凑、 体积小、重量轻，变频器功率小（只需要风电机组额定功率的 1/3 左右） ，低噪音传播、 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 14 特别是低风速以及电网供电特性都得到了明显改善。 变速发电机提供了在部分载荷条件下相当大的功率波动滤波以及在额定功率工作 条件下的几乎完全滤波。 这可使风电机组运转时的噪音明显减小并大大降低了结构上的 动力载荷。阵风能量通过风轮的加速得到缓冲而能够平稳地进入电网，传送入电网的电 压和频率保持恒定。 1）发电机变频器系统 1）发电机变频器系统 2.0MW 的发电系统是由双馈式异步发电机和采用 IGBT 技术的变频器构成。 在亚同步工作模式下，发电机定子向电网输送全部的电能，通过发电机的滑环从变 频器向发电机提供转差功率； 在超同步工作模式下， 发电机通过定子直接将大约 83的 功率输送给电网，剩余的功率（约 17）由发电机转子通过变频器输送到电网。 与其他系统相比，该系统具备低损耗的优点，因而能保证较高的总效率。此外，由 于使用的零件数少、设计紧凑，该系统还具有非常出色的适用性。 发电机采用完全封闭式包装，保护等级为 IP 54，发电机组具有空水冷却系统。 变频器安装在机舱内，电磁兼容性好、稳定、可靠。变频器采用最新的 IGBT 技术 和 DSP 控制技术，具有电能双向流动、低失真和低谐波含量等特点。此外，变频器还配 有并行、串行接口，供厂内和现场调试使用。 图 2.2 发电机变频器系统简图 2）变频器 2）变频器 功能： 控制和调节发电机的有功功率和无功功率 功率半导体器件： IGBT 冷却： 空气冷却/空-水冷 3）发电机 3）发电机 额定功率/速度： Pel 2150 kW / n 1755 rpm 额定电压： 690 V，出口电压三相不平衡度5% 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 15 速度范围： n 950 到 2050 rpm 极限转速： n 2160 rpm （5s） 类型： 异步、双馈绕线式发电机 额定功率时的效率： 不低于 97% 颤动等级： N 绝缘等级（定、转子） ： F 中心高： 500mm 保护： IP 54 冷却： 空水冷 传感器： PT 100（用于监控轴承的温度） PT 100（用于监控线圈的温度） 电刷磨损监测传感器 滑环室温度传感器 2.2.4 偏航系统 2.2.4 偏航系统 偏航由四个电制动的齿轮电机来控制和驱动。 精密的风向测量方法和控制软件能保 证叶轮准确的对准风向，并减少由偏斜气流所引起的能量损耗和其他载荷损失。风向传 感器和相应的软件一起控制电机接通时间及旋转方向，检测60秒平均风向若偏差超过 15则启动偏航，偏航速度为0.8/s。 在该偏航系统中的偏航传感器能监控由于风向变化导致的电缆过于扭绞并启动控 制器反方向扭开该电缆。具有1080度偏航限位功能。若机舱在风况改变过程中在同一方 向多次改变其位置，它同样能确保电缆自动解缆。 2.2.5 变桨系统 2.2.5 变桨系统 1）概述 1）概述 变桨系统通过改变叶片的桨距角，从而改变风电机组获取风能的大小。2.0MW 风电 机组的变桨系统采用电气变桨，每个叶片具有独立的变桨机构，每个叶片的桨距角由两 个独立的编码器进行测定。在风速大于额定风速时，调节桨叶节距，改变气流对叶片攻 角，从而改变风电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。在风速小于额定风 速时，桨叶节距可以转动到合适的角度，使风轮获得最大的空气动力转矩，尽可能多地 获取风能。风电机组需要脱离电网时，变桨系统快速转动叶片使之减小风能吸收，降低 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 16 风轮转速，使风电机组运行更稳定、更安全。 2）变桨系统的组成 2）变桨系统的组成 2.0MW 机型的变桨系统由控制柜和电池柜组成。按照变桨系统类型和控制方式可分 为 6 柜、4 柜、3 柜系统，其中 6 柜系统（即 3 个轴柜和 3 个电池柜，控制器放在其中 一个轴柜中）的变桨系统示意图如下。 图 2.3 变桨系统（6 柜）示意图 3）功能描述 3）功能描述 叶片通过带内齿的变桨轴承连接在轮毂上。每个叶片都是独立驱动，由变桨系统通 过与变桨轴承内齿啮合的变桨减速箱驱动。 正常工作时，通过变桨角度控制发电机的转子转速在额定范围内，进行功率控制。 任何停机情况下，叶片都要转到顺桨位置。 正常停机和一般故障停机时，变桨系统电源来自电网，使叶片转到第一个极限开关 位置；如果第一个开关失效，叶片继续转到第二个极限开关位置。极限开关触发后，变 桨电机的刹车将动作，叶片停止转动。电网故障等紧急停机时，变桨系统采用备用电池 来供电，变桨系统备用电源能够保证在最坏的情况下叶片都能转动到顺桨位置。 2.2.6 机座和机舱罩 2.2.6 机座和机舱罩 机座主要是由钢板焊接而成的组件再组装而成， 从而大大降低了对热处理和加工设 备的要求，有利于质量控制，降低了生产成本。 机舱罩的设计充分考虑了道路运输的条件限制、工艺制作过程的形状变化，在性能 满足 GL 规范要求的基础上，采用三大块式设计。该设计具有外部尺寸紧凑、内部空间 大、便于运输、易于装配等优点。机舱后部设计有一个防沙隔板，该隔板将机舱主体空 间与热交换器隔离开，使散热气流从底部进入、尾部流出，并可防止扬沙的进入。 机舱前部设计有维修通道，可直接从机舱内部进入导流罩内，对轮毂内设备进行调 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 17 试和维护。机舱内有机舱起重机，可以起吊常用的备品备件、工具、材料等。 整个机舱罩还采用隔振设计以达到降噪的目的。为保证航空安全，在机舱外气象桅 杆上还安装有航空指示灯。 2.3 控制系统说明 2.3 控制系统说明 2.3.1 控制系统概述 2.3.1 控制系统概述 2.0MW 型风电机组采用分布式控制。控制系统由底部控制柜、机舱控制柜等组成， 其中，底部控制柜为主控制器，通过总线与机舱控制柜、变频器和变桨系统通讯。控制 系统硬件包含 CPU、输入/输出模块、继电器、熔断器、开关以及传感器和供电设备等元 器件。 控制系统在电网掉电的情况下，可通过 UPS 维持供电。 2.3.2 底部控制柜 2.3.2 底部控制柜 在底部控制柜上装有一只中断设备供电用的总开关。风电机组内部用电均由一台 690/400V 辅助变压器统一供电。 在控制面板上有紧急停机按钮，按下后可以断开安全链，以启动风电机组紧急停机 程序。控制面板上，可以用手动按钮来完成风电机组的启动、停机和复位，也可借助钥 匙开关接通维修模块，以激活维修程序。 控制系统提供相应的接口，可使风电机组与远程监视系统通过光纤连接，实现远程 数据交换及远程控制。当“维修”模式被激活工作时，远程控制不能启动风电机组。 2.3.3 机舱控制柜 2.3.3 机舱控制柜 机舱控制柜位于机舱内，听从于底部控制柜的控制。它通过总线电缆与底部控制柜 相连接，实现现场数据的交换和控制信号的传输。控制信号传输到机舱控制器后，通过 相应的 I/O 口传递给执行机构。 机舱控制面板与底部控制面板一样，可通过手动按钮来控制风电机组的启动、停机 和复位，借助钥匙开关接通维修模式，以激活维修程序。 2.3.4 安全链 2.3.4 安全链 安全链是一套硬连线电路，独立于风电机组控制系统以外，且停机错误等级最高。 其所有触点均采用串联形式，触发紧急停机模式。安全链的触点包括有机舱内的紧急制 动按钮、塔筒底部的紧急按钮、转子超速开关、变桨系统触点、风电机组控制器的触点、 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 18 电缆缠绕触点、变频器触点等，实现对风电机组运行停机控制的冗余保护。安全链的动 作不需要控制系统的支持，但却被控制系统时刻监测。 安全链不允许远程复位，只有通过塔基手动复位按钮进行复位。 2.3.5 设备运行特性 2.3.5 设备运行特性 2.0MW 型风电机组工作模式分为“待机” “启动” “正常运行” “停机” “维修” 。在风 电机组运行时，风电机组控制系统将不断地对传感器信号（如：转速、风速和叶片角度） 进行检查，以确定风电机组的工作模式。 (1) “待机”模式 “待机”模式下，叶片处于顺桨位置（89） ，制动器处于松开状态，自动偏航及 辅助系统控制被激活。当启动条件满足，机组将自启动，也可通过控制柜上启动按钮和 远程启动信号进行启动。 (2) “启动”模式 风电机组由待机模式进入“启动”模式后，首先判断是否启动“自检程序”检测 制动器、蓄电池、变桨电机的工作情况及变桨角度传感器的检查。在低温时完成对发电 机、齿轮箱、控制面板中加热器的启动。叶片由顺桨位置向 0方向旋转。在风轮转速 达到切入转速时，发电机切入电网，完成“启动”模式。 (3) “正常运行”模式 风电机组在“正常运行”模式下，控制系统通过接受传感器数据运行特定程序，判 断风电机组是否故障，并做出相应动作消除故障或执行停机，保证风电机组的安全， 并通过显示屏把信息显示出来。 在控制系统对风电机组进行错误监测的同时，还对风电机组动作进行控制。如：根 据风向的变化，及时启动偏航系统进行对风操作。根据转速的变化，计算出最佳的电磁 转矩和变桨角度，发送给相应的执行机构，保证风电机组的效率及安全。 （4） “停机”模式 风电机组控制系统中，将错误分为各种错误等级。按照错误优先级不同，决定其采 用的停机模式也不一样。若在正常运行过程中，有不同等级的停机错误产生，则根据错 误的等级高低，优先执行高等级错误所对应的停机模式。 风电机组控制系统定义了 3 种“停机”模式正常停机、快速停机、紧急停机。 风电机组停机控制应根据产生故障的种类在上述三种停机模式中进行选择。 停机后 中船重工(重庆)海装风电设备有限公司 19 根据故障情况作不同的处理（如：器件更换、器件维修、重新启动等） 。 (5) “维修”模式 只有在风电机组进入停机状态、启动手动钥匙维修开关后，才能启动“维修”模式， 确保工作人员进入风电机组维修的安全。 在“维修”模式中，不能启动风电机组，只能选择部分控制功能满足“维修”模式 的需求（如： “手动偏航” ） 。 2.3.6 人工控制功能 2.3.6 人工控制功能 在风电机组正常运行过程中，人为干预受到一定的限制，但仍然可以执行最高级的 紧急停机按钮故障程序。除此之外，还可进行风电机组复位、启动控制，维修时的偏航 控制、制动器的开/闭。 2.3.7 故障、报警介绍 2.3.7 故障、报警介绍 故障或报警产生后，在显示屏上显示故障的种类。若只是警告错误，则不会引起停 机动作，只发送警告信号，提示工