E87 15MW风机产品描述.doc

远景能源 E87/15风力发电机产品描述E87 1.5MW风力发电机产品描述1 机组规格1.1 风机描述远景E87/15变速恒频双馈风力发电机组采用经典可靠的Danish-German传动形式，由具备丰富设计经验的国际研发团队针对中国中低风速的特点开发而成。针对超大风轮的设计，远景控制系统特别引入叶片根部弯矩实时测量传感装置（植入叶片的形变测量传感器），依据当前风速、功率、桨距角以及风轮根部每个叶片弯矩，在不同叶片上分别叠加一定桨距角修正量实现非对称独立变桨控制，显著减小由风剪切和尾流所引发的机组结构，塔筒和基础载荷。在风速剧烈变化的情况下，为使超大风轮的转速控制平稳，防止过速，根据当前功率和发电机扭矩变化率以及塔筒振动值，预先在最佳桨距角上叠加一定修正量，显著降低在极限风速下对机组结构产生的推力和侧向力载荷。针对超大风轮特殊开发的关机控制程序，避免超大风轮在关机过程中遭遇极限阵风引发过速。同时，特殊叶片避振控制软件避免超大风轮叶片挥舞和摆振方向的振动激励。 1.2 风轮先进的叶型，优化的球形轮毂和可靠的进口变桨轴承，使整个风轮系统能够保证高能量的捕获，小功率波动，较轻的重量和低的噪声。变桨系统采用电驱动的形式。在低于额定风速时，风机处于恒定桨距角工况下运行，在风速到达或超过额定风速时，风机通过变桨距系统调节桨叶的桨矩。专用的叶片根部弯矩测量传感装置植入叶片表面，为独立变桨控制系统提供反馈测量信号，实现降载控制算法。1.3 传动链 传动链由主轴，齿轮箱，联轴器和发电机组成。其中主轴和齿轮箱通过主轴承座的单点刚性支撑和齿轮箱两边的弹性支撑安装在铸造底板上。同时，发电机通过4个高性能的弹性支撑连接在发电机底座上。该结构能够极大的减小载荷对齿轮箱的冲击和振动。齿轮箱与发电机通过高性能的柔性联轴器连接保证两个轴系能够在宽范围不对中的情况下可靠运行。特别针对E87/15超大风轮，德国威能极（Winery）专为远景E87/15定制开发的齿轮箱确保机组传动系20年可靠稳定运行。 1.4 偏航系统机舱通过4点接触轴承和塔架相连接。机舱偏航依靠4台电机和减速箱驱动对准风向。机舱的制动依靠制动器摩擦块产生的摩擦力矩，结构简单可靠，易于维护。机舱的绝对位置和解缆控制是通过一体的传感器实现，设计紧凑，且故障率低。解缆可靠，超过720度自动偏航解缆。1.5 制动系统空气动力制动作为主制动器，三个叶片中任何两个叶片能够实现独立变桨刹车，保证了安全系统的可靠冗余。在电网掉电工况下叶片可以依靠各自独立的备用电池回到安全位置。在齿轮箱和发电机之间的联轴器上还装有一个液压盘式制动器作为次级刹车系统。用于维护工况和人身安全紧急停车。刹车泵液压油的品牌型号为Shell Tellus T32。1.6 润滑主齿轮箱油为壳牌HD320或美孚Mobilgear SHC XMP 320 主轴承脂为SKF LGEP2（-20度110度），极低温情况可用LGWM1，或壳牌施达纳HDS1.7 电气系统风冷双馈式异步发电机和变频器的配合能保证最优的能量捕获和优良的电网质量。宽范围的转速范围保证机组在极低的风速就可以切入电网，较高的超速范围，因而风机能够运行在很宽的风速范围和波动范围。双馈电机和变频器的配合能够满足功率因数Cap. 0.95Ind. 0.95的调节吸收或发出无功功率的要求，可选方案可以达到+/-0.9的无功要求。主要电气系统数据见下表，所有参数设定均按照下面的参数进行保护整定。发电机：额定功率：1540kW冷却方式：空-空冷却发电机类型：双馈异步电机发电机额定电压：690V保护等级：IP54，滑环室IP23转速范围：10002000rpm绝缘等级：F级功率因数：Cap. 0.95Ind. 0.95 （可选Cap.0.9Ind.0.9）风机允许在额定电压，频率和功率因数为1情况下，10%功率的持续超发。控制软件使用建议的超发逻辑如下：l 机组发电机功率输出十分钟平均值： 1550kWl 机组发电机功率输出三十秒钟平均值： 1600kW在有功功率不变的情况下，风机可以长期发无功，功率因数了解范围 -0.95 0.95。变频器：额定容量：770KVA控制方式：IGBT PWM电网侧额定电流：305A电网侧最大电流：510A转子侧额定电流：580A转子侧最大电流：640A电网：额定电压：690V (+/-10%)频率：49.5HZ50.5HZ功率因数：-0.95 +0.95 （-0.9 +0.9可选）不平衡电压：2.5%短路电流分断能力：40kA400V辅助电源供电：40kVA与电网匹配的风机保护装置参数设定：机组发电机功率输出十分钟平均值： 1550kW机组发电机功率输出三十秒钟平均值： 1600kW主断路器（MCB）的短路保护整定值： 40kA / 690VAC过线电压保护值： 690V*(1-10%)频率故障保护值：上限50.5Hz，下限49.5Hz 当风电场并网点电压低于额定电压90%时，机组满足低电压穿越能力要求：风电场并网点电压在图中电压轮廓线及以上的区域内时，机组不间断并网运行；并网点电压在图中电压轮廓线以下时，机组从电网切出。其中：a) 机组在并网点电压跌至20%额定电压时能够维持并网运行625ms的低电压穿越能力；b) 风电场并网点电压在发生跌落后3s内能够恢复到额定电压的90%时，机组保持并网运行； 机组电能质量满足国家电网公司风电场接入电网技术规定（试行）：机组功率因数感性0.95容性0.95之间可调；机组能确保风电场所接入公共连接点的闪变值满足GB12326-2000的要求；机组能确保风电场所接入公共连接点的谐波注入电流满足GB/T14549-1993的要求。当风电场并网点的闪变满足GB12326-2000、谐波满足GB/T14549-1993、三相电压不平衡度满足GB/T15543-2008的规定时，机组能正常运行。 机组满足风电场接入电网技术规定，当风电场并网点的电压偏差在-10%+10%之间时，机组能正常运行；当风电场并网点电网频率偏离时，机组可以按照下表的要求运行。频率偏离下的风电场运行电网频率范围要求低于48Hz根据风电场发电机组允许运行的最低频率而定。48Hz49.5 Hz每次频率低于49.5 Hz时要求至少能运行10分钟。49.5Hz50.5Hz连续运行。50.5Hz51Hz每次频率高于50.5Hz时，要求至少能运行2分钟；并且当频率高于50.5Hz时，不允许停止状态的风力发电机组并网。高于51Hz根据电网调度部门的指令限功率运行。 动力电缆：塔筒定子电缆： 12xNYY 240mm2塔筒转子电缆： 9xNYY 95mm2发电机接地电缆： 2xNYY 240mm2电网接入电缆： 14xNYY 240mm2 见风场变压器电网技术规范。1.8 控制系统 控制系统采用功能强大的分布式工业控制PC，能够在恶劣的工况下持续可靠的运行。控制系统同时还提供了完备的故障诊断功能，能够在10ms的时间间隔内记录上百个外部和内部的信号与变量，为快速故障排除提供了充足的数据支持。 为保证控制系统的可靠性，所有低压元件使用ABB或施耐德等相同级别的国外知名品牌。 控制系统的算法软件实现变桨距角和发电机转矩的控制算法针对不同叶片和湍流强度，动态地跟踪最佳能量捕获点，达到各种工况下的最佳能量捕获。针对E87/15的超大风轮，控制系统预装特别开发的降载控制软件，特殊软件模块包括：1. 独立变桨控制算法2. 桨距角预测控制算法3. 特殊的关机控制程序4. 特殊叶片避振控制逻辑1.9 变桨控制系统电变桨控制系统用来调整发电功率输出和转子转速。风机中的桨叶是由直流电机通过齿轮箱耦合来驱动的。风机系统监控风速、风机转速和发电功率，并在每一个控制周期内向变桨控制器发出桨叶角度的给定值。风机控制器是通过机舱中的一组滑环与变桨控制器进行通讯的。变桨控制器利用来自风机控制器的桨叶位置给定和来自每个桨叶的位置传感器来对桨叶的运动进行精确地独立实时非对称变桨控制。根据叶片根部实测的实时挥舞和摆振方向的弯矩，独立变桨控制系统有效降低由于超大风轮风剪和尾流所导致的不平衡负载对机组结构和塔筒及基础所产生的载荷。变桨系统采用的是串励直流电机，电机电流由IGBT控制。电流幅值是根据桨叶的位置的给定和实际值之差以及电机的转速来控制。每个电机配有绝对值位置传感器。- 额定转矩：20 Nm- 额定转速：1643 rpm- 峰值力矩：65Nm- 刹车力矩：100Nm- 额定变桨速度：08/秒- 最大变桨速度12/秒（电池工作模式）- 工业等级：IP 54- 电池：18个 12Vx7.2Ah（总计216V）Panasonic铅酸电池1.10 SCADA系统整个风场的SCADA为基于光纤交换机百兆级的冗余光纤以太网络，即任何一个断点不会影响整个光纤网络的通信。中心控制室内安装一套中心SCADA机柜，包含服务器，显示器，光纤交换机，尾纤盒，UPS和路由器等设备。服务器上安装有一套SCADA软件，能够实现包括但不限于以下功能：1. 整个风场的每台风机监视和控制管理；2. 整个风场的光纤网络的SNMP网管；3. 单个风机人机界面为手持式可移动工业PC；4. 所有风机的SOE（Sequence of Events），包括故障显示，排序，历史记录和查询；5. 所有实时数据的监控和实时曲线，包括风速，风向，温度，功率，振动，转速，电流，电压等；6. 所有历史数据的存储和历史曲线；7. 密码权限管理；8. 登录管理；9. 可利用率，功率曲线，发电量的记录查询以及相关的报表功能。10. 远程的Internet连接。11. 见风场光纤技术规范。1.11 机舱 玻璃钢机舱内装有一层隔音材料，满足低噪音运转的要求。机舱罩和导流罩的设计为一体化设计，维护人员不用从外部进入轮毂，增长了轮毂的可维护时间。流线美观的设计减小了风阻，保证准确的风速测量。1.12 塔筒塔筒是由3段构成的空心圆锥塔，塔筒表面有多涂层特殊防护处理。轮毂高度70米和80m可选。风力发电机的开关柜，控制柜和变频器柜均位于塔筒内，易于维护和故障处理。1.13 防雷整个风机从叶尖到轮毂，从风向标到机舱，从机舱底板到塔筒到基础，从旋转部件到非旋转部件，都严格按照IEC 61024-1/IEC61312-1标准的LPZ0-3类保护级别进行防雷设计。接地电阻要求小于4欧姆，标准依照IEC TR 61400-24，GL规范和参照国内风电设计惯例。雷电保护的设计标准、过电压保护措施，以及基础部连接的防雷接地系统等详细描述见远景机组的风机防雷接地技术规范。1.14 环境温度设计远景机组基本设计为常温型，运行温度范围为-20C40C。生存温度为-30C50C。2 基础设计远景能源提供的基础设计文件（包括风机整体基础设计资料）是指基础设计所必需的技术要求和基础相关的各种载荷数据。同时也包括基础施工指导技术文件。基础设计以远景提供的基础载荷规范为设计依据。注：通过控制策略的优化，远景能源的基础设计载荷做了适当调整，以最大程度减少基础的工程造价。 E87/15机舱截面图3 机组技术参数表表1 机组的总体技术数据序号部 件单位数值1机组数据1.1制造厂家/型号E87/151.2额定功率kW15001.3转轮直径m871.4切入风速m/s31.5再切入风速m/s181.6额定风速m/s101.7切出风速（10分钟平均值）m/s201.8极端（生存）风速（3秒最大值）m/s52.51.9预期寿命年201.10设备可利用率%96%2叶片2.1制造厂家/型号艾尔姆（LM）2.2叶片材料玻璃钢3齿轮箱3.1制造厂家威能极（Winergy）或满足质量要求的其他厂家3.2齿轮级数33.3齿轮传动比率1063.4额定转矩Nm高速轴: 8276低速轴：9324604发电机4.1制造厂家/型号永济或满足质量要求的其他厂家4.2额定功率kW15004.3额定电压V690极对数4定子绕组连接方式三角形发电机出口短路电流大小A7000A4.4绝缘等级F4.5变频器额定容量kVA770频率范围Hz50/60HZ 1%额定电压V690V10% 额定电流A电网侧额定电流：305转子侧额定电流：580变频器额定效率 98% 5主轴承5.1制造厂家SKF6制动系统6.1主制动系统MOOG电变桨驱动系统或满足质量要求的其他厂家6.2第二制动系统Svendborg或满足质量要求的其他厂家7偏航系统7.1控制起停控制7.2偏航控制速度度0.537.3风速仪型号Thies model 4.3519.00.1417.4风向仪型号Thies model4.3129.60.1418液压装置8.1制造厂家/型号Svendborg 1010-0067-8xx或满足质量要求的其他厂家9现地控制系统9.1型号/设计远景控制系统10防雷保护10.1防雷设计标准IEC61400-24/61024-1/61312-110.2机组接地电阻值411重量11.1机舱kg5400011.2发电机kg700011.3齿轮箱kg1600011.4叶片kg610011.5叶轮kg35000 表2 功率曲线 （湍流强度10%）风速（m/s）标准空气密度(1.225kg/m3)风电场空气密度(1.196kg/ m3)功率（kW）推力系数功率曲线图功率（kW）推力系数功率曲线图3201.2917619 1.261184791.0171777 0.9930951880.852161183 0.8319963390.836999331 0.8171875540.837011540 0.817288390.83701819 0.8172912360.7932611206 0.774481015000.6419211479 0.626721115000.4313441500 0.421131215000.3196641500 0.31211315000.2471471500 0.24131415000.1965751500 0.191921515000.1598011500 0.156021615000.1322231500 0.129091715000.1111041500 0.108471815000.0945961500 0.092361915000.0815151500 0.079592015000.0710021500 0.06932表3 风电机组不同轮毂高度与相应塔筒数据轮毂高度（m）7080节号上长度（m）28.5830重量（kg）2383824075中长度（m）25.2125重量（kg）3355232366下长度（m）13.7122.3重量（kg）2568048012基础环重量(kg)69798170板材规格型号Q345DQ345D基础环及筒节钢板总重量（kg）90049 112623 法兰材料规格型号S355NS355N法兰重量(kg)69327390注：塔筒内附件重量约6.5T到10T（不同塔筒高度）轮毂高度70m80m安装吊车最大吊装高度83m（垂直高度）93m（垂直高度）最大吊装重量70T70T推荐吊车类型和能力350T/400T履带吊或汽车吊350T/400T履带吊或汽车吊4 调试计划调试计划原则上单台不超过3天。调试内容包括以下步骤：1. 准备工作2. 低压配电柜上电3. 主控制柜上电4. 配置PLC及变频器5. 机舱控制柜上电6. 安全链及PLC输入点测试7. 测试偏航系统8. 液压刹车系统测试9. 齿轮箱系统测试10. 发电机系统测试11. 发电机对中检查12. 变桨系统测试13. 自检功能测试14. 风机制动测试（在700rpm和正常转速下分别测试）15. 风机启动与并网测试16. SCADA系统调试5 运行维护计划风机维护计划包括运行后1个月维护，每半年维护和每1年维护，内容大致包括1. 变频器和并网柜维护2. 主控制柜和机舱控制柜维护3. 塔筒维护，主要是塔筒螺栓抽检紧固4. 机舱维护5. 机舱底板维护，主要是螺栓抽检紧固6. 安全链检查7. 偏航系统维护，主要是偏航摩擦片力矩维护和摩擦片检查8. 变桨系统维护，主要是螺栓抽检紧固和加油脂9. 轮毂维护10. 叶片维护，包括叶片螺栓检查维护11. 主轴维护，主要是加油脂12. 传动系统维护13. 发电机维护14. 变桨滑环维护，主要是加油脂15. 液压刹车系统维护6 公司质量体系及生产制造测试计划见供应商管理总则装配检验管理程序塔架质量检验标准7 售后服务培训内容和计划表培训内容计划日数教师职称教师人数地点备注电控系统1工程师1远见公司发电机0.5工程师1远见公司变桨系统0.5工程师1远见公司电气图纸介绍与读图1工程师1远见公司偏航系统0.5工程师1远见公司液压与制动系统0.5工程师1远见公司装配参观培训1工程师1远见公司SCADA，风机操作培训1工程师1现场风机调试培训1工程师1现场风机运维培训1工程师1现场现场服务计划表序 号技术服务内容计划人月数派出人员构成备注职称人数1基础施工技术指导1工程师12安装指导和调试30工程师133三年质保期维护9工程师44技术联络会0.2工程师25塔架制造技术指导3工程师1表4 主轴、齿轮箱、发电机机械参数1主轴信息 1.1前轴承型号SKF240/6001.2后轴承型号NA2齿轮箱信息2.1齿轮箱型号Winergy 4418 2.2齿轮箱传动比1062.3内齿圈齿数1022.4行星轮齿数402.5太阳轮齿数212.6低速轴齿轮齿数1002.7中速轴小齿轮齿数232.8中速轴大齿轮齿数1042.9高速轴齿轮齿数252.1行星轮轴承型号BC2-02552.11行星架前轴承型号NCF18/6702.12行星架后轴承型号NCF18/5602.13低速轴前轴承型号NU10722.14低速轴后轴承型号32972DF2.15中速轴前轴承型号NU22362.16中速轴后轴承型号NU2234+QJ3342.17高速轴前轴承型号NU23262.18高速轴后轴承型号NU2226+QJ2263发电机信息3.1发电机型号YJ89BX33.2驱动端轴承型号SKF或FAG6332绝缘轴承3.3非驱动端轴承型号SKF或FAG6332绝缘轴承 表5 单台风电机组部件和材料清单 序号部件名称使用材料产品型号产地特征参数分包厂家1发电机NAYJ89BX3西安1.54MW永济/或同等品牌2齿轮箱NA4418天津1.66MW威能极/或同等品牌3叶片玻璃钢42.13江阴42.13m艾尔姆/或同等品牌4轮毂EN-GJS-400-18U-LTNA江阴NA江苏吉鑫/或同等品牌5机舱玻璃钢NA常州NA江苏海锋/或同等品牌6底盘EN-GJS-400-18U-LTNA江阴NA江苏吉鑫/或同等品牌7主轴34CrNiMo6NA江阴NA江苏南工/或同等品牌8主轴承SKF6号钢球面轴承240/600大连240/600SKF/或同等品牌9液压系统NA1010-0067-8xx德国NASvendborg / BUBENZER/或同等品牌10监控系统NANA江阴NA远见/或同等品牌11偏航齿轮太阳轮：20CrNi2Mo或20CrMnMo行星轮：20CrNi2Mo或20CrMnMoFDX205G03南京NA南高齿/或同等品牌12刹车片粉末冶金BSAK300-MS40S-200德国NASvendborg / BUBENZER/或同等品牌表6 振动的设计标准部件允许振动标准设计值机舱1.2m/s21.2m/s2齿轮箱3.5m/s23.5m/s2高速轴/低速轴80rpm/s280rpm/s2发电机3.5m/s23.5m/s2 叶片NA挥舞： 一阶：0.76 Hz二阶：2.03 Hz摆振： 一阶：1.38 Hz二阶：4.55 Hz塔筒NA前后： 一阶：0.43 Hz二阶：2.70 Hz左右：一阶：0.44 Hz二阶：3.88 Hz基础NA平移：5.97Hz转动：8.61Hz表7 轮毂的不同高度与相应风电机组基础的技术数据轮毂高度（m）7080基础外形15m（直径）、3m（深度）15.5-16m（直径）、3m（深度）基础钢筋用量（kg）2500030000基础钢筋型号HRB400级钢和HRB335级钢HRB400级钢和HRB335级钢基础混凝土用量（m3）300350基础混凝土标号C15和C35C15和C351.5MW风力发电机组1.5MW Wind Turbine Generator System基础载荷（E87 80m轮毂高度）Loads for the foundation designE87_80HH_FOUNDATION Page 25 of 251. 极限荷载 1. Ultimate Loads下表给出了最适合的荷载工况（不包括安全系数）及其荷载分量，并能被基础工程设计计算直接使用。The table below lists most proper load cases (without safety factors) and all its components, which can be used directly in foundation engineers calculations.应根据特定规范设计基础。基础设计应考虑材料的分项系数及特定的最小荷载分项系数。Foundation design should be based on relevant design codes or regulations, and partial safety factor for material properties and specific minimum partial safety factors for loads must be taken into account.是风规范（IEC）的荷载分项系数。这里是基础设计的最小值。根据地区规范可选用更大的值。 is the partial safety factor for loads as required per the Wind regulation (IEC). Here is the minimum value in foundation design. Higher value may be used as needed due to local regulations.表1 正常发电工况极限荷载（不包括安全系数,=1）Table 1 Ultimate loads of design load cases for normal external conditions (exclusive of safety factor, =1)FxFyFzFxyMxMyMzMxyLoad casekNkNkNkNkNmkNmkNmkNmFxMax3.1_af261.0-2.4-1989.5261.11092.819608113.319639FxMin4.1_ac-38.510.1-1970.739.8-201.0-4279.1-34.94283.8FyMax3.1_ai-5.445.1-1963.745.5-3264.8-2464.0-420.84090.3FyMin3.1_ag71.8-49.9-1968.887.43758.53844.9-245.75376.7FzMax3.1_ah34.5-1.2-1947.834.678.4606.413.8611.4FzMin3.1_ag34.0-5.6-1993.134.4268.5323.261.9420.2FxyMax3.1_af261.0-2.4-1989.5261.11092.819608113.319639FxyMin3.1_ab0.0080.037-1974.00.038-40.6-1133.50.181134.3MxMax3.1_ag71.8-49.9-1968.887.43758.53844.9-245.75376.7MxMin3.1_ai-5.445.1-1963.745.5-3264.8-2464.0-420.84090.3MyMax3.1_af261.0-2.4-1989.5261.11092.819608113.319639MyMin4.1_ac-38.314.1-1971.240.9-336.3-4282.7-33.44295.9MzMax3.1_ad227.8-4.0-1989.1227.81129.316924263.216962MzMin4.1_ai101.26.8-1972.0101.4497.75985.6-539.96006.3MxyMax3.1_af261.0-2.4-1989.5261.11092.819608113.319639MxyMin3.1_ac14.8-0.32-1975.714.80.74-0.3027.00.80表2 五十年极端风速工况极限荷载（不包括安全系数,=1）Table 2 Ultimate loads of design load cases for extreme wind conditions, with a recurrence period of 50 years (exclusive of safety factor, =1)FxFyFzFxyMxMyMzMxyLoad casekNkNkNkNkNmkNmkNmkNmFxMax4.2_qp412.610.0-1990.2412.71094.128605-274.328626FxMin1.6_as-516.714.9-1950.5516.9-1425.9-40696-289.440721FyMax6.2_j0-33.3523.6-1923.3524.7-30527-3346.0-473.530710FyMin6.2_d0-68.6-530.2-1927.6534.731049-7593.8601.131964FzMax6.1_a2218.4-7.7-1811.0218.5-1060.59434.2279.89493.6FzMin7.1_e2184.8-18.2-2096.8185.71214.27354.5984.87454.0FxyMax6.2_d0-68.6-530.2-1927.6534.731049-7593.8601.131964FxyMin2.1_mf0.008-0.013-1961.90.015-46.7-1514.811.81515.5MxMax6.2_f0175.0-487.6-1947.2518.0337665397.01123.934195MxMin6.2_j1-35.1518.2-1963.5519.4-32303-4202.9-546.932575MyMax1.5_hz406.1-0.054-1996.3406.11274.930181291.530208MyMin1.6_as-516.714.9-1950.5516.9-1425.9-40696-289.440721MzMax7.1_b1257.4-70.9-2024.1267.03566.5130742197.813552MzMin1.7_qr104.78.3-1952.8105.0422