风能发电系统 风力发电机组偏航系统 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX风能发电系统风力发电机组偏航系统本文件规定了并网型风力发电机组偏航系统的系统构成、环境要求、基本参数、技术要求、测试验证、安装、运行和维护要求。本文件适用于水平轴式并网型风力发电机组偏航系统。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T1032三相异步电动机试验方法GB/T2900.53电工术语风力发电机组GB/T3766液压传动系统及其元件的通用规则和安全要求GB/T18451.1风力发电机组设计要求GB/T19292.1—2018金属和合金的腐蚀大气腐蚀性第1部分：分类，测定和评估GB/T19568风力发电机组装配和安装规范GB/T19608.1特殊环境条件第1部分：干热GB/T19608.2特殊环境条件第2部分：干热沙漠GB/T19608.3特殊环境条件第3部分：高原GB/T29717滚动轴承风力发电机组偏航、变桨轴承GB/T25385风力发电机组运行及维护要求JB/T5558减（增）速器试验方法JB/T6456YE系列（IP55）电磁制动三相异步电动机技术规范（机座号63～280）JB/T10427风力发电机组一般液压系统NB/T10567风电机组变桨系统检修规程NB/T31024-2021风力发电机组偏航盘式制动器NB/T31107低风速风力发电机组选型导则ISO76滚动轴承.静载荷额定值（Rollingbearings-Staticloadratings）ISO281滚动轴承.额定动载荷和额定寿命（rollingbearings-dynamicloadratingsandratinglife）ISO/TS16281滚动轴承.通用装载轴承用改良参考额定寿命的计算方法（Rollingbearings—Methodsforcalculatingthemodifiedreferenceratinglifeforuniversallyloadedbearings）3术语和定义2GB/T2900.53界定的术语和定义适用于本文件。3.1偏航yaw风轮轴绕垂直轴的旋转（仅适用于水平轴风力发电机组）。3.2偏航安全链yawsafetychain影响偏航操作的安全节点构成的安全链。3.3偏航驱动yawdrive风力发电机组偏航系统中偏航动作的驱动组件，通常包括电动机或液压马达、偏航齿轮箱等。3.4解缆cable-unwinding解除由于偏航造成的电缆扭绞的操作和动作(一般采用反向偏航的方法)。3.5滑动偏航slidingbearingyawsystem采用滑动轴承设计的偏航系统，滑动轴承由偏航齿圈和偏航卡钳（包括滑动衬垫）等构成。3.6滚动偏航rollingbearingyawsystem采用滚动轴承设计的偏航系统。3.7风向角winddirection风向标所检测的风向与叶轮轴向的夹角。4工作条件4.1一般工作条件4.1.1环境条件环境条件包括：——工作温度范围：-30℃~+40℃;——生存温度范围：-40℃~+50℃;——相对湿度：小于等于95%，无凝露；——海拔高度小于等于2000m。4.1.2使用场所的要求使用场所满足以下要求：——偏航系统工作环境中不应有腐蚀、破坏绝缘的气体或其它介质，不应有易燃易爆的介质，不应有明显的霉菌；——偏航系统的工作环境应避免雨、雪、沙的进入。4.2特殊条件干热、干热沙漠及高原特殊条件见GB/T19608.1，GB/T19608.2，GB/T19608.3的规定。GB/TXXXXX—XXXX4.3其他条件超出4.1和4.2所规定的正常和特殊工作条件的由用户与制造商协商。5偏航系统概述偏航系统主要由偏航轴承，偏航减速器，偏航制动器，偏航电机及偏航控制回路组成。偏航系统的基本功能如下：a)对风偏航系统根据风向传感器检测到的数据，经过控制系统处理判断，控制偏航电机进行偏航，使叶轮跟踪变化的风向。b)解缆偏航系统根据机舱位置编码器采集的数据，当风机塔筒电缆发生缠绕时，控制偏航电机执行安全解缆。c)极端工况停机在机组发电机机转速失去主控系统控制或约束，叶轮转速超过保护阈值时，偏航系统执行侧风或背风操作，尽可能将机组转速降低到正常转速范围之内。6技术要求6.1偏航系统通用技术要求6.1.1控制系统设计要求6.1.1.1由于偏航旋转造成扭揽限位安全链动作时应停止偏航。6.1.1.2风力发电机组运行时，风向偏差超过设置值时，控制系统应发出偏航指令，实时调节机舱位置执行偏航对风；当风向偏差小于设置值时应停止偏航，应锁住机舱。注：本文件中的风力发电机组控制系统是指风6.1.1.3应具备手动偏航及维护功能，能通过人机界面、计算机软件或便携式设备对偏航系统进行机舱位置调节，参数设置、校准及状态信息的读取。手动操作模式的优先级应高于其他控制模式。6.1.1.4应具备完善的保护功能，在偏航电机过载、过速、偏航滑移等情况下，控制系统能进行故障识别，启动保护机制。6.1.1.5偏航控制系统设计时应符合GB/T18451.1的有关规定。6.1.1.6偏航系统的速度和加速度能力应符合风力发电机组的载荷仿真设计要求。6.1.1.7偏航电机的抱闸性能应符合风力发电机组的设计要求。6.1.1.8偏航控制系统设计应满足于整机载荷仿真模拟工况的需求。6.1.1.9风向多变异常场址，控制上宜采用相关策略，提升偏航系统的稳定性。6.1.1.10不偏航时应保持偏航位置信号稳定。6.1.1.11偏航控制上应考虑风向仪测量方位静态误差和死角的影响。6.1.1.12对于风向仪应考虑冗余设计，宜采用2种测量途径。6.1.1.13对于偏航扭缆编码器，应考虑累计误差的影响，定期校准。6.1.1.14对于偏航控制系统设计应符合NB/T31107规范要求。6.1.1.15偏航电机驱动方式宜采用软启动器或者偏航变频器进行驱动。若采用直接启动。偏航航电机应采用力矩限制，并校核启动转矩(通常参考启动电流)是否符合机械设计要求。46.1.1.16偏航控制回路应能可靠的控制偏航电机正反转来实现左右偏航。偏航控制系统应具备左右偏航互锁功能。6.1.1.17偏航电气回路应具备回路过载保护功能，回路短路保护功能。6.1.1.18偏航系统需测量风向和机舱位置，检测回路包含对风传感器和位置传感器，传感器的选型须满足风力发电机的运用环境。6.1.1.19风机的安全链应能合理的约束偏航的动作。在急停，控制器看门沟，电缆扭矩转的安全链节点应禁止偏航。6.1.1.20偏航系统在偏航时需考虑机组运行状态及设备的安全。风机控制软件在满足偏航对风和解缆的需求时，应最大限度保护机组的安全。6.1.1.21允许偏航对风的基本要求为偏航系统和液压系统（如有偏航液压刹车）正常，风向标正常，机组不处于维护模式，偏航安全链正常，风向角大于偏航误差设定值。6.1.1.22允许偏航解缆的基本要求为机组处于机状态，偏航系统和液压系统（如有偏航液压刹车）正常，偏航安全链正常，机舱位置大于解缆设定值。6.1.1.23允许其他偏航对风的基本要求为偏航系统和液压系统（如有偏航液压刹车）正常，机组处于停机或维护状态，有维护手柄偏航、就地监控面板偏航或中央监控远程偏航指令。6.1.1.2490度侧风偏航的基本要求为偏航安全链正常，过速安全链断开且叶轮转速大于设定值。6.1.2机械设计要求6.1.2.1偏航系统机械设计应满足GB/T18451.1的要求。符合整机安全要求，寿命设计要求，安装维护的要求。6.1.2.2偏航系统设计应该通过测试验证，满足整机功能要求。6.1.2.3机组实现偏航对风的驱动力通常是由偏航电机/液压马达提供。驱动扭矩经过偏航减速机及减速机输出齿与偏航轴承齿啮合传递。6.1.2.4偏航驱动设计校核时，其运行的时间应不小于整机运行时间的10%，如果校核时采用小于该值应进行控制仿真或者采用风场的测试数据。6.1.2.5若偏航电机采用直启方式则需要考虑启动冲击对传动结构影响。6.1.2.6偏航刹车是由偏航电机上的抱闸实现，或者由偏航电机上抱闸和偏航液压制动器共同实现（施加制动力到与塔架顶法兰的制动大盘上）。6.1.2.7偏航系统制动力需要考虑刹车片摩擦系数变化对制动力矩影响。6.1.2.8偏航制动系统设计时需要考虑液压系统响应时间和外部风载影响。6.1.2.9偏航减速机设计校核时应考虑运行时不均载性。6.1.2.10对于超过制动设计能力的工况载荷，需采用动力学进行齿轮安全校核和制动器可靠性评估。6.1.2.11由于风载波动带来偏航扭矩震荡，造成机舱绕塔架的往复摆动。为了降低交变应力对偏航齿造成的损坏风险，应设计一定的偏航阻尼。偏航阻尼力矩可以是偏航轴承固有及负载带来的摩擦阻尼力矩或者是偏航刹车系统的施加的阻尼。6.1.2.12应设计偏航集油装置，以收集偏航大齿和减速机小齿轮齿部以及机舱轴承中多余的润滑油脂。6.2功能要求6.2.1手动偏航功能6.2.1.1手动偏航模式下机舱的位置和运行方向应可调整。6.2.1.2进行手动偏航操作时，应具备左右偏航互锁功能。5GB/TXXXXX—XXXX6.2.1.3在手动偏航模式下，如发生扭缆限位触发安全链故障，偏航系统应停止偏航。6.2.2自动偏航功能偏航系统应能实时跟随控制系统发出的指令调节机舱的位置，进行对风。6.2.3自动解缆功能机组解缆设计应该具备冗余设计。机组解缆应该至少有2层设计保护阈值；软件保护阈值与硬件保护阈值。扭缆角度达到软件控制上设置的阈值时，机组能主动执行解缆。扭缆角度达到硬件设置阈值时机组会强制停止偏航，防止扭缆超对于采用集电环的免解缆机组，设计上需要考虑集电环的磨损及寿命。6.2.4偏航系统的保护功能6.2.4.1偏航系统的保护功能通常由整机控制系统执行。6.2.4.2采用偏航软启动器或偏航变频器控制时，当软启动器或变频器与风力发电机组控制系统的通讯故障，应禁止自动偏航。6.2.4.3安全链断开：风力发电机组安全链断开时（如扭缆限位）应自动停止偏航。6.2.4.4偏航系统应具有扭缆保护功能，在达到规定的扭转角度前应触发解缆动作。扭缆保护宜采用角度测量保护和角度限位等，双重冗余保护。6.2.4.5偏航扭缆编码器故障：偏航扭缆编码器信号跳变或丢失时，应能自动报出故障。6.2.4.6偏航电机故障：偏航电机过载故障时，应报出故障。当报出故障时应该停止自动偏航。6.2.4.7偏航系统刹车故障：偏航刹车异常（如抱闸打开信号异常或液压压力信号异常或抱闸磨损信号等）时，应进行报警或报故障，并根据安全策略进行处理。6.2.4.8偏航载荷异常故障：当监测到偏航载荷超出异常时应进行报警或报故障，并根据安全策略进行处理。6.2.4.9偏航软启动器或偏航变频器故障：偏航软启动器或变频器器故障时，整机报警或报出故障。当报出故障时，应停止偏航后进行刹车动作。6.2.4.10风速风向仪故障：风速风向仪故障时，整机应报警或报出故障。当报出故障时，应停止偏航。6.2.4.11液压系统故障：在偏航液压系统故障时，整机报警或报出故障，并根据安全策略进行处理。6.2.4.12润滑系统出现液位低与堵塞时，整机控制系统及时报警或报故障。6.2.5监控及维护功能6.2.5.1偏航系统应具备通过人机界面、计算机软件或便携式设备进行参数设置、零位校准、状态信息读取功能。6.2.5.2偏航系统应具备通过人机界面、计算机软件或便携式设备进行故障读取、诊断、分析以及复位的功能。6.2.5.3偏航系统故障数据主控应该记录。6.2.5.4对于带对北接近开关校准的偏航系统，应具备通过人机界面、计算机软件或便携式设备进行标定，记录接近开关位置，且在掉电后应被保存。66.2.6变频控制通讯接口要求（如有）6.2.6.1通讯接口方式采用变频控制的偏航系统的通讯，主要用于实现与风力发电机组控制系统的信息交换。接口可采用CAN、Profibus现场总线或RS485串口等方式。6.2.6.2通讯接口共同要求通讯接口满足以下要求：——通讯信号线应采用屏蔽双绞铜缆；插接头应带屏蔽外壳；——在总线的两个末端应接一个末端电阻，阻止信号反射，其阻值按照总线的要求确定；——应根据主从站的通讯距离选择合适的通讯速率。6.3.4防护要求（IP代码）6.3.4.1电机及电气柜防护等级应不低于IP54，插入式连接的防护等级应为IP65。6.3.4.2外部传感器和开关防护等级应为IP65。6.3.5防雷要求偏航系统与塔架之间应按照GB/T33629—2017中8.4的规定采取雷电防护措施。6.3.6防腐要求寿命期内，陆上风力发电机组偏航系统的防腐应符合GB/T19292.1—2018的C3及以上的规定，海上风力发电机组偏航系统的防腐应符合GB/T19292.1—2018的C4及以上的规定。6.3主要零部件技术要求6.3.1滚动偏航轴承偏航轴承的设计应符合GB/T29717的规定。滚动轴承的计算分析应基于ISO76和ISO281,ISO/TS16281进行。计算应考虑实际运行和润滑状态以及轴承环境。6.3.2滑动偏航轴承6.3.2.1滑动偏航轴承由偏航齿圈与偏航机械卡钳等构成。6.3.2.2滑动轴承运行时应无异常噪音振动。6.3.2.3偏航齿圈与滑动衬垫接触表面应合理设计粗糙度。偏航齿圈齿面硬度宜大于50HRC。6.3.2.4滑动偏航卡钳设计应有利于拆卸维护。6.3.2.5滑动偏航应计算校核包括卡钳本体，衬垫及其邻近相关结构的极限强度与疲劳强度满足载荷要求。6.3.2.6滑动衬垫材料应该具有以下性能：a)具有一定的强度；b)具有耐高温蠕变性能；GB/TXXXXX—XXXXc)滑动衬垫具有耐磨性能，寿命满足整机寿命，或满足可更换性；d)滑动衬垫应该具有一定的刚度，滑动偏航应考虑滑动衬垫受力变形及磨损后对齿轮侧隙的影响，宜定期调整；e)滑动偏航滑动衬垫材料宜采用工程塑料或者尼龙等。6.3.3润滑偏航轴承应使用合理性能的润滑脂，应设置油脂回收装置，减少对环境的影响。偏航轴承与偏航齿应采用自动润滑。对于自动润滑系统需配置低液位报警传感器与系统堵塞报警相关传感器，自动润滑系统设计要考虑温度的影响。润滑系统出现液位低与堵塞时，整机控制系统及时报警或报故障。偏航齿轮箱应采用合理性能的润滑油和润滑脂，润滑油应按照合理的周期进行检测和更换。检测标准和更换周期，应由齿轮箱制造商和整机厂家协商并取得一致的意见。密封元件需要考虑环境温度要求。6.3.4偏航电机偏航电动机应采用三相交流电动机，防护等级不低于IP54，绝缘等级不低于F；偏航电机制动器宜采用常闭电磁制动型式。偏航电机的设计应符合JB/T6456的规定。6.3.5偏航齿轮箱和偏航齿6.3.5.1偏航齿轮箱通常为行星减速结构。6.3.5.2计算校核应满足GB/T18451.1。6.3.5.3齿根弯曲校核考虑齿的交变载荷，相应的S/N曲线使用交变弯曲系数0.7。6.3.5.4电机如果是直接启动控制，偏航齿轮箱及偏航轴承齿设计校核应考虑电机的启动扭矩及最大扭矩。6.3.5.5齿轮箱体内重要结构件如下箱体，行星架、输出轴等结构件需进行有限元疲劳与极限校核。计算要求见表1。表1偏航齿轮箱重要结构件计算要求>16.3.6偏航液压制动器偏航液压制动器的设计符合NB/T31024要求。6.3.7制动盘8a)制动盘材料应具有足够的强度、刚度和一定的韧性，如采用焊接连接，还应具有较好的可焊性;b)制动盘的连接、固定应牢固、可靠，在寿命期内不得出现疲劳破坏；6.3.8液压系统a)液压系统的设计和制造应符合GB/T3766及JB/T10427的规定。液压系统不应有漏油、渗油现象。b)液压管路应采用无缝钢管制成，柔性管路连接部分要求采用合适的高压软管制成。螺接管路连接组件应通过试验验证工作中密封性能和振动要求；c)液压元件的设计、选型和布置应符合液压系统有关规定的要求；d)液压系统管路应保持清洁，并具有良好的抗老化性能；e)液压系统应密封良好，无渗漏现象。f)液压油及液压元件应考虑环境温度影响；偏航系统泄压建压响应时间应该满足设计仿真要求。6.3.9偏航电机抱闸设计时应考虑电机抱闸的最大和最小制动力矩。电机制动器的设计选型需与传动结构的承载能力匹配。电机制动器须注意考量制动力矩误差、转子转速峰值、制动器热力负荷性能及环境因素。由于电机制动器摩擦片性能和环境条件的差异，有可能会导致与额定力矩的偏差。这些因素必须在制动器选型中加以考虑。摩擦片磨损，需维护手册中明确维护要求与维护周期。6.3.10螺栓连接所有的高强度连接螺栓应进行极限载荷和疲劳载荷强度计算，计算采用的材料数据按国家有关标准选取。易松动部位连接螺栓夹持长度应大于3倍直径。6.3.11传感器偏航系统涉及的传感器主要有风速风向仪，扭缆编码器，油位传感器，磨损传感器，压力传感器，电机过载保护等。对于风向仪宜冗余设计，至少采用2种测量途径。对于偏航扭缆编码器，应考虑累计误差的影响，定期校准。润滑系统应配置油位信号传感器，堵塞检测传感器。刹车系统宜配置刹车片磨损检测。液压系统宜配置压力信号检测。偏航电机宜配置过载检测，电流检测。7试验方法7.1试验条件7.1.1试验时，试验场地的风速应为5m/s～维护风速。7.1.2试验应避免在特殊的气候(如雨、雪、结冰等)条件下进行。7.1.3正常试验环境条件及试验基准环境条件见表3。除另有规定外，试验一般在正常试验环境条件下进行，试验的基准条件作为判定条件。9GB/TXXXXX—XXXX7.1.4试验用仪器仪表应符合GB/T18451.2和JB/T5777.3—2002第3章的规定。7.1.5试验前应按照5.1.3规定的要求进行结构及外观检查。表2试验环境条件-20℃~+40℃——7.2功能试验7.2.1手动偏航功能试验7.2.1.1起动被试验机组后使被试验机组处于正常停机状态，然后手动操作使偏航系统向顺时针方向偏航，偏航半周后，使偏航系统停止运转。这一操作至少重复三次。观察顺时针偏航过程中偏航是否平稳、有无异常情况发生(如冲击、振动和惯性等)。7.2.1.2起动被试验机组后，使被试验机组处于正常停机状态，然后手动操作使偏航系统向逆时针方向偏航，偏航半周后。使偏航系统停止运转。这一操作至少重复三次。观察逆时针偏航过程中偏航是否平稳、有无异常情况发生(如冲击、振动和惯性等)，记录逆时针偏航结果。7.2.2自动偏航功能试验通过风力发电机组控制系统的人机界面发出偏航角指令进行偏航控制。检查偏航系统是否工作正常。7.2.3解缆功能7.2.3.1在满足被试验机组初期解缆的工况下，起动被试验机组后，使被试验机组处于正常停机状态。手动操作使偏航系统偏航到满足初期解缆的触发条件。确认后，观察被试验机组是否自动进行解缆并最终复位。记录结果。7.2.4偏航保护7.2.4.1偏航软启动器或偏航变频器通讯故障：将偏航软启动器或偏航变频器通讯线路断开，观察并故障报警状态。7.2.4.2偏航扭缆保护试验起动被试验机组后，使被试验机组处于正常停机状态并屏蔽自动解缆的触发条件。手动操作使偏航系统偏航到满足扭缆保护的触发条件，观察被试验机组是否紧急停机并记录结果。7.2.4.3偏航扭缆编码器故障将偏航扭缆编码器的通讯线路断开，观察并故障报警状态。7.2.4.4电机过载故障手动触发偏航电机过载保护装置（热继保护或热敏信号），观察并故障报警状态。7.2.4.5偏航系统刹车故障手动触发偏航刹车保护装置，观察并故障报警状态。7.2.4.6偏航软启动器或偏航变频器故障手动强制触发偏航软启动器或偏航变频器故障，观察并故障报警状态。7.2.4.7风速风向仪故障手动断开风速风向仪通讯线路，观察并故障报警状态。7.2.4.8液压系统压力低故障改变液压油压力传感器采样值，使其低于液压油压力低报警设置值，观察并记录风力发电机组动作结果和故障报警状态。7.2.4.9液压系统油温高故障改变液压油油温传感器采样值，使其高于液压油温度报警设置值，观察并记录风力发电机组动作结果和故障报警状态。7.2.4.10润滑油位低故障手动触发润滑油位传感器报警信号，观察并故障报警状态。7.2.4.11润滑系统堵塞故障手动触发润滑堵塞传感器报警信号，观察并故障报警状态。7.2.5监控及维护功能监控及维护功能试验应按照6.2.5的规定执行。7.2.6变频器控制通讯测试变频器通信协议测试按照相关产品标准规定的试验方法进行试验。7.2.7防雷试验防雷试验应按照GB/T3482—2008中第6章规定的方法执行。7.2.8防腐试验按照GB/T30790.6—2014中表1的规定执行。7.3主要部件试验7.3.1偏航轴承试验偏航轴承的试验应按照GB/T29717—2013中第8章的规定执行。7.3.2偏航齿圈试验偏航齿圈的试验应按照产品的设计要求规定执行。7.3.3偏航机械卡钳试验偏航机械卡钳的试验应按照产品的设计要求规定执行。7.3.4偏航电机试验GB/TXXXXX—XXXX偏航电机的试验应按照产品的GB/T1032的规定执行。7.3.5偏航齿轮箱偏航齿轮箱的试验应按照JB/T5558的规定及产品技术要求执行。7.3.6偏航液压制动器偏航液压制动器的试验应按照NB/T31024的规定及产品技术要求执行。7.3.7偏航制动盘偏航液压制动器的试验应产品技术要求执行检测。7.3.8液压系统试验7.3.8.1液压站功能检查试验起动液压泵电动机，检查电动机的旋转方向、检查油位传感器、检查调整油压、检查