风电场设计与管理培训手册

1风电场的设计与维护2第一部分风电场设计3风电场宏观选址用1.场址选在风能质量好的地区2.风向基本稳定(即主要有一个或两个盛行主风向)3.风速变化小，风电场选址时尽量不要有较大的风速日变化和季节变化。4.风力发电机组高度范围内风垂直切变要小；5.湍流强度小；6.尽量避开灾害性天气频繁出现地区；7.尽可能靠近电网；

48.交通方便；9.对环境的不利影响最小；10.地形情况；11.地质情况；12.地理位置；13.温度、气压、湿度；14.海拔；

57.1.2风电场微观选址

一、平坦地形

平坦地形可以定义为，在风电场区及周围5km半径范围内其地形高度差小于50m，同时地形最大坡度小于3°。实际上，对于周围特别是场址的盛行风的上(来)风方向，没有大的山丘或悬崖之类的地形，仍可作为平坦地形来处理。6

1．粗糙度与风速的垂直变化

2．障碍物的影响尾流的大小、延伸长度及强弱跟障碍物大小与形状有关。障碍物的宽度b、高度h。b／h≤5时，在障碍物下风方向可产生20倍h的强的扰动尾流区，宽度比越小减弱越快，宽度b越大，尾流区越长。极端情况时即b>>h时，尾流区长度可达35倍h。尾流扰动高度可以达到2倍h。7当风力发电机组风轮叶片扫风最低点为3倍h时，障碍物在高度上的影响可以忽略。因此如果必须在这个区域内安装风力发电机组，则风力发电机组安装高度至少应高出地面2倍障碍物高度。另外，由于障碍物的阻挡作用，在上风向和障碍物的外侧也会造成湍流涡动区。一般来说，如果风力发电机组安装地点在障碍物的上风方向，也应距障碍物有2～5倍h的距离。8二、复杂地形复杂地形是指平坦地形以外的各种地形，大致可以分为隆升地形和低凹地形两类。

1.山区风的水平分布和特点在河谷内，当风向与河谷走向一致时，风速将比平地大；反之，当风向与河谷走向相垂直时则小。山谷地形由于山谷风的影响，风将会出现较明显的日或季节变化。

92.山丘、山脊地形的风电场相对于风来说展宽很长的山脊，风速的理论提高量是山前风速的2倍，而圆形山包为1.5倍。孤立的山丘或山峰由于山体较小，因此气流流过山丘时主要形式是绕流运动。同时山丘本身又相当于一个巨大的塔架，是比较理想的风力发电机组安装场址。国内外研究和观测结果表明，在山丘与盛行风向相切的两侧上半部是最佳场址位置。这里气流得到最大的加速。其次是山丘的顶部。103．海陆对风的影响除山区地形外，在风力发电机组选址中遇得最多的就是海陆地形。由于海面磨擦阻力比陆地要小，在气压梯度力相同的条件下，低层大气中海面上的风速比陆地上要大。三、风力发电机组排列方式应根据当地的单一盛行风向或多风向，决定风力发电机组是矩阵式排布还是圆形或方形分布。11如果排列过密，风力发电机组间的相互影响将会大幅度地降低排列效率，减少年发电量，并且产生的强紊流将造成风力发电机组振动，恶化受力状态；反之，如果排列过疏，不但年发电量增加很少，而且增加了道路、电缆等投资费用及土地利用率。按标准要求，无论何种方式的排列，应保证风力发电机组间相互干扰最小化。12风力发电机组排列方式一般为矩阵式分布。风力发电机组群排列方向与盛行风向垂直，前后两排错位，即后排风力发电机组始终位于前排2台风力发电机组之间。风力发电机组的列距约为3～5倍风轮直径；行距约为5～9倍风轮直径。当场地为多风向区，即该地存在多个盛行风向时，依场地面积和风力发电机组数量，风力发电机组排布一般采用“田”形或圆形分布，此时风力发电机组间的距离应相对大一些；通常取10—12倍风轮直径或更大。

131.3风电场选址软件介绍一、风能资源分析软件——WAsP目前国际上应用最广的风能资源分析软件——风图谱分析及应用程序WAsP(WindAriasAnalysisandApplicationPrograms)。WAsP是由丹麦国家实验室风能应用开发部开发出来的风能资源分析处理软件，主要用于对某地风能资源进行评估，正确地选择风电场场址。14

1．WAsP的功能WAsP的主要功能如下：1)风观察数据的统计分析；2)风功率密度分布图的生成；3)风气候评估；4)风力发电机组年发电量计算；5)风电场年总发电量计算。152．WAsP的输入数据1)气象数据输入应提供3年以上的统计数据，最少1年，由当地气象台、站提供。2)地表面粗糙度数据输入3)地面障碍物数据输入地面障碍物如建筑物、防风带等对风速、风向产生的衰减影响与障碍物到测风点的距离以及障碍物和测风点的高度有密切关系；另外，还与障碍物的孔隙度有一定关系。

173．WAsP的输出数据1)拟合威布尔分布的参数值；2)平均风速；3)0～17m／s风速段风向、风速频率图；4)输入数据、障碍物、山形对某一给定点风速、风向的影响程度；5)给定点风频图；186)给定点平均风速；7)给定点风功率密度；8)风向玫瑰图；9)风能玫瑰图(表示各风向上所占风能量的大小)；10)给定点风力发电机组年发电量；11)风电场年总发电量。19二、WindFarmer软件

风电场设计和优化软件WindFarmer(WindFarmDesign＆OptimizationSoftware)是由英国自然能源公司和GarradHassan公司联合组成的合资软件公司——WINDOPS有限公司开发WindFarmer软件对PARK软件(风电场风力发电机组尾流计算及最佳排列计算软件)进行了改进完善和补充，主要用于风电场优化设计即风力发电机组微观选址。在国外，尤其在欧洲国家，已得到了广泛应用。20WindFarmer的主要功能如下：1)对风力发电机组选址进行自动优化；2)确定风力发电机组尾流影响；3)对水平轴风力发电机组性能进行分析比较；4)确定并调整风力发电机组间的最小分布距离；5)分析确定风力发电机组噪声级；6)对风电场进行噪声分析及预测；

217)排除不符合地质要求、技术要求的地段和对环境敏感的地段；8)完全可视化界面(电缆布线着色、集锦照相、根据视觉优化原则编制布局地图)；9)进行财务分析；10)计算湍流强度；11)计算电气波动及电耗。使用WAsP软件的部分结果数据作为输入，WindFarmer软件与WAsP软件配套使用是进行风电场设计及风力发电机组微观选址的重要手段。232.1风电场的运行2.1.1风电场运行工作的主要内容风电场运行工作的主要内容包括两个部分，分别是风力发电机组的运行和场区升压变电站及相关输变电设施的运行。

24一、风力发电机组的运行风力发电机组的日常运行工作主要包括：通过中控室的监控计算机，监视风力发电机组的各项参数变化及运行状态，并按规定认真填写《风电场运行日志》。当发现异常变化趋势时，通过监控程序的单机监控模式对该机组的运行状态连续监视，根据实际情况采取相应的处理措施。遇到常规故障，应及时通知维护人员，根据当时的气象条件检查处理，并在《风电场运行日志》上做好相应的故障处理记录及质量记录；对于非常规故障，应及时通知相关部门，并积极配合处理解决。25风电场应当建立定期巡视制度，运行人员对监控风电场安全稳定运行负有直接责任，应按要求定期到现场通过目视观察等直观方法对风力发电机组的运行状况进行巡视检查。应当注意的是，所有外出工作(包括巡检、起停风力发电机组、故障检查处理等)出于安全考虑均需两人或两人以上同行。检查工作主要包括风力发电机组在运行中有无异常声响、叶片运行的状态、偏航系统动作是否正常、塔架外表有无油迹污染等。26巡检过程中要根据设备近期的实际情况有针对性地重点检查故障处理后重新投运的机组，重点检查起停频繁的机组，重点检查负荷重、温度偏高的机组，重点检查带“病”运行的机组，重点检查新投入运行的机组。若发现故障隐患，则应及时报告处理，查明原因，从而避免事故发生，减少经济损失。同时在《风电场运行日志》上做好相应巡视检查记录。

27当天气情况变化异常（如风速较高，天气恶劣等)时，若机组发生非正常运行，巡视检查的内容及次数由值长根据当时的情况分析确定。当天气条件不适宜户外巡视时，则应在中央监控室加强对机组的运行状况的监控。通过温度、出力、转速等的主要参数的对比，确定措施。29由于风电场的输变电设施地理位置分布相对比较分散，设备负荷变化较大，规律性不强，并且设备高负荷运行时往往气象条件比较恶劣，这就要求运行人员在日常的运行工作中应加强巡视检查的力度。在巡视时应配备相应的检测、防护和照明设备，以保证工作的正常。302.1.2风电场运行工作的主要方式

随着风电场的不断完善和发展，各风电场运行方式也不尽相同。工作中采用的主要形式有：风电场业主自行维护和专业运行公司承包运行维护。一、风电场业主自行维护风电场业主自行维护是指业主自己拥有一支具有过硬专业知识和丰富管理经验的运行维护队伍，同时还需配备风力发电机组运行维护所必需的工具及装备。作为业主，初期一次性投资较大，而且还必须拥有一定的人员技术储备和比较完善的运行维护前期培训，准备周期较长因此，这种维护方式对一些新建的中小容量电场来说，不论在人员配备还是在工程投资方面都不一定很合适。目前国内的几家建场历史较长，风力发电机组装机容量较大的电场多采用此种运行方式。31

二、专业运行公司运行维护随着国内风电产业的不断发展，风电场的建设投资规模越来越大，一些专业投资公司也开始更多地涉足风电产业。这样就出现了风电场的业主不一定熟悉风力发电机组的运行维护方式，或是只愿意参与电场的运营管理，而不希望进行具体运行维护工作的情况。于是业主便将风电场的运行维护工作部分或者全部委托给专业运行公司负责。目前，这种运行方式在国内还处于起步阶段，公司的规模有待进一步发展壮大，管理模式有待进一步规范。3233(1)当标志机组有异常情况的报警信号时;(2)当液压系统油位及齿轮箱油位偏低时;(3)当风力发电机组液压控制系统压力异常而自动停机时

;(4)当风速仪、风向标发生故障;(5)当风力发电机组在运行中发现有异常声响时，应查明声响部位。(6)当风力发电机组在运行中发生设备和部件超过设定温度而自动停机时;34

(7)当风力发电机组因偏航系统故障而造成自动停机时;(8)当风力发电机组转速超过限定值或振动超过允许振幅而自动停机时;

(9)当风力发电机组桨距调节机构发生故障时;(10)当风力发电机组安全链回路动作而自动停机时;35机组的常见故障为什么风力机机组会损坏？主要来自三个方面：

1)空气动力学(载荷)；2)机组结构性能；

3)振动。36风力发电机载荷研究设计时需要考虑的载荷能够抵抗50年一遇的大风能抵抗材料的疲劳破坏风轮速度要远离共振频率37383940414243444546474849502.2.2风力发电机组的年度例行维护一、年度例行维护的主要内容和要求

1．电气部分2．机械部分二、年度例行维护周期正常情况下，除非设备制造商的特殊要求，风力发电机组的年度例行维护周期是固定的，即：新投运机组：500h(一个月试运行期后)例行维护；已投运机组：2500h(半年)例行维护；

5000h(一年)例行维护。51

三、维护计划的编制四、年度例行维护的组织与管理1．集中平行式作业2．分散流水式作业五、检修工作总结1)风力发电机组的维护检修工作必须要把安全生产作为重要的任务，工作中严格遵守风力发电机组维护工作安全规程，做到“安全与生产的统一”，确保维护检修工作的正常进行。2)严格控制维护检修工作的进度，在计划停机时间内完成维护检修计划中所列的工作内容，达到要求的技术标准。并按规定填写有关质量记录，在工作负责人签字确认后及时整理归档。3)工作过程中应当加强成本控制，严格管理，统筹安排，避免费用超支。524)工作时要注意保持工作场地的卫生，废弃物及垃圾统一收集，集中处理，树立洁净能源的良好形象。5)维护检修工作结束后，检修工作负责人应对各班组提交的工作报告进行汇总整理组织班组人员对在维护检修工作中发现的问题及隐患进行分析研究，并及时采取针对性的措施，进一步提高设备的完好率。

6)整个工作过程结束后，检修工作负责人应对维护检修计划的完成情况和工作质量进行总结。同时，还应综合维护检修工作中发现的问题，对本维护周期内风力发电机组的运行状况进行分析评价，并对下一维护周期内风力发电机组的预期运行状况及注意事项进行阐述，为今后的工作提供有益的积累。532.2.3运行维护记录的填写一、风电场运行日志的填写二、风力发电机组非常规维护记录单的填写三、风力发电机组检修工作记录单的填写四、风力发电机组零部件更换清单的填写五、风力发电机组油品更换加注记录单542.3风电场的管理2.3.1生产指挥系统生产指挥系统是风电场运行管理的重要环节，是实现场长负责制及总工程师为领导的技术负责制的组织措施。它的正常运转能有力地保证指挥有序，有章可循，层层负责，人尽其职；也是实现风电场生产稳定、安全，提高设备可利用率的重要手段；更是严格贯彻落实各项规章制度的有力保证。

557.2.3.2安全管理必须坚持“安全生产，预防为主”的方针一、风电场的安全管理工作的主要内容1．根据现场实际，建立健全安全监察机构和安全网2．安全教育常抓不懈做到“全员教育、全面教育、全过程教育”3．严肃认真地贯彻执行各项规章制度4．建立和完善安全生产责任制5．事故调查要坚持“三不放过”6．认真编制并完成安措、反措计划56二、风电机组维护工作安全注意事项1)维护风力发电机组时应打开塔架及机舱内的照明灯具，保证工作现场有足够的照明亮度。2)在登塔工作前必须手动停机，并把维护开关置于维护状态，将远程控制屏蔽。3)在登塔工作时，要佩戴安全帽、系安全带，并把防坠落安全锁扣安装在钢丝绳上，同时要穿结实防滑的胶底鞋。

4)把维修用的工具、润滑油等放进工具包里，确保工具包无破损。在攀登时把工具包挂在安全带上或者背在身上，切记避免在攀登时掉下任何物品。575)在攀登塔架时，不要过急，应平稳攀登，若中途体力不支可在中间平台休息后继续攀登，遇有身体不适，情绪异常者不得登塔作业。6)在通过每一层平台后，应将层平台盖板盖上，尽量减少工具跌落伤人的可能性。7)在风力发电机组机舱内工作