新能源电站-风力发电机整体介绍

风力发电基础知识培训风力发电机整体介绍目录Contents风力发电机组整体介绍一风力发电机组具体结构二安全系统介绍三一、风力发电机组整体介绍（以常规双馈机型为例）风机一、风轮系统（风能-机械能）叶片轮毂变桨系统二、传动系统（低速-高速）主轴齿轮箱联轴器三、发电机系统（机械能-电能）发电机变频器箱变风机一、风轮叶片轮毂二、机舱机舱罩机座主要装置传动系统发电系统液压系统偏航系统控制系统冷却系统三、塔架塔筒爬梯中间平台四、基础防雷系统风的作用使叶轮旋转，叶轮转动带动发电机，发电机产生电能。二、风力发电机组具体结构1、风力发电机：机舱、叶轮、齿轮箱、发电机、塔架。2、机舱：主轴、齿轮箱、高速轴、机械刹车、发电机、控制器、风速仪、风向标、偏航电机、偏航轴承、冷却系统、叶轮。（一）叶轮1、叶轮是获得风中能量的关键部分，由叶片和轮毂组成。2、叶片具有空气动力外形，在气流作用下产生力矩驱动风轮转动，再通过轮毂将扭距输入到传动系统。叶尖有防雷设计。3、按叶片数分可分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片叶轮。三叶片稳定性好，得到广泛应用。按叶片能否围绕其纵向轴转动，可以分为定桨距风轮、变桨距风轮。按转速的变化可分为定转速叶轮、变转速叶轮。4、叶片与轮毂通过轴承连接，可使叶片增大安装角以减少由于风速增大使叶片转速加快的趋势。当风速波动时，通过叶片变桨，保持额定功率。5、变速风轮（角度）由变速发电机控制（转速控制），转速随风速变化可以使风轮保持在最佳状态下运行，获取更多能量，并减小因阵风引起的载荷。（二）机舱

机舱由机座和机舱罩组成，机座上安装各主要装置。机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器，舱壁上有通风装置等，底部与塔架相连。主要装置由传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统组成。（三）传动系统1、动力传动系统由如下部件组成：主轴、齿轮箱、联轴器、主轴轴承、刹车盘、弹性支承；2、主轴是连接叶片和齿轮箱的传动机构，用来支撑轮毂及叶片并传递转矩到齿轮箱；3、联轴器，主要用于轴与轴之间的联接，并传递转矩。用联轴器联接的两根轴，只有在停机刹车后，经过拆卸才能将之分离；4、齿轮箱，是一个重要的机械部件，其主要作用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。由于风轮的转速低而发电机转速高，为匹配发电机，要在低速的风轮轴与高速的发电机之间接一个增速器。对于低极对数发电机都是通过齿轮箱的增速作用来实现。发电机转速与风轮转速的比就是齿轮箱的传动比。下图南高齿公司生产的PPSC1290型齿轮箱。（四）发电机1、概述：叶片接受风能转动最终传给发电机，由发电机转化为电能。本课程中风电机组采用双馈异步滑环发电机。发电机定子直接与电网连接，转子功率通过逆变器输入到电网；2、组成：双馈异步滑环发电机主要组成部分有：定子、转子、加热器、抗磨滚珠轴承、冷却和通风系统、滑环室、速度编码器、温度传感器、端子接线盒；3、下图为南汽轮公司生产的双馈异步发电机；其冷却方式：内冷和外冷均采用空空冷却；尾部安装有发电机编码器，对发电机的转速进行测量；4、发电机三种状态：亚同步状态；同步状态；超同步状态。（五）冷却系统1、1.5MW常规风力发电机组的齿轮箱、发电机、变频柜的冷却系统都是独立的，温度的监控包括齿轮箱轴承、齿轮箱油、发电机线圈、发电机轴承，各个温度监测点都受控制系统的实时监控，多余的热量通过热交换系统和空气循环系统排除到机舱外；2、齿轮箱：基本采用空-油冷却方式；3、发电机：采用空气冷却系统；4、变频器：机组主要使用的变频器采用空气冷却方式，有的变频器采用水冷方式。机组运行，叶片开桨机组停机，叶片顺桨（六）冷却系统1、变桨系统是机组的主要制动机构（风轮空气阻力制动）。利用空气动力学，通过叶片顺桨到89-90度实现。2、在机组主传动链的高速侧安装有液压制动装置，该液压制动装置是机组的辅助制动机构；液压制动器的主要功能是在主制动机构动作使转子减速后，使转子完全停止。在机组急停时，主制动机构与辅助制动一起动作，以使机组能更快减速。常用于机组维护。高速轴制动器（七）偏航系统风向总是变化的，为了捕获最大的风能，必须每隔一段时间计算一次风向偏差，如果超过范围，就要偏航对风。风力发电机组的偏航系统主要由偏航轴承、偏航驱动器、偏航制动器、润滑泵、偏航编码器组成。偏航轴承：偏航电机下面有一个小齿轮与大齿轮啮合，这个大齿轮叫偏航轴承，由偏航电机驱动。偏航轴承承载机组中主要部件的重量，并传递气动推力到塔架，轴承中含有齿圈，偏航驱动机构中的小齿轮与之啮合。偏航驱动器：驱动装置由驱动电动机、减速器、传动齿轮、齿轮间隙调整机构等组成。偏航驱动装置要求起动平稳，转速均无振动现象。偏航电机：在风力发电中，叶轮总是处在对风状态，以便于风轮最大程度的吸收风能。偏航电机就起转动机舱使叶轮对风的作用。偏航制动器：偏航液压刹车，用于偏航对风后固定机舱位置。偏航系统的主要作用有三个：其一是与风力发电机组的控制系统相配合，调节整个机舱的对风向位置，根据风速仪和风标仪的传感检测，自动使风轮对准风向，以提高风力发电机组的发电效率；其二是自动偏航过程中提供必要的周向阻尼力矩，以保证风力发电机组的安全运行。（对风过程的平稳、防止竖直方向的运动）其三是为机组在扭缆达到限值时进行解缆，保护电缆不被扭断。（八）液压系统

液压站系统有两个主控制回路：转子制动回路和偏航刹车回路。系统正常工作压力范围在140－160bar之间，系统压力由电机泵组作为动力单元提供并由压力传感器来加以精确显示，动力源的断合利用压力传感器和电气联动控制来实现。（九）变频系统

变频器是风电机组的重要组成部分，为转子提供了频率可变的电源，使得转子的机械转速与电网的同步转速相互解耦，由此实现了风电机组的变速运行。

变频器的功能主要包括：通过控制转子对发电机励磁；在指定的范围内将发电机与电网同步；并网/脱网操作；产生所需要的转矩/功率；产生所需要的无功功率；在电网故障时，能提供对变频器的保护。变频器组成主要包括并网柜、控制柜和功率柜，如图所示。变频器并网柜功率柜控制柜1）并网柜并网柜主要用于实现变流器与电网的并网脱网，满足用户配电需求。电网输入电缆和定子输入电缆都是从并网柜接入。并网柜的基本内容包括：主断路器、定子接触器、转子接触器、进线/出线母排、定子电压和电网电压霍尔互感器、总电流互感器和变频器输入熔断器。2）控制柜控制柜由主控箱构成，完成所有对变频器主电路和并网柜的控制。变频器通过CANopen总线，实现上位控制系统对变频器的控制；变频器的参数、运行数据、状态信息和故障诊断都可以通过现场总线传递给上位控制系统，上位控制系统通过现场总线实现对变频器的启动、并网、运行、有功功率和无功功率控制等操作。3）功率柜实现转子转差功率和电网的交互与传输，通过对转子励磁电流进行控制，从而实现对定子电压、频率、有功和无功的控制。网侧逆变器和转子侧逆变器安装在功率柜中，是由两个结构相同的三相PWM逆变器构成，器件采用IGBT，主回路结构如图所示。（十）主控系统变主控系统分为塔基控制柜和机舱控制柜。主控制器PLC安装于塔基柜内，通过光纤与机舱柜进行通讯；控制柜内都装有功能扩展模块对控制信号进行采集、处理；安装有各种断路器、浪涌保护器用于对内外设备进行过电压、过电流和防雷保护；配备有UPS不间断电源，在电网掉电时保证主控制器能够至少正常运行一个小时。（十一）塔架与基础1、塔架是支撑风力发电机的支架。发电机的动力电缆，控制、通信电缆都在其中。塔架内有一个梯子从塔架底部延伸至机舱，塔架内有多个中间平台用于检修。梯子装有防跌落的安全装置塔架下端安装在地面，需做钢筋混凝土结构的基础，周围有防雷击接地系统。2、常规风力发电机组的塔架采用的是圆筒式钢制塔架，有80m,75m,70m和65m多种系列，根据不同的区域和风况可以采用不同高度的塔架。三、安全系统介绍（一）人身安全风力发电机组是根据标准的工程技术规定设计和制造的，所以根据规程进行操作对工作人员的安全和健康没有任何危险。各控制元件都设置在容易操作的地方，且保证操作安全，有明确标志加以保护，以防止无意启动。所有危险部位和危险驱动部件都有防护设备，这些设备只有在专业人员在进行维修和保养时，才允许被打开或拆卸。必须穿戴和使用安全防护用品，以避免工作中发生事故和对个人身体健康产生危害。在存在一定安全风险的部件上工作之前，必须通过机舱控制柜或塔基控制柜面板上的开关将机组切换到“检修状态”。同时，要在开关上应悬挂明显的警告标志，以避免其他人无意的操作。机组切换到“检修状态”时，机组无法启动，但允许部分手动控制（正常运行时是不允许的）。在轮毂中进行维护工作时，不允许变桨系统进行变桨动作，除非在特殊情况下，并且采取了特殊的防范措施。每个叶片有一个锁紧装置，当检修叶片变桨驱动时必须启用该锁紧装置。在轮毂或在传动链部件上工作时必须启用风轮锁定装置。在系统检修时，同一时间内可以关闭一个偏航驱动，其他的驱动可以承受偏航所需的负载。（二）风机安全1.风力发电机组的安全系统由安全链组成，其优先级大于安全系统中的计算机，在安全链中，传感器断路触点以串联方式连接，安全链包含的触点有： 1)塔基急停； 2)机舱急停； 3)轮毂急停；(