《风力发电机组安装与调试实训》课件

风力发电机组安装与调试厚德·笃行·博学·强技目录CONTENTS新疆应用职业技术学院在线开放课程建设项目XINJIANGYINYONGZHIYEJISHUXUEYUANZAIXIANKAIFANGKECHENGJIANSHEXIANGMU第一章风力发电基础第二章风轮系统运行与维护第三章机组传动系统运行与维护第四章机组发电系统运行与维护第五章机组控制系统运行与维护第六章机组系统安全和安全保护系统第一章风力发电基础能源紧张寻求清洁的可再生能源风能风能的利用-风力发电机组培养风力发电机组运行与维护的人才风力发电基础风电发电机组运行与维护风力发电机组运行与维护第一章风力发电基础风力发电风及风能的基本理论空气动力学基本理论机械原理、液压传动、传感器原理电机学基本原理机组基本结构风轮机舱塔架基础第一章风力发电基础风力发电风及风能的基本理论空气动力学基本理论机械原理、液压传动、传感器原理电机学基本原理机组基本结构风轮机舱塔架基础叶片、轮毂、导流罩传动系统、发电系统、液压系统、偏航系统、测风系统、安全保护系统、变桨距系统通信系统、信号传输、扶梯、控制系统第一章风力发电基础第一章物流发展与物流职场分析1.定桨距失速风力发电系统第一章风力发电基础2.变桨距风力发电系统第一章风力发电基础3.双馈变速恒频风力发电系统第一章风力发电基础4.永磁同步变速恒频风力发电系统第一章风力发电基础1.远程故障排除

风力发电机组的大部分故障都可以进行远程复位控制和自动复位控制。2.运行数据统计分析

通过运行数据的统计分析，可对运行维护工作进行考核量化，也可对风电场的设计，风资源的评估，设备选型提供有效的理论依据。3.故障原因分析

减少排除故障的时间或防止多发性故障的发生次数，减少停机时间，提高设备完好率和可利用率。第一章风力发电基础

主要内容有：机组联接件之间的螺栓力矩检查(包括电气连接)，各传动部件之间的润滑和各项功能测试。

维护人员应当根据机组运行维护手册的有关要求并结合机组运行的实际状况，有针对性地列出巡检标准工作内容。1.定期检修维护2.日常排故维护第一章风力发电基础风轮传动系统与制动系统发电系统

偏航系统液压系统变桨距系统控制系统支撑系统安全运行系统风力发电机组的安装与运行第一章风力发电基础第一节风力发电原理风能利用就是将风的动能转化为机械能,再转化为其他能量形式。从古至今,风能利用有多种形式,古老而直接的形式是风帆船、风力磨坊、风车提水等。在今天的现代社会里，风能利用的主要形式是风力发电,当然也保存着一些古老的风能利用形式。风力发电利用的主要设备一般被称为风力发电机组。风力发电就是通过风力发电机组中的风轮和传动系统带动发电机发电,发出的交流电供给负载。当负载需用直流电时,可用直流发电机发电或者用整流设备将交流电转换成直流电。第一章风力发电基础一、风力发电原理概述在蒸汽机出现之前,风力机械是动力机械的一大支柱。其后随着煤、石油、天然气的大规模开采和廉价电力的获得,各种曾经被广泛使用的风力机械,由于成本高、效率低、使用不方便等原因,无法与蒸汽机、内燃机和电动机等相竞争,渐渐被淘汰。但是,近半个世纪的实践表明,风力发电在解决偏远地区无电居民的用电方面起到了重要的作用。特别是20世纪70年代以后,由于几次世界范围的能源危机和环境污染问题,使人们对风能利用又重新重视起来,利用风力发电更是进入了一个蓬勃发展的阶段,在世界不同地区建立了许多大中型的风电场。一般而言,风力发电的基本原理就是:风的流动驱动风力发电机组的风轮系统旋转,带动风力发电机组的传动系统,然后进一步带动风力发电机旋转产生电能,这样将风的动能转化为电能。第一章风力发电基础一、风力发电原理概述图1-1风力发电的基本原理第一章风力发电基础二、风力发电机组的分类1.水平轴式和垂直轴式风力发电机组按照不同的分类标准,可以将风力发电机组分为不同的类型。如果根据风力机旋转主轴的布置方向,即主轴与地面相对位置来分类,可分为水平轴式风力机（图1-2）和垂直轴式风力机。第一章风力发电基础二、风力发电机组的分类2.离网型和并网型风力发电机组如果按照风力发电机组发出电能的输送渠道,风力发电机组分为并网型风力发电机组和离网型风力发电机组。离网型风力发电机组一般容量比较小,结构相对简单,将不作为本书的主要内容。本书主要将并网型风力发电机组的结构及各部分的工作原理作为主要内容。第一章风力发电基础二、风力发电机组的分类并网型风力发电机组的功能是将风中的动能转换成机械能,再将机械能转换为电能,输送到电网中。对并网型风力发电机组的基本要求是在当地风况、气候和电网条件下能够长期安全运行,取得最大的年发电量和最低的发电成本。但是,要想达到这一要求并不是轻而易举就能做到的,因为风的速度和方向是不断变化的,有时甚至非常激烈。而风中蕴含的能量与风速的立方成正比,也就是说,风速稍有变化,风能的变化就非常大。风能的变化会引起风能发电的主要承接设备——风力发电机组的各个部件承受快速变化的交变载荷,从而引起这些部件的疲劳。所以疲劳强度是影响机组寿命的主要因素,因此如何利用现有手段,尽量减轻机组部件的疲劳程度是一个必须要解决的问题。所以风力发电机组对材料、结构、工艺和控制策略都提出了很高的要求。第一章风力发电基础二、风力发电机组的分类3.风力发电机组及其他风能利用机组根据风力机本身用途分,可分为风力发电机组、风力提水机组和风力制热机等。这些种类的风力机,其共同之处就在于以风力为原动力驱动发电机、提水机械和制热机械。其实质都是把风能转化为各种形式的能量加以利用,或者储存起来。第一章风力发电基础二、风力发电机组的分类4.各种功率容量的风力发电机组根据风力机额定功率大小分类,有4种类型,即微型（1kW以下）、小型（1～10kW）、中型（10～100kW）和大型（100kW以上）。目前,风力发电行业备受关注的是大型兆瓦级（1000kW以上）风力发电机组。无论是海上还是陆上,风力发电场使用的都是大型风力发电机组,而且有风力发电机组单机容量越来越大的发展趋势。但是小型乃至微型风力发电机组依然有它们的用武之地,这在后面的章节中会涉及。按照各种不同的分类标准（如叶片的个数、形式、材质等）,还可以将风力机组分为不同的类型,如按叶片的个数可将风力机组分为单叶片、双叶片、三叶片及多叶片风力机等。第一章风力发电基础第二节风力发电机组的组成现代并网型风力发电机组一般由风轮系统、机舱、塔架、传动系统、偏航系统、液压系统、刹车制动系统、发电机、控制与安全系统等组成。机组的类型不同,具体的组成也有所不同。图1-3和图1-4所示为大中型风力发电机组基本结构和实物图。第一章风力发电基础1.风轮系统风轮系统是获取风中能量的关键部件,由叶片和轮毂组成。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,通过轮毂将扭矩输入到传动系统。风轮系统按叶片数可以分为单叶片、双叶片、三叶片和多叶片风轮。其中,三叶片风轮由于稳定性好,在并网型风力发电机组上得到广泛应用。按照叶片能否围绕其纵向轴线转动,可以分为定桨距风轮系统和变桨距风轮系统。定桨距风轮系统叶片与轮毂固定连接,结构简单,但是承受的载荷较大。在风轮转速恒定的条件下,当风速增加超过额定风速时,气流与叶片分离,叶片将处于“失速”状态,风轮输出功率降低,发电机不会因超负荷而烧毁。变桨距风轮的叶片与轮毂通过轴承连接,虽然结构比较复杂,但能够获得较好的性能,而且叶片承受的载荷较小,重量轻。第一章风力发电基础另外,按转速的变化又可以分为定转速风轮系统和变转速风轮系统。变转速风轮系统的转速随风速变化,可以使风轮保持在最佳效率状态下运行,获取更多的能量,并减小因阵风引起的载荷。但是变转速发电机的结构复杂,需要通过交-直-交变流装置与电网频率保持同步,又消耗了一定的能量。第一章风力发电基础图1-3大中型风力发电机组基本结构1—导流罩；2—轮毂；3—叶片；4—叶尖刹车控制系统；5—集电环；6—主轴；7—收缩盘；8—锁紧装置；9—齿轮箱；10—刹车片；11—刹车片厚度检测器；12—万向联轴器；13—发电机；14—安全控制箱；15—舱盖开启阀；16—刹车气缸；17—机舱；18—偏航电动机；19—偏航齿轮；20—偏航圆盘；21—偏航锁定；22—主电缆；23—风向风速仪；24—塔筒；25—振动传感器；26—舱盖第一章风力发电基础图1-3大中型风力发电机组基本结构1—导流罩；2—轮毂；3—叶片；4—叶尖刹车控制系统；5—集电环；6—主轴；7—收缩盘；8—锁紧装置；9—齿轮箱；10—刹车片；11—刹车片厚度检测器；12—万向联轴器；13—发电机；14—安全控制箱；15—舱盖开启阀；16—刹车气缸；17—机舱；18—偏航电动机；19—偏航齿轮；20—偏航圆盘；21—偏航锁定；22—主电缆；23—风向风速仪；24—塔筒；25—振动传感器；26—舱盖图1-4大中型风力发电机组基本结构实物图第一章风力发电基础图1-4大中型风力发电机组基本结构实物图第一章风力发电基础2.机舱机舱由机舱底座（盘）和机舱罩组成,如图所示。一般兆瓦级以上的风力发电机组机舱底座（盘）上安装有齿轮箱、发电机、偏航系统、本地控制箱等机组重要部件。机舱罩后部的上方装有风速和风向传感器,舱壁上有隔音、通风装置,照明装置,小型起重设备等。第一章风力发电基础3.塔架（筒）和基础第一章风力发电基础4.传动系统一般地,传动系统包括主轴、齿轮箱和联轴器。轮毂与主轴固定连接,将风轮的扭矩传递给齿轮箱。有的风力发电机组将主轴与齿轮箱的输入轴合为一体。大型风力发电机组风轮的转速一般在10～30r/min范围内,通过齿轮箱增速到发电机的同步转速为1500r/min（或1000r/min）,经齿轮箱的高速输出轴、联轴器驱动发电机旋转。第一章风力发电基础5.偏航系统由于风向经常改变,如果风轮扫掠面和风向不垂直,则不但功率输出减少,风力发电机组各部件尤其是风轮系统和塔架部分承受的载荷比正常工作时更加巨大。偏航系统的功能就是跟踪风向的变化,驱动机舱围绕塔架中心线旋转,使风轮扫掠面与风向保持垂直。风向标是偏航系统的传感器,将风向信号发给控制系统,经过与风轮的方位进行比较后,发出指令给偏航电动机或液压马达,驱动偏航系统的小齿轮沿着与塔架顶部固定的大齿圈移动,经过偏航轴承使机舱转动,直到风轮对准风向后停止。第一章风力发电基础机舱在反复调整方向的过程中,有可能发生沿着同一方向累计转了许多圈,造成机舱与塔架之间的电缆扭绞,因此偏航系统应具备解缆功能,机舱沿着同一方向累计转了若干圈后,必须反向回转,直到扭绞的电缆松开。偏航轴承分为滑动型和滚动型,有的具备自锁功能,有的设置强制制动。但无论是哪一种,都应设置阻尼,满足机舱转动时平稳不发生振动的要求。第一章风力发电基础6.液压系统液压系统主要是为油缸和制动器提供必要的驱动压力,有的强制润滑型齿轮箱也需要液压系统供油润滑。油缸主要是用于驱动定桨距风轮的叶尖制动装置或变桨距风轮的变距机构等。液压站由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀等组成。第一章风力发电基础7.刹车制动系统刹车制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分,有的风力发电机组只有机械制动,没有空气动力刹车。对于带叶尖扰流器的定桨距风力发电机组,定桨距风轮的叶尖扰流器旋转约90°,或变桨距风力发电机组,变桨距风轮处于顺桨位置,均是利用空气阻力使风轮减速或停止,属于空气动力制动。在主轴或齿轮箱的高速输出轴上设置的盘式制动器,属于机械制动。通常大型风力发电机组运行时,需要让机组停机,首先要采用空气制动,使风轮减速,再采用机械制动使风轮停转。第一章风力发电基础8.发电机发电机将风轮的机械能转换为电能,分为异步发电机和同步发电机两种。异步发电机的转速取决于电网的频率,只能在同步转速附近很小的范围内变化。当风速增加使齿轮箱高速输出轴转速达到异步发电机同步转速时,机组并入电网,向电网送电。风速继续增加,发电机转速也略为升高,增加输出功率。达到额定风速后,由于风轮的调节,稳定在额定功率不再增加。反之风速减小,发电机转速低于同步转速时,则从电网吸收电能,处于电动机状态,经过适当延时后应脱开电网。有的风力发电机组为了充分利用低风速时的风能,降低风轮转速,采用了可变极数的异步发电机,如从4极1500r/min变为6极1000r/min,但是这种发电机仍然可以看作是基本上恒定转速的。第一章风力发电基础普通异步发电机结构简单,可以直接并入电网,无需同步调节装置,缺点是风轮转速固定后效率较低,而且在交变的风速作用下,承受较大的载荷。为了克服这些不足之处,相继开发出了高滑差异步发电机和变转速双馈异步发电机。同步发电机的并网一般有两种方式:一种是准同期直接并网,这种方法在大型风力发电机组中极少采用;另一种是交-直-交并网。近年来,由于大功率电子元器件的快速发展,变速恒频风力发电机组得到了迅速的发展,同步发电机也在风力发电机中得到广泛的应用。为了减少齿轮箱的传动损失和发生故障的概率,有的风力发电机组采用风轮直接驱动同步多极发电机,又称无齿轮箱风力发电机组。其发电机转速与风轮相同,而且随着风速变化,风轮可以转换更多的风能,所承受的载荷较小,减轻部件的重量。缺点是这种发电机结构复杂,制造工艺要求很高,需要变流装置才能与电网频率同步,经过转换又损失了能量。第一章风力发电基础9.控制系统控制系统包括控制和监测两部分,控制部分又分为手动和自动运行方式。当机组处于手动运行方式时,运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制,自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略,保证机组正常安全运行。监测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器,经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来,在机组控制器的显示屏上可以查询,也要送到风电场中央控制室的计算机监控系统。通过网络或电信系统,现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。第一章风力发电基础10.安全保护系统安全保护系统要保证机组在发生非正常情况时立即停机,预防或减轻故障损失。一般地,风力发电机组的关键部件都采用了“失效-保护”的设计原则。如制动系统的叶尖制动片在运行时是利用液压系统液压油的压力克服弹簧的作用使叶尖制动片与叶片外形组合成一个整体,同时保持机械制动器的制动钳处于松开状态,一旦发生液压系统失灵或电网停电（此时,风力发电机组需要紧急停车）,液压系统液压油失去压力,叶尖制动片和制动钳将在弹簧作用下立即使叶尖制动片旋转约90°,使风轮因气动刹车（叶尖制动片的作用）迅速减速,同时制动钳变为夹紧状态,风轮在两种制动装置的同时作用下被制动停止旋转。第一章风力发电基础第三节风力发电机组的性能评价1.风轮直径D风轮直径是指风轮在旋转平面上投影圆的直径。风力发电机组最主要的参数是风轮直径（或风轮扫掠面积）和额定功率,为产品型号的组成部分。风轮直径（或风轮扫掠面积）说明机组能够在多大的范围内获取风中蕴含的能量,是机组能力的基本标志。第一章风力发电基础2.额定功率PN风力发电机组额定功率指的是正常工作条件下,风力发电机组能够达到的最大连续输出电功率。风轮直径应当根据不同的风况与额定功率匹配,以获得最大的年发电量和最低的发电成本,配置较大直径风轮供低风速区选用,配置较小直径风轮供高风速区选用。第一章风力发电基础3.功率曲线在风力发电机组产品样本中都有一个功率曲线图,如图1-6所示,横坐标是风速,纵坐标是机组的输出电功率。功率曲线主要分为上升和稳定两部分。机组开始向电网输出功率时的风速称为切入风速。随着风速的增大,输出功率上升,输出功率大约与风速的立方成正比,达到额定功率值时的风速称为额定风速。此后风速再增加,由于风轮的调节,功率保持不变。定桨距风轮因失速有个过程,超过额定风速后功率略有上升,然后又下降。如果风速继续增加,为了保护机组的安全,规定了允许机组正常运行的最大风速,称为切出风速。机组运行时遇到这样的大风必须停机与电网脱开,输出功率立刻降为0,功率曲线到此终止。第一章风力发电基础图1-6变桨距风力机和定桨距风力机的功率曲线第一章风力发电基础功率曲线的测试要有专用的测风塔,严格按照国际电工委员会（IEC）制定的标准方法进行。对应于风速的实测功率值是很分散的,最终得出的功率曲线是大量实测值概率分布按照规定方法归纳出来的。在风电场用机载风速仪和功率传感器测出的功率曲线是不规范的，只能作为参考。另外,应注意样本上提供的功率曲线是换算成标准空气密度条件下的数值,在应用时要考虑现场的实际情况。第一章风力发电基础4.额定风速V1风力发电机组额定风速V1（设计风速）是指风力发电机达到额定功率输出时的来流风速。额定风速V1是一个非常重要的参数,它直接影响到风力发电机组的尺寸和成本。额定风速取决于安装风力发电机组地区的风能资源。风能资源既要考虑到平均风速的大小,又要考虑风速的频度。知道了平均风速和频度,就可以确定额定风速V1的大小。第一章风力发电基础5.叶尖速度比（尖速比）λ风力发电机组尖速比指的是机组叶片叶尖线速度VR与来流风速V的比值。它是和风力发电机组性能相关的一个重要参数。式中λ——尖速比；D——风轮直径；ω——风轮旋转角速度；R——风轮半径；V——来流风速。第一章风力发电基础6.实度σ风轮的实度是指风轮的叶片面积之和与风轮扫掠面积之比。风轮扫掠面积是指风轮在旋转平面上的投影圆的面积。实度是和尖速比密切相关的另一个重要的性能评价参数。对风力提水机,因为需要转矩大,因此风轮实度取得大;对风力发电机,因为要求转速高,因此风轮实度取得小。自启动风力发电机组的实度是由预定的启动风速来决定的,启动风速小,要求实度大。通常风力发电机组实度大致在5%～20%这一范围。实度大小的确定要考虑以下三个因素:①风轮的力矩特性,特别是启动力矩;②风轮的转动惯量;③电机传动系统特性。目录CONTENTS新疆应用职业技术学院在线开放课程建设项目XINJIANGYINYONGZHIYEJISHUXUEYUANZAIXIANKAIFANGKECHENGJIANSHEXIANGMU第一章风力发电基础第二章风轮系统运行与维护第三章机组传动系统运行与维护第四章机组发电系统运行与维护第五章机组控制系统运行与维护第六章机组系统安全和安全保护系统第二章风轮系统运行与维护风轮的基本参数叶片结构叶片的几何参数叶片的生产工艺轮毂风轮的维护第二章风轮系统运行与维护风力发电机区别于其他机械的最主要特征就是风轮。其功能是将风能转换为机械能，风轮一般由叶片、轮毂、延长节等组成。风轮仰视图第二章风轮系统运行与维护风力发电机组的总体参数

1.叶尖速比λ2.叶片数：叶轮的叶片数取决于叶轮的尖速比

3.风轮直径：取决于风力机输出功率P和额定风速v1两个因素。

4.风能利用系数

5.风轮面积

6.转轴：即风轮的旋转轴。

7.回转平面

第二章风轮系统运行与维护风力发电机组的总体参数

8.风轮锥角：叶片与旋转轴垂直的平面的夹角。作用是在风轮运行状态下，减少离心力引起的叶片弯曲应力以及防止叶片梢部与塔架碰撞。

9.风轮倾角：风轮旋转轴与水平面的夹角。作用是防止叶片梢部(叶尖)与塔架碰撞。

10.叶片轴线：叶片纵轴线。

11.风轮偏航角：风轮旋转轴线和风向在水平面上投影的夹角。

第二章风轮系统运行与维护风力发电机组的总体参数

12.风轮实度：风轮实度是风轮旋转平面上投影面积的总和与风轮扫掠面积的比值。

13.风轮中心高度：风轮轮毂中心的离地高度

。

14.安装角：旋转平面与叶片截面弦长之间的夹角。

在确定机组的安装角时，空气密度是一个主要的衡量指标。在确定安装角的计算时风速也是一考虑的因素。在确定安装角时，考虑风电场的地形地貌。第二章风轮系统运行与维护风机叶片(61.5米)

叶片是风轮的主要部件，是机组捕捉风能部件，叶片的横向剖面叫翼型。叶片第二章风轮系统运行与维护叶片是风轮的主要部件，是机组捕捉风能部件，叶片的横向剖面叫翼型。叶片长37.5米，最大弦长3.2米，重量为5800公斤第二章风轮系统运行与维护叶片的结构纵梁外壳根部第二章风轮系统运行与维护纵梁从叶根贯穿到叶尖形成叶片的主梁，上、下两半固定在主梁上，整体形成自支撑结构第二章风轮系统运行与维护纵梁从叶根贯穿到叶尖形成叶片的主梁，上、下两半固定在主梁上，整体形成自支撑结构第二章风轮系统运行与维护根部叶片的接口处是叶片承受载荷最大的地方，而且主要是引起疲劳的循环载荷。第二章风轮系统运行与维护叶尖功能：正常运行状态下：叶尖与叶片联为一体在过速状态下：离心力通过钢丝绳使液压缸上压力增加，当压力超过高定值时，系统发出信号停机。当压力超过防爆膜的设定值时，防爆膜冲开，系统泄压，叶尖闸动作停机。第二章风轮系统运行与维护涡流发生器是一些小的三角翅片,安装在叶片背风侧的入流端,并相互之间有一定的角度排列。当风经过时，在其后端会产生旋涡，在叶片出流端，旋涡之间相互作用变成统一的方向，减少了作用在叶片上的阻力，防止了失速的过早发生。涡流发生器在4～15m/s风速段增加了叶片的气动阻力，但9～15m/s风速段的正面影响更大，能提高风机年产量约4～6%。

涡流发生器

第二章风轮系统运行与维护防雷保护风力机的轮毂高度一般都在40米高，叶片的高度超过60米，很容易遭到雷电的袭击。风力发电机组特别是叶片需要很好的防雷保护。叶片采用内置式的防雷击装置。这种防雷装置经过试验室测定：可经受1600kV的雷击电压和200kA的电流。第二章风轮系统运行与维护叶片的几何参数

1.叶片长度3.叶片面积：叶片无扭角时在风轮旋转平面上的投影面积。4.叶片平均几何弦长：叶片面积与叶片长度的比值

2.叶片弦长5.叶片的转轴位于叶片各剖面的0.25~0.35翼弦处，与各剖面气动中心的连线重合或尽量接近。6.叶片投影面积：叶片在风轮扫掠面上的投影的面积。第二章风轮系统运行与维护叶片的制造

1.叶片载荷

1)空气动力载荷：来自叶片与风的相互作用。

2)重力载荷：由于叶片的重力产生的在载荷。

3)惯性载荷：叶片上的惯性载荷包括离心力和科氏力。

4)操纵载荷：主要由气动刹车和变桨距产生。

从载荷作用的效果上分，叶片载荷又分为极限载荷和疲劳载荷。

第二章风轮系统运行与维护叶片的材料叶片的材料

木质、帆布铝合金玻璃钢GRP

碳纤维复合材料CFRP

复合材料WindStrand新一代增强型玻璃纤维热塑性复合材料

新型复合材料第二章风轮系统运行与维护手糊工艺

生产工艺叶片生产工艺手糊工艺

树脂注射成型(RIM)

树脂传递模塑(RTM)缠绕及预浸料/热压工艺产品批量较小、质量均匀性要求较低复合材料制品的生产中小尺寸风机叶片的大批量生产中小尺寸风机叶片的中等批量生产大型风机叶片批量生产第二章风轮系统运行与维护叶片生产工艺第二章风轮系统运行与维护叶片生产工艺第二章风轮系统运行与维护叶片生产工艺第二章风轮系统运行与维护叶片生产工艺第二章风轮系统运行与维护叶片生产工艺第二章风轮系统运行与维护叶片检验内容包括：叶片长度、质量、自重力矩和重力中心的测定

叶片的检验静态检验

测定叶片的结构特性，包括硬度数据和应力分布第二章风轮系统运行与维护叶片的检验疲劳检验

测定叶片的疲劳特性

测定叶片的疲劳特性

第二章风轮系统运行与维护叶片的检验超声波检验

利用自动超声波检验方可以有效的检测层的厚度变化，显示隐藏的产品故障

优化叶片设计和产品参数，从而大幅降低叶片故障的风险

第二章风轮系统运行与维护叶片的检验红外成像分析

提示设计人员叶片结构的危险区，小的缺陷可以导致最终的故障

声学分析

锁定小的裂痕和结构上的小缺陷

第二章风轮系统运行与维护轮毂

轮毂为固定式结构，轮毂、延长节和叶片之间为钢性连接。轮毂为传统的三岔管形式，铸造结构很好地保证了曲面过渡，在手孔的周围采取加厚的凸缘，避免应力集中的破坏。第二章风轮系统运行与维护轮毂与桨叶的连接型式

1)固定连接(刚性连接)三叶片风轮大多用此连接方式。制造成本低，较少维护，无磨损。但要承受所有来自叶片的载荷。

轮毂第二章风轮系统运行与维护轮毂与桨叶的连接型式

1)固定连接(刚性连接)三叶片风轮大多用此连接方式。制造成本低，较少维护，无磨损。但要承受所有来自叶片的载荷。

2)铰链式连接(柔性连接)

常用于单叶片和两叶片的叶轮。

轮毂第二章风轮系统运行与维护延长节延长节使风轮的直径增大，从而提高吸收的风能，但保持了较低的成本。延长节的材料采用QT400

第二章风轮系统运行与维护叶片的维护叶片的维护叶片外部的维护叶片内部的维护叶片附件的维护检查所有的粘接部件有无裂纹和移动，清除叶片内的胶粒。检查防雷保护的连接；液压缸有无泄漏、液压管有无裂纹、破损、浸渍和泄漏；紧固叶片与轮毂连接螺栓。检查有无裂纹、凹痕和破损。在运行和叶尖收回状态下，观察叶尖与叶片的合拢情况。第二章风轮系统运行与维护叶片的维护第二章风轮系统运行与维护轮毂的维护1)检查轮毂外观，铸件有没有裂纹。2)检查防腐层有没有破损，如果发现有破损和生锈的部分，除去锈斑并补做防腐。3)按照螺栓紧固力矩表紧固安全杠与轮毂连接螺栓。4)按照螺栓紧固力矩表紧固轮毂与主轴连接螺栓。5)如果发现有损坏和拉长的螺栓，则必需更换。目录CONTENTS新疆应用职业技术学院在线开放课程建设项目XINJIANGYINYONGZHIYEJISHUXUEYUANZAIXIANKAIFANGKECHENGJIANSHEXIANGMU第一章风力发电基础第二章风轮系统运行与维护第三章机组传动系统运行与维护第四章机组发电系统运行与维护第五章机组控制系统运行与维护第六章机组系统安全和安全保护系统第三章机组传动系统运行与维护传动系统传动系统组成主轴齿轮箱联轴器发电机第三章机组传动系统运行与维护主轴第三章机组传动系统运行与维护主轴第三章机组传动系统运行与维护后轴承座（推力）前轴承座（浮动）轴承座材料有两种1）QT400-18AL2）EN-GJS-350-22U-LT主轴第三章机组传动系统运行与维护工艺流程：锻件验收→打中心孔→夹大端，双顶→上中心架→夹大端，支左侧轴承→探伤→调质→打深孔→夹大端，顶两端堵头→夹小端，支大端轴承→划线，钻法兰孔及底孔→钻小端端面孔→夹小端，顶两堵头→磨削两端的轴承挡及外圆→去毛刺→标石→检验→喷漆→包装。主轴的加工第三章机组传动系统运行与维护1.主轴功率功率通过轴进行传递时，可定义转矩为：

2.主轴的强度校核3.主轴的额定寿命主轴的参数第三章机组传动系统运行与维护

风力机所采用的齿轮箱一般都是增速的,大致可以分为两类,即定轴线齿轮传动和行星齿轮传动。

齿轮箱第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱的基本类型

1.展开式齿轮箱

展开式齿轮箱结构简单，但齿轮相对于轴承的位置不对称，因此要求轴具有较大的刚度。展开式齿轮箱适用于载荷比较平稳的场合，高速级一般做成斜齿，低速级可做成直齿。第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱的基本类型

2.分流式齿轮箱结构复杂，但由于齿轮相对于轴承对称布置，与展开式相比，载荷沿齿宽分布均匀、轴承受载较均匀。一般情况下使用斜齿轮，低速级可用直齿或人字形齿轮。第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱的基本类型

3.同轴式增速器同轴式增速器轴向尺寸和重量较大，且中间轴较长、刚度差，高速轴的承载能力难以充分利用。从输入轴输入的载荷进行分流，每对啮合齿轮仅传递全部载荷的一半，大大提高了承载能力。4.分流同轴式齿轮箱第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱的基本类型

5.NGW型齿轮箱该齿轮箱具有内啮合齿轮副、外啮合齿轮副和公用齿轮组成的行星齿轮传动机构。低速轴为行星传动，可以使功率分流，同时合理应用了内啮合。高速级为平行轴圆柱齿轮传动，提高传动效率。6.混合型齿轮箱第三章机组传动系统运行与维护三.SL1500风电机组齿轮箱结构装配位置齿轮箱第三章机组传动系统运行与维护传动链布局形式

双排独立的滚珠轴承；只承受扭矩的独立齿轮箱；与机座相联接的独立的发电机；发电机座不传递转子负载；转子负载对齿轮箱只具有很小的冲击作用。齿轮传动系统两点支撑第三章机组传动系统运行与维护VESTASV80-1.65MW三点式支撑单主轴轴承，成本低，传动链缩短。齿轮箱前轴承承受转矩和径向负载，故障率高。齿轮传动系统传动链布局形式第三章机组传动系统运行与维护WINTECWT1650主轴齿轮箱集成式优点：结构紧凑、重量轻。缺点：齿轮箱可靠性要求高，维护不变。齿轮传动系统传动链布局形式第三章机组传动系统运行与维护传动链布局形式直驱式省去齿轮箱，结构紧凑。发电机尺寸大，吊装不便。齿轮传动系统第三章机组传动系统运行与维护半直驱式齿轮箱传动比小，并与发电机集成，结构紧凑。传动系统传动链布局形式第三章机组传动系统运行与维护齿轮箱的主要零部件箱体结构：

箱体是齿轮箱的重要部件，它承受来自风轮的作用力和齿轮传动时产生的反力，必须具有足够的刚性去承受力和力矩的作用，防止变形，保证传动质量。

箱盖上设有透气罩、油标或油位指示器。

齿轮和轴的结构：

为了提高承载能力，齿轮、轴一般都采用合金钢制造。滚动轴承：

齿轮箱的支承中，大量应用滚动轴承，根据载荷的性质和部件的结构要求来确定选用的滚动轴承。

第三章机组传动系统运行与维护润滑系统润滑油的主要作用抗磨损－减少磨损，减少阻力冷却清洁抗腐蚀/防锈齿轮箱附属零部件第三章机组传动系统运行与维护润滑油品的选用原则主要从以下几个方面考虑：载荷：载荷大选用粘度较大的润滑油

速度：高速运转的设备选用粘度较小的润滑油

运行温度：选用润滑油时要根据设备的运行温度，选择合适粘度的润滑油

其它运行环境：-20℃~45℃(普通型)；-30℃~45℃(寒带型)水和外来物的污染第三章机组传动系统运行与维护风机的运行工况及对油品的要求风机的运行工况：广泛的温度范围水和外来物的污染较长的服务期

风机运行工况对润滑油品的要求：较长的润滑使用期良好的氧化稳定性好的低温特性微点蚀保护特性优越的抗泡性能和抗乳化能力第三章机组传动系统运行与维护作用：主要用于将两根轴联接在一起，使它们一起旋转，并传递扭矩。联轴器第三章机组传动系统运行与维护装配位置刚性联轴器涨套式联轴器柱销式联轴器第三章机组传动系统运行与维护装配位置弹性联轴器膜片联轴器轮胎联轴器十字联轴器第三章机组传动系统运行与维护传动系统的维护主轴轴承的维护(1)主轴轴承润滑系统是否运行正常，润滑泵有没有堵塞，润滑油管有没有爆裂。(2)检查轴承与轴承座接触面应清洁，无杂物。(3)轴承座应紧固，没有前后错位情况(4)转速传感器信号准确。第三章机组传动系统运行与维护传动系统的维护齿轮箱的维护(1)检查齿轮箱周围是否存在泄漏情况。如有应马上采取处理措施并清理积油。(2)在齿轮箱运转时注意是否有异常噪音，特别是周期性的异常响声。(3)齿轮箱是否存在局部温度过高，特别是轴承部位。(4)对齿轮箱的滤清帽进行定期的清理或冲洗。(5)检查齿轮箱上的附件是否正常。第三章机组传动系统运行与维护传动系统的维护联轴器的维护(1)检查联轴器罩是否完好。(2)检查联轴器外表是否有损坏现象。(3)检查联轴器表面清洁度。(4)使用激光对中仪进行对中检测。第三章机组传动系统运行与维护制动系统气动刹车机械刹车第三章机组传动系统运行与维护风力发电机组使用的空气动力制动系统(气动制动)主要有两种形式：一种是定桨距风轮的叶尖扰流器旋转约90°，利用空气阻力使风轮减速或停止；另一种是变桨距风轮处于顺桨位置利用空气阻力使风轮减速或停止。

空气动力制动系统一般采用失效-安全型设计原则。制动系统空气动力制动系统主要是限制风轮的转速，并不能使风轮完全停止转动，而是使其转速限定在允许的范围内。

第三章机组传动系统运行与维护气动刹车结构形式空气动力制动系统作为一个安全系统，常通过超速时的离心力起作用。第三章机组传动系统运行与维护气动刹车叶片攻角由根部向叶尖逐渐增加，根部先进入失速，随风速增大逐渐向叶尖扩展。叶片的失速调节原理失速部分功率减少，未失速部分功率仍在增加，使功率保持在额定功率附近。叶片的安装角β不变风速增加升力增加升力变缓升力下降阻力增加叶片失速第三章机组传动系统运行与维护气动刹车过速状态时：离心力使液压缸上压力增加，导致储压罐压力升高；当压力超过设定值时，发信号停机；叶尖甩出，当压力超过防爆膜的设定值时，防爆膜被冲开，系统泄压，叶尖闸动作停机。

工作原理：运行状态时：液压系统提供的压力压缩和叶尖阻尼板相连的弹簧使叶尖阻尼板和叶片主体平滑地联为一体。正常停机时：液压系统压力下降，叶尖的液压压力减小，叶片在离心力和弹簧机构的共同作用下，叶尖被甩出并沿转轴旋转，产生阻尼力矩，从面使叶轮的转速迅速下降。第三章机组传动系统运行与维护机械刹车盘式刹车结构形式第三章机组传动系统运行与维护机械刹车机械盘式刹车：作为辅助刹车装置被安装在高速轴上，液压驱动。因风力机转矩很大，作为主刹车将会使刹车盘直径很大，改变了机组结构。大型风机一般有两部机械刹车。制动系统按失效保护原则设计，一旦失电或液压系统失效即处于制动状态。第三章机组传动系统运行与维护结构制动盘制动钳体制动块活塞制动钳导向销金属背板与摩擦块组成第三章机组传动系统运行与维护结构：活塞制动钳体制动块车桥进油口制动盘缺点：油缸多、结构复杂、制动钳尺寸大定钳盘式制动器第三章机组传动系统运行与维护浮钳盘式制动器结构：车桥导向销进油口活塞制动钳制动块制动盘第三章机组传动系统运行与维护基本概念正常刹车：首先叶尖动作，发电机转速降到同步转速时脱离电网，当叶轮转速低于15RPM时，一个机械刹车动作（下一次刹车先启用另一个刹车），如果转速增大，则另一个机械刹车也动作。紧急刹车：叶尖与两个机械刹车动作，发电机同时脱离电网。液压或机械动作延时为0.25秒。安全刹车：叶尖和一个机械刹车同时动作，当发电机达到同步转速时，发电机脱离电网，第二个机械刹车动作。第三章机组传动系统运行与维护制动系统的维护机械制动系统的维护1)如果刹车闸液压缸中进入空气，必须通过放气帽排净气体。2)保持刹车闸的清洁：刹车片磨损过程中产生的细小粉末，特别容易粘在有油迹的地方。每次维护检查机械制动时，都要将刹车盘上的油污彻底清除干净。3)检查刹车闸的表面状况。4)每4年或40万次动作后，检查制动的性能。5)刹车片应存放在干燥的环境中。第三章机组传动系统运行与维护3.1风力发电机组传动系统概述风力发电机组传动系统的主要作用是将由风能产生的动力传递给风力发电机。但是,由风能推动的风轮系统转速往往相较于风力发电机要求的转速低很多,所以一般需要通过风力发电机组传动系统进行增速。风力发电机组传动系统主要由主轴承、主轴、齿轮箱、联轴器等组成,其中不包括直驱型风力发电机组,如图3-1所示。第三章机组传动系统运行与维护1—整流罩；2—轮毂；3—叶片；4—主轴承；5—主轴；6—齿轮箱；7—齿轮箱制动器；8—联轴器；9—发电机；10—偏航轴承；11—偏航电动机；12—偏航制动器；13—机舱底盘；14—机舱罩第三章机组传动系统运行与维护一、风力发电机组总体传动形式1.一字形如图3-2所示,这种布置形式是风力发电机组中采用最多的形式,其主要优点是对中性好,负载分布均匀；其缺点是占轴线长,可能使主轴太短,主轴承载荷较大。Bonus、德国Nodex等机组均采用刚性轮毂。1—轮毂；2—主轴；3,7—联轴器；4—齿轮箱低速轴；5—齿轮箱；6—齿轮箱高速轴；8—发电机；9—主轴承2.回流式第三章机组传动系统运行与维护如图3-3所示,其主要特点是可以缩短机舱长度,增加主轴长度,减少塔架负载的不均衡。1—轮毂；2—主轴；3,7—联轴器；4—齿轮箱低速轴；5—齿轮箱；6—齿轮箱高速轴；8—发电机第三章机组传动系统运行与维护二、风力发电机组传动链形式风力发电机组的传动链形式主要是指齿轮箱和主轴的结构特点。齿轮箱和主轴是直接连接风力发电机组传动系统的主要传动构件,它们的结构是由风力发电机组的传动链形式所决定的。由于风力发电机的齿轮箱和主轴结构设计不同,目前风力发电机组的传动链有以下4种方式。1.主轴完全独立结构完全独立是指主轴与齿轮箱在功能和结构上是完全独立的,主轴与齿轮箱间靠联轴器进行连接。这种形式的主轴安装在独立的前后两个轴承支架上,主轴独立地承受风轮自重产生的弯曲力矩和风轮的轴向推力,所以主轴部件必须配置推力轴承。主轴组件与齿轮箱分别安装在机舱底盘上,然后由联轴器把它们连接起来。第三章机组传动系统运行与维护主轴的结构特点是一头大一头小,大头是安装轮毂的法兰盘,小头是安装联轴器的轴头。紧挨着法兰盘的是前轴颈,用于安装主轴前轴承。靠近安装联轴器轴头的是后轴颈,用于安装主轴后轴承。独立齿轮箱结构的优点是:齿轮箱体积相对较小,齿轮油用量比同功率齿轮箱、主轴一体结构的机组低50%左右,齿轮箱重量低30%左右。独立齿轮箱结构刹车过程较为平稳，齿轮箱承受的冲击载荷较小。其缺点是:因为低速轴的存在,机舱结构相对拥挤,需对低速轴轴承单独进行润滑。第三章机组传动系统运行与维护2.主轴半独立结构主轴半独立结构只有一组前轴承托架,后轴承是与齿轮箱共用的。这种结构决定了主轴与齿轮箱共同承受风轮自重产生的弯曲力矩和风轮的轴向推力,所以齿轮箱的第一轴必须使用推力轴承,同时要求齿轮箱的箱体必须厚重些,以满足强度要求。这种结构的主轴与齿轮箱间采用半刚性的胀套连接或刚性的法兰连接,然后才将前轴承托架安装在底盘上。齿轮箱一般采用浮动托架安装。这种主轴是有锥度的,如此设计反映了轴上弯矩的减小,又节省了材料、减轻了重量。主轴半独立结构如图3-4所示。第三章机组传动系统运行与维护图3-4主轴半独立结构第三章机组传动系统运行与维护3.齿轮箱、主轴一体结构齿轮箱、主轴一体结构是将齿轮箱的第一轴直接作为主轴使用,如图3-5所示。这种方式省去了主轴组件,因此齿轮箱必须尽可能靠前安装。齿轮箱的第一轴完全承受风轮自重产生的弯曲力矩和风轮的轴向推力,齿轮箱的第一轴必须十分粗大,齿轮箱的厚度应大于其第一轴前轴承到风轮的距离,这样是为了减小弯曲力矩带来的轴承载荷。齿轮箱的第一轴必须使用推力轴承,以承受风轮的轴向推力,所以齿轮箱比前两种又厚重了很多。第三章机组传动系统运行与维护图3-5齿轮箱、主轴一体结构第三章机组传动系统运行与维护这种结构材料及重量减少不了多少,但由于零部件的减少使故障率有所降低,同时安装工作量大幅度减少,这是这种结构的突出优点。另外,因将低速轴与齿轮箱合为一体,机舱结构相对宽敞,齿轮油直接对低速轴轴承进行润滑,免去了运行人员的维护任务。齿轮箱、主轴一体结构的缺点是:体积较大、较重、结构相对复杂、造价较高。齿轮箱要直接承受来自叶轮的冲击载荷,在刹车过程中齿轮箱也要承受较大的载荷,因此对齿轮箱自身质量要求较高。第三章机组传动系统运行与维护4.直驱型无齿轮箱结构直驱型风力发电机组不使用齿轮箱,采用风轮与发电机转子共用一个轴的方式。这种方式传动链最短,使用的零部件最少,所以故障率也最低。在维修困难的地方,使用直驱型风力发电机组是最佳的选择,例如在山顶或海上。直驱型机组是大型风力发电机组的发展方向。直驱型无齿轮箱的结构特点是用一个铸造的L形心轴,短边的端面与偏航系统的转盘轴承固定连接,长边为心轴。心轴上安装有前后两组轴承,风轮发电机轴为一空心轴,其上套装发电机转子和风轮后,通过空心轴内两端的轴承组安装在心轴上。这种结构的风轮不是悬臂状态,动态稳定性好、寿命长、可靠性高。第三章机组传动系统运行与维护3.2主轴及主轴承在风力发电机组主轴完全独立结构和主轴半独立结构中,主轴安装在风轮和齿轮箱之间,前端通过螺栓与轮毂刚性连接,后端与齿轮箱低速轴连接,承受力大且复杂。受力形式主要有轴向力、径向力、弯矩、转矩和剪切力,风力机每经历一次启动和停机,主轴所受的各种力都将经历一次循环,因此会产生循环疲劳。所以,主轴需要具有较高的综合力学性能。根据受力情况,主轴被做成变截面结构。在主轴中心有一个轴心通孔,作为控制机构穿过电缆的通道。主轴的主要结构一般有两种,分别是如图3-6所示的挑臂梁结构和如图3-7所示的悬臂梁结构。挑臂梁结构的主轴由两个轴承架所支撑。悬臂梁结构的主轴,一个支撑为轴承架,另一支撑为齿轮箱,也就是所谓三点式支撑。这种结构的优点是前支点为刚性支撑,后支点（齿轮箱）为弹性支撑,因此能够吸收来自叶片的突变负载。第三章机组传动系统运行与维护图3-6挑臂梁结构主轴示意图图3-7悬臂梁结构示意图第三章机组传动系统运行与维护值得注意的是,由于主轴承担了支撑轮毂处传递过来的各种负载的作用,并将扭矩传递给增速齿轮箱,将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架,所以,在结构允许的条件下,通常应将主轴尽量设计得保守一些。通常,主轴承选用调心滚子轴承,这种轴承装有双列球面滚子,滚子轴线倾斜于轴承的旋转轴线。其外圈滚道呈球面形,因此滚子可在外圈滚道内进行调心,以补偿轴的挠曲和同心误差。轴承的滚道型面与球面滚子型面非常匹配。双排球面滚子在具有三个固定挡边的内圈滚道上滚动,每排滚子均有一个黄铜实体保持架或钢制冲压保持架。第三章机组传动系统运行与维护通常在外圈上设有环形槽,其上有三个径向孔,用作润滑油通道,使轴承得到极为有效的润滑。轴承的套圈和滚子主要用铬钢制造并经淬火处理,具备足够的强度、高的硬度和良好的韧性和耐磨性。轴承座与机舱底盘固接,图3-8所示为轴承座。图3-8轴承座第三章机组传动系统运行与维护3.3联轴器联轴器是一种通用元件,种类很多,用于传动轴的连接和动力传递,可以分为刚性联轴器（如刚性胀套联轴器）和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又分为无弹性元件联轴器（如万向联轴器）、非金属弹性元件联轴器（如轮胎联轴器）、金属弹性元件联轴器（如膜片联轴器）。刚性联轴器常用在对中性好的两个轴的连接,而挠性联轴器则用在对中性较差的两个轴的连接。挠性联轴器还可以提供一个弹性环节,该环节可以吸收轴系外部负载波动产生的额外能量,如振动。在风力发电机组中,通常在低速轴端（主轴与齿轴箱低速轴连接处）选用刚性联轴器，一般多选用胀套式联轴器、柱销式联轴器等。在高速轴端（发电机与齿轮箱高速轴连接处）选用挠性联轴器。第三章机组传动系统运行与维护一、刚性胀套式联轴器刚性胀套式联轴器结构如图3-9所示。它是靠拧紧高强度螺栓使包容面产生压力和摩擦力来传递负载的一种无键连接方式,可传递转矩、轴向力或两者的复合载荷,承载能力高，定心性好,装拆或调整轴与毂的相对位置方便,可避免零件因键连接而削弱强度,提高了零件的疲劳强度和可靠性。刚性胀套式联轴器是一种新型传动连接方式。1.刚性胀套式联轴器的优点胀套式联轴器与一般过盈连接、无键连接相比,具有许多独特的优点。第三章机组传动系统运行与维护图3-9胀紧连接套第三章机组传动系统运行与维护①制造和安装简单。安装胀套的轴和孔的加工不像过盈配合那样要求高精度的制造公差。安装胀套也无需加热、冷却或加压设备,只需将螺栓按规定的扭矩拧紧即可,并且调整方便,可以将轮毂在轴上很方便地调整到所需位置。即可,并且调整方便,可以将轮毂在轴上很方便地调整到所需位置。②有良好的互换性,且拆卸方便。这是因为胀套能把较大配合间隙的轮毂连接起来。拆卸时将螺栓拧松,即可使被连接件容易地拆开。③可以承受重负载。胀套结构可做成多种式样,一个胀套不够,还可多个串联使用。第三章机组传动系统运行与维护在风力发电机组中,万向节联轴器也得到广泛的应用。例如在国产600kW与WD50-750kW风力发电机组中,就在高速轴端采用了十字轴式万向联轴器,如图3-11所示。图3-11十字轴式双万向联轴器第三章机组传动系统运行与维护3.4齿轮箱风力发电机组的齿轮箱对于非直驱式水平轴机组是必不可少的。其主要功能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。由于并网型风力发电机组启停较为频繁,叶轮本身转动惯量又很大,风力发电机组的风轮转速一般都设计在几十转/分。机组容量越大,叶轮直径越长,转速相对就越低,为满足发电机的转速工作条件,在风轮和发电机之间就需要配置齿轮箱增速。故也将齿轮箱称为增速箱。第三章机组传动系统运行与维护一、风力发电机组齿轮箱的工作特性风力发电机组通常情况下安装在高山、荒野、海滩、海岛等野外风口处,受无规律的变向、变载荷的风力作用以及强阵风的冲击,常年经受酷暑、严寒和极端温差的影响,加之所处自然环境交通不便,齿轮箱安装在塔顶机舱内的狭小空间内,一旦出现故障,修复非常困难,故对其可靠性和使用寿命都提出了比一般机械高得多的要求。所以,对于风力发电机组齿轮箱的构件材料提出了更高的要求。除了常规状态下力学性能外,还应该具有以下条件。第三章机组传动系统运行与维护除了常规状态下力学性能外,还应该具有以下条件。①低温状态下抗冷脆性等特性。②应保证齿轮箱平稳工作,防止振动和冲击。③保证充分的润滑条件等。④对冬夏温差巨大的地区,要配置合适的加热和冷却装置。⑤要设置监控点,对风力发电机组齿轮箱的运转和润滑状态进行遥控。第三章机组传动系统运行与维护二、风力发电机组齿轮箱齿轮箱按输入输出轴的变比可分为减速箱和增速箱。一般风力发电机组齿轮箱指的是风力发电机组主传动链上使用的齿轮箱,而该齿轮箱一般是增速箱。但是在风力发电机组中也有属于减速箱的齿轮箱,如偏航系统与变桨距系统使用的是减速箱。1.齿轮箱的类型与特点齿轮箱按内部传动链结构可分为平行轴结构齿轮箱、行星结构齿轮箱和平行轴与行星混合结构齿轮箱。图3-12～图3-14所示为行星齿轮系图解。第三章机组传动系统运行与维护平行轴结构齿轮箱一级的传动比比较小,多级可获得大的传动比,但体积较大。平行轴结构齿轮箱的输入轴和输出轴是平行轴,不在同一条直线上。平行轴结构齿轮箱的噪声较大。人们通过研究发现,圆柱齿轮传动比为2.9时齿轮箱的体积最小,但当传动比上升到4.3或下降到2.1时,体积只增加10%。这对选定齿轮箱的结构具有指导意义。图3-12行星齿轮系图解第三章机组传动系统运行与维护图3-13行星系齿轮传动图解第三章机组传动系统运行与维护行星齿轮箱是由一圈安装在行星架上的行星轮、内侧的太阳轮和外侧与其啮合的齿圈组成,其输入轴和输出轴在同一条轴线上。太阳轮和行星轮是外齿轮,而齿圈是内侧齿轮,它的齿开在里面。一般情况下,不是内齿圈就是太阳轮被固定,但是如果内齿圈被固定,那么齿轮系的传动比就比较大。图3-14行星系齿轮传动实物拆解第三章机组传动系统运行与维护（三）轴承滚动轴承结构与装配图如图3-19和图3-20所示。齿轮箱的支撑中,大量应用滚动轴承,其特点是静摩擦力矩和动摩擦力矩都很小,即使载荷和速度在很宽范围内变化时也如此。滚动轴承的安装和使用都很方便,但是,当轴的转速接近极限转速时,轴承的承载能力和寿命急剧下降,高速工作时的噪声和振动比较大。齿轮传动时轴和轴承的变形引起齿轮和轴承内外圈轴线的偏斜,使轮齿上载荷分布不均匀,会降低传动件的承载能力。由于载荷不均匀性而使轮齿经常发生断齿的现象,在许多情况下又是由于轴承的质量和其他因素,如剧烈的过载而引起的。选用轴承时,不仅要根据载荷的性质,还应根据部件的结构要求来确定。第三章机组传动系统运行与维护图3-19滚动轴承图解目录CONTENTS新疆应用职业技术学院在线开放课程建设项目XINJIANGYINYONGZHIYEJISHUXUEYUANZAIXIANKAIFANGKECHENGJIANSHEXIANGMU第一章风力发电基础第二章风轮系统运行与维护第三章机组传动系统运行与维护第四章机组发电系统运行与维护第五章机组控制系统运行与维护第六章机组系统安全和安全保护系统第四章机组发电系统运行与维护第三章发电系统发电机异步发电机双馈异步发电机同步发电机永磁同步发电机发电系统的维护第四章机组发电系统运行与维护发电机第四章机组发电系统运行与维护①直流发电机工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势。离网运行机组中的发电机②交流发电机永磁式交流发电机：定子铁芯槽内安放定子三相绕组，转子上无励磁绕组，而是一块永磁体，没有滑环。第四章机组发电系统运行与维护②同步发电机发电机转速n和电网频率f成严格比例关系的发电机叫同步发电机。

P为电机磁极对数并网运行机组中的发电机

①异步发电机异步发电机有笼型转子和绕线转子的。当发机转速n小于同步转速时，即转差率s为正值时，电机做电动机运行。第四章机组发电系统运行与维护异步发电机同步发电机双速发电机绕线式异步发电机双馈异步发电机低速永磁同步发电机使用场合定桨距风力发电机组变桨距风力发电机组变速风力发电机组变速风力发电机组特点低风速低速运行，使发电机也具有在较高的效率水平。高风速时可以通过控制转子电阻，使输出功率保持平稳。方便调节有功功率和无功功率的输出，同时调节电网的功率因数。可以控制励磁调节发电机的功率因数，使功率因数达到1。在相同条件下同步发电机的调速范围比异步发电机更宽。风力发电机的主要类型第四章机组发电系统运行与维护笼型异步电机剖面图转轴定子绕组转子定子铁心端盖接线盒第四章机组发电系统运行与维护异步发电机的主要结构定子及其部件定子中主要部件有：机座、定子铁心、线圈等。线圈机座铁心第四章机组发电系统运行与维护转子及其部件转子为鼠笼型，其主要部件有：转子铁心、轴、转子绕组、风扇。轴转子绕组转子铁心异步发电机的主要结构第四章机组发电系统运行与维护双馈异步发电机风力发电机的主要类型第四章机组发电系统运行与维护双馈异步发电机风力发电机的主要类型总体结构第四章机组发电系统运行与维护主要零部件双馈异步发电机发电机风力的主要类型定子转子第四章机组发电系统运行与维护主要零部件双馈异步发电机集电环刷架第四章机组发电系统运行与维护定子、转子接线盒主要零部件双馈异步发电机第四章机组发电系统运行与维护空冷却器主要零部件双馈异步发电机第四章机组发电系统运行与维护

nr

＜n1时，即0＜S＜1）

f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P电磁=P机械+P转差

P上网=P电磁定子馈电，转子由变频器提供励磁亚同步发电运行n1为发电机的同步转速。第四章机组发电系统运行与维护nr

＞n1时，（即S＞1）

f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P机械=P转差+P电磁

P上网=P转差+P电磁定子馈电+转子馈电超同步发电运行第四章机组发电系统运行与维护并网技术概述风力发电机发出的电力通常以三种方式加以利用：

独立供电——单独向负荷供电。储存能量——转变为化学能、势能、热能等能量形式，加以存储或使用。

并网发电——是一种广义的储能方式，但却最为简便有效。第四章机组发电系统运行与维护发电机并网条件国家电网公司规定同步电机并网时发电机与电网的电压差不超过5%～10%，频率差不超过0.1%～0.5%。

并网技术概述为了在并网的短时间内不产生大的电流冲击，必须满足以下四个条件：1.发电机的频率等于电网频率；2.发电机的电压幅值等于电网电压幅值，且波形一致；3.发电机的电压相序与电网电压的相序相同；4.发电机的电压相位与电网电压的相位一致；第四章机组发电系统运行与维护输出功率超过其最大转矩所对应的功率会引起网上飞车；过高的系统电压会使磁路饱和，无功激磁电流大量增加，定子电流过载，功率因数下降；电网频率升高，会因同步转速上升引起发电机变成电动状态；电网频率降低，会使发电机电流剧增而过载等。异步风力发电机组的并网技术

异步发电机运行时靠转差率来调整负荷，对转速要求不高，只要转速接近同步转速即可并网，控制简单，运行稳定。但如果保障措施不利也会存在如下问题：直接并网对电网及旋转机械冲击很大；本身不发无功功率，需要无功补偿；第四章机组发电系统运行与维护直接并网方式

发电机转速接近同步转速（99%~100%）即可并网，控制简单。但并网瞬间存在三相短路现象，造成系统电压的瞬时严重下降，导致并网失败。所以只在与大电网并网时采用。齿轮箱发电机叶片变桨距失速将发电机的交流输出直接并到电网上。异步风力发电机组的并网技术第四章机组发电系统运行与维护准同期并网方式原理：转速接近同步转速时，给电机励磁，调整发电机电压、频率、相位与系统一致时并入电网。优点：冲击电流较小，对系统的电压影响较小，适用于电网容量小的场合。缺点：调整复杂，并网时间长，必须控制在最大允许的转矩范围内运行，以免造成网上飞车。异步风力发电机组的并网技术第四章机组发电系统运行与维护降压并网方式这种并网方法是在异步电机与电网之间串接电阻或电抗器，或者接入自耦变压器，以达到降低并网合闸瞬间冲击电流幅值及电网电压下降的幅度。由于大功率的电抗和电阻消耗功率，并网后进入稳定运行时，应将电抗器和电阻切除。适合小容量风力发电机组。准同步快速并网技术原理：这种并网方法是将常规的整步并网方式改为在频率变化中捕捉同步点的工作方法。

特点：并网工作准确、快速可靠，对机组的调速精度要求不高。软并网技术异步风力发电机组的并网技术第四章机组发电系统运行与维护异步风力发电机组的并网技术异步发电机交-直-交并网系统

交-直-交并网发电系统不适合应用于兆瓦级系统，应用于10～200kW系统时其性能价格比最优第四章机组发电系统运行与维护并网后需要关注的主要问题电能质量电压闪变谐波污染电网稳定性发电计划与调度机组对电网产生影响的主要有高次谐波和电压闪变与电压波动。机组在启动与退出时会产生较大的冲击电流。机组中电力电于装置的切换频率恰好在产生谐波的范围内，则会产生严重的谐波问题。机组并网后，如果电力系统的运行方式需做出相应地调整和优化。根据电网结构，负荷情况，决定机组最大的发电量和系统在发生故障时的稳定性。第四章机组发电系统运行与维护电机输出功率持续30s低于-4kW，风力发电机组将退出电网，处于待机状态风力发电机组脱网控制系统监测可控硅在1小时内的投入次数，若投入次数大于4次，则停止并网，报故障等待风的状态平稳后由手动复位使风力发电机组正常运行电机输出功率持续10min大于690kW后，将正常停机。第四章机组发电系统运行与维护同步发电机第四章机组发电系统运行与维护同步发电机的结构第四章机组发电系统运行与维护直驱型风力发电机组一、内转子直驱型风力发电机组的结构图定子与普通三相交流发电机类似转子由多个永久磁铁构成第四章机组发电系统运行与维护二、外转子直驱型风力发电机组的结构图直驱型风力发电机组第四章机组发电系统运行与维护三、盘式直驱型风力发电机组的结构图直驱型风力发电机组第四章机组发电系统运行与维护同步发电机并网技术同步发电机在运行中，由于它既能输出有功功率，又能提供无功功率，周波稳定，电能质量高，已被电力系统广泛采用。

由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很难达到同步发电机所要求的精度。在同步发电机与电网之间采用变频装置．从技术上解决了这些问题。第四章机组发电系统运行与维护同步发电机与电网并联合闸前，为了避免电流冲击和转轴受到突然的扭矩，需要满足一定的并联条件：a)风力发电机的端电压大小等于电网的电压；b)风力发电机的频率等于电网的频率；c)并联合闸的瞬间，发电机与电网的回路电势为零；d)风力发电机的相序与电网的相序相同。发电机的并网方式同步发电机并网技术第四章机组发电系统运行与维护发电机的并网方式同步发电机在运行中，由于它既能输出有功功率，又能提供无功功率，周波稳定，电能质量高，已被电力系统广泛采用。

由于风速时大时小，随机变化，作用在转子上的转矩极不稳定，并网时其调速性能很难达到同步发电机所要求的精度。在同步发电机与电网之间采用变频装置．从技术上解决了这些问题。使风轮调节转速使得发机频率与网频率的偏差达到一个容许的很小值，对调节器要求很高，因此使用同步发电机并网难度较大。同步发电机并网技术第四章机组发电系统运行与维护同步风力发电机组的并网技术同步发电机交-直-交并网系统

由于同步发电机具有独立的励磁回路，无需再提供再生能量，因此交直交变换器不需要四象限运行。

第四章机组发电系统运行与维护同步风力发电机组的并网技术同步发电机带Boost升压的交-直-交并网系统

由于同步发电机在低风速时输出电压较低，此时无法将能量回馈至电网，因此实用的电路往往在直流侧加入一个开关直流升压电路。

第四章机组发电系统运行与维护异步发电机轴承加注润滑脂：滚动轴承应在累计使用2000h时后，更换润滑脂。鉴于风力发电机的运行特点，每隔半年加一次润滑脂。螺栓紧固：检修时发现螺栓松动或需要更换，须涂螺纹锁固剂重新紧固。

发电机-定转子：检查定子铁芯表面清洁、无锈蚀、损伤；检查发电机转子的外观，检查焊缝和漆面；紧固的转子轴与转子螺栓；紧固发电机锁定手轮位置的连接螺栓是否伸缩自由。发电系统维护同步发电机发电机-轴：检查裂缝和受损程度，检查密封圈的密封，擦去多余油脂；均匀的加注油脂。目录CONTENTS新疆应用职业技术学院在线开放课程建设项目XINJIANGYINYONGZHIYEJISHUXUEYUANZAIXIANKAIFANGKECHENGJIANSHEXIANGMU第一章风力发电基础第二章风轮系统运行与维护第三章机组传动系统运行与维护第四章机组发电系统运行与维护第五章机组控制系统运行与维护第六章机组系统安全和安全保护系统第五章机组控制系统运行与维护1机组控制系统的基本组成2控制系统的功能

3典型机组的控制系统4机组控制的运行维护第五章

风力发电机组控制系统

第五章机组控制系统运行与维护1控制系统的基本组成

风力发电机组控制(DCS)系统组成主要包括各种传感器、变距系统、运行主控制器、功率输出单元、无功补偿单元、并网控制单元、安全保护单元、通讯接口电路、监控单元。将微处理器作为核心的集中分散控制系统。利用控制技术、计算机技术和通信技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的新型控制系统。DistributedControlSystem(DCS)又称分布式控制系统。主要特点：集中管理、分散控制。第五章机组控制系统运行与维护用户界面输入用户指令，变更参数显示系统运行状态、数据及故障状况主控制器运行监控，机组起/停电网、风况监测无功补偿根据无功功率信号分组切入或切出补偿电容发电机控制软并网变频器励磁调节制动系统机械刹车机构气动刹车机构变距系统转速控制功率控制调向系统偏航自动解除电缆缠绕液压系统刹车机构压力保持变距机构压力保持1控制系统的基本组成

第五章机组控制系统运行与维护2控制系统的功能

风力发电机组控制系统的作用是对整个风力发电机组实施正常操作、调节和保护。

启动控制

并/脱网控制

偏航与解缆

限速及刹车

当检测系统