东兴风盈800KW风力发电机 技术说明书 目 录 一、总体结构及其特点 二、 叶轮 三、齿轮箱 四、发电机 五、偏航系统 六、电气控制系统 七、通讯说明 八、抗台风 九、防腐 十、防雷 一、 总体结构及其特点 东兴风盈DF52/800风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、定桨距失速调节、异步发电机并网的设计方案，是目前国内乃至世界上技术最成熟的风电机组之一，该机型有发电稳定可靠、故障率低及安全性高的特点。 1.1 机组设计考虑到各种复杂的工况，一些零部件例如齿轮箱设置了润滑油加热装置，发电机散热系统等，使机组适应于高温、低温、盐雾及强风沙等恶劣自然环境条件下内陆和沿海等地区，具有故障率低、发电稳定、维护方便等特点。 1.2机组主轴、齿轮箱、发电机和刹车系统等都安装在底座上连成一体，结构紧凑。齿轮箱与发电机的安装支点都设置有弹性机构，避免了机组与外部环境发生共振而破坏整个传动系统，提高了整机的安全性能。齿轮箱与发电机之间还采用联轴器连接，可在异常情况下通过扭矩的限制保护整个传动系统；该联轴器还充分考虑了免维护的特性，一般20年寿命期无需作任何保养维护或更换零部件。 1.3异步发电机设计具有一定的安全裕量，防止阵风引起的瞬时冲击过电流损坏发电机，同时在低风速轻载荷时依然能保持较高的效率。 1.4机组的制动系统采用了多级制动，在此基础上运用了柔性刹车技术，制动过程安全可靠平稳。 1.5机组设置了自动对风偏航系统，控制系统通过风向标确定风向自动调整风力发电机组的方向。当风向发生偏转时，控制系统根据风向标信号，通过电机驱动使机舱自动对准风向。偏航系统在工作时带有阻尼控制，并采用优化偏航速度的设计，使机组偏航旋转更加平稳，另经过精密的调校，在降低噪音方面也有不俗的表现。 1.6机组的机舱基本上是全密封，密封性良好，大大减少了外部环境对机舱内部的影响。该机舱顶部还设置有避雷针，加强了机组的安全性。在设计上除了考虑安全性之外还特别注重人性化，设计了电动提升装置，方便工具及其他的提升，便于机组的维护工作。 1.7控制系统由就地控制和远程控制两部份组成，就地控制设计有软并网装置和无功补偿装置，软并网装置可将电流限定在额定值的1.5倍之内。无功补偿装置可保证功率因数在额定功率点达到0.98以上。远方控制带有全面的信息系统和报表打印、数据分析等多项功能，可以实现远程监控。 1.8整个机组可单独由计算机控制，自动化高，数据自动采集处理等并可远程监控。 二、 叶轮 东兴风盈DF52/800风力发电机组叶轮部分由三个叶片和一个轮毂组成，每个叶片通过40颗螺丝固定在轮毂上。 ☆ 根据风机所在风场的平均风速、海拔高度、空气密度等实际情况进行有针对性的设计各种气动性能的叶片； ☆ 叶片铺层、阻尼结构、叶尖制动系统的新技术应用使得叶片运行更加可靠； ☆ 在功率调节方面我们采用结构简单、性能可靠的失速调节方式，这种失速调节方式比变浆距机组在动态载荷方面要小很多。 材料方面: ☆ 所用的金属材料及相关的零部件所用的材料都是经过分析测试，各项性能指标均达到良好状态； ☆ 全新固化剂保证了环氧树脂产品的性能，粘结胶及液压缸均按航空标准定制，粘接胶耐温-50℃——50℃，液压缸工作温度-40℃——50℃； ☆ 玻璃布、纤维及结构胶的性能、疲劳等各项性能指标均达到较高的标准。 生产工艺 ： ☆ 镜面模具提高了叶片表面光泽度，增加了叶片的气动效率； ☆ 抽真空成型，消除了空气分子，水分子等易形成的一些缺陷，大大提高了主梁的质量和叶片的刚性； ☆ 底层的胶衣层和基体直接固化在一起，提高了结合力。 产品试验： ☆ 叶片试验通过了静动强度和刚度频率试验； ☆ 按照德国劳埃德标准采集数据、进行疲劳试验激振、动态信号分析，每组叶片的重量互差控制在0.1%以下，重心互差在10mm以下，风轮转动平稳； ☆ 设计极端风速达75m/s； ☆ 按照德国劳埃德标准及航空产品实验技术进行的疲劳试验表明，DF52/800风力发电机组采用的叶片寿命达22年。 三、 齿轮箱： 风力发电齿轮箱的作用是将风力带动的浆叶经齿轮箱增速后传给发电机发电，风电齿轮箱是风力发电动力传递的核心装置，为此我们对DF52/800风力发电机组配置了专业生产的风电增速齿轮箱，安全系数大，从而确保机组稳定运行。 ☆ 结构设计 结构型式为一级行星加二级平行轴的结构型式，结构紧凑，安装方便，外齿轮材料为优质低碳合金结构钢，内齿圈磨齿，轴承全部精选进口轴承，且多为双列向心球面滚子轴承，单列园柱滚子轴承等。 ☆ 齿轮箱的润滑 齿轮箱的润滑为强制润滑，润滑充分。润滑系统设置有油泵、过滤器，还设置有电加热器，测油温的热电阻ＰＴ100，油位传感器，液压空气滤清器等等，以适于地面监控，润滑油采用抗磨及润滑性能好的Mobil生产的XMP SHC320抗点蚀润滑油； ☆ 轴承全部为ＳＫＦ、ＦＡＧ等进口轴承，轴承寿命按GL规范计算， 大于130000小时，满足额定载荷之要求; ☆ 配置的强迫风冷外循环冷却器，使得在40℃的环境下保持油温在65℃以下，延长了润滑油的使用寿命，确保齿轮箱运行时正常润滑； ☆ 用弹性支撑安装齿轮箱，减少了震动、吸收噪音、减弱了峰值扭矩，同时载荷分布趋于均匀，从而降低了机组运行的故障率； ☆ 主要零件的选材和技术要求 主要零件从选材和技术要求上都是高标准：箱体材料为QT400－18AL，各项性能指标达到GB/T1348和 GB/T9439的规定，内表面涂海虹牌专用防腐漆；轴材料为42CrMoA或34Cr2Ni2MoA调质处理，硬度要求为HRC28~33；齿轮、齿轮轴材料为20CrMnMo或17Cr2Ni2MoA或20CrNi2MoA，齿轮经渗碳淬火，齿轮精度高于GB/T10095.1-10095.2规定的 5级，并根据载荷情况作必要的齿形和齿向修正。内齿圈材料为42CrMoA，精度高于GB/T10095.1-10095.2规定的 6级，输入轴材料选用QT700-2、42CrMoA、ZG35CrMo。 四、发电机 —DF52-800风力发电机组采用三相异步发电机，额定功率为800kW。防护等级IP54，绝缘等级H级（温升按照B级考核） 、VPI浸漆处理。 —定子线圈采用成型绕组，使用高温烧结自粘线，提高了匝间耐电压能力，VPI处理，强化线圈的对地和匝间绝缘性能。转子采用耐电晕绝缘结构，保证电机绝缘可靠性，发热可靠，提高发电机运行寿命。 —发电机采用混合通风结构，机座内部通过内风扇轴向通风，将定转子绕组产生的热量带入定子壳体内循环通风道。外壳采用带散热片散热性能好的结构，外部风扇直接安装在电机的转子轴上。电机转动时，气流通过外壳散热片之间的通道，带走大量的热量，从而保证了发电机的冷却，使得定转子温升低。 —电机绕组和轴承采用PT100进行自动监控温度，随时监控各相绕组的温度。出现故障后，随时报警并停机。 —发电机采用进口高质量的SKF轴承，确保轴承寿命，减少停机时间。 电机绕组装有加热元件，可防止水汽凝结。 五、 偏航系统 —东兴风盈DF52/800风电机组的偏航系统采用主动对风的形式，在机舱顶部后端设置有风向标。当风向持续发生变化时，风向标采集到新的风向信号并传送到控制系统，控制系统根据风向标传递的信号分析比较后控制偏航系统使整个机舱偏航后对准主风向。 —偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，抗冲击载荷能力强。 安全可靠的偏航刹车： —偏航刹车采用的是液压制动器，停止工作时液压制动器将偏航轴承牢固锁定从而使机舱不会发生偏转；偏航工作时，五个液压制动器都加有部分液压刹车载荷，使得偏航过程中始终有阻尼存在，保证偏航时机舱平稳转动。 —位于偏航电机驱动轴上的电磁刹车具有失效保护功能，在出现外部故障（如断电）时，电磁制动系统仍能使机组的偏航系统处于可靠的锁定状态。 六、 电气控制系统 DF52/800kW风力发电机组电控系统能够实现以下功能： 1）正常运行控制功能 电控系统应该具有以下正常运行控制功能：自动起动与脱网；自动偏航对风与解缆；补偿电容自动投入与切出；齿轮油自动加热与冷却；发电机自动加热与冷却；控制柜自动加热与冷却；液压泵自动启动与停止等。 2）参数监测与记录功能 无论风力发电机组是处于并网状态还是处于脱网状态，电控系统应能对电网、风况和机组的运行状况进行监测和记录，对出现的异常情况能够自行判断并采取相应的保护措施，并能根据记录的数据，生成各种报表，以反映风力发电机组的各项性能指标。 3）安全保护功能 电控系统应具有对机组实施安全保护的功能。当风力发电机组不能保持在它的正常运行范围内时，则应启动安全保护系统，使风力发电机组维持在安全状态。 安全保护系统分三层结构：计算机系统，独立于计算机的安全链，器件本身的保护措施。在机组发生过振动、过速、主空开跳闸、过扭缆、紧急停机、控制器看门狗失效等故障时应触发安全链，安全链动作后，机组不允许自动复位。对于电网电压过高，风速过大等故障发生后，电控系统在系统正常后可自动复位，重新起动风力发电机组。 4）人机交互界面 电控系统须配备可显示、操作的人机交互界面，其设计应满足风力发电机组无人值守自动运行、控制及监测的要求，界面简单明了，控制操作方便灵活。参数设置与修改应设有权限密码保护，以确保不进行越权操作。 5）机舱维护功能 机舱设有为维护检修而装配的开机、停机、左偏、右偏、维护复位旋钮，机舱内的停机享有绝对优先权。塔架内控制系统及中央监控系统的命令不能干扰或取消机舱内的命令信号。控制器配有授权参数设置功能，可通过键盘修改各种极限值和参数。 6）远程通信功能 可通过维护开关人为屏蔽远程操作。开关位于正常位置时，所有收集的风力发电机组运行数据可通过某一通讯信道传送至中央监控系统，中央监控系统对风力发电机组发出的控制指令也可通过通讯信道传送至就地控制器。开关位于维护位置时，中央监控系统发出的控制指令无效，但仍然能够收集风力发电机组的运行数据。 7） 安全防护功能 控制系统应具有良好的防雷击设施，并具有良好的抗低温性能；控制器壳体、元器件应具备良好的防腐、防潮湿、防盐蚀、密封及散热性能。 防护等级：IP54，即能防止尘土进入壳内，带电部件是不足以影响设备的正常工作，承受任何方向的溅水，无有害影响。 柜体内电气元件紧固可靠，各个元器件及布线排布整齐、连接牢固、统一标识并编号，实物与图纸必须一一完全对应。 各个柜体上的电缆锁紧帽根据线缆直径合理选择，具备有效锁紧性能；线缆端头连接必须牢固，有力矩要求的螺栓必须按照标准力矩紧固。 七、通讯说明 根据该项目提供的相关资料，我们按照单机800kW容量进行了风场初步布局，按地理位置分区分组（最多不超过四组）与中央监控系统采用多模光纤连接组网、中央监控机通过通讯能集中控制每台风机、远程监视站与中央监控的连接与控制采用互联网，可有线和无线接入。 每套中央监控设备包含台式计算机、打印机及图形化软件作为单元风机的中央监视控制。同时预留通讯端口，在远程和风电场设立监视站（无控制功能），配备调制解调器、台式计算机、打印机及远程监控软件，通过互联网传输实现远程监测风场运行的目的。 我们已经在广东汕头惠来风电场组织实施了中央监控通讯组网连接工程，取得了良好的效果。 八、抗台风 从招标文件的气象介绍可以看出，广东珠海市曾多次遭受热带风暴和热带强风暴以及台风的侵袭，所以，在高栏岛风电场安装的风电机组，必须能台风的侵袭下保证安全。 高栏岛各测风塔实测风资源参数 项 目 站 名 测风站 高度(m) 3-25 m/s时数百分率（%） 平均 风速 (m/s) 最大 风速 (m/s) 极大 风速 (m/s) 平均 风功率 密度 (W/m2) 有效 风能 时数 （h） 有效 风功率 密度 (W/m2) 风能密度 (kWh/m2) 1# 红沙山 10 81 6.3 31.0 42.1 326.3 7065 392.0 2836.3 40 84 6.5 31.9 38.6 355.8 7275 411.4 3092.9 60 85 6.6 32.2 39.0 360.9 7351 412.8 3137.0 芒斜坳顶 10 86 6.6 26.9 41.3 324.3 7442 376.0 2813.0 30 87 6.8 36.0 45.5 348.2 7568 374.6 3020.9 40 88 6.7 33.6 42.4 317.6 7659 340.8 2755.0 3# 大脑山 10 85 7.4 40.7 54.6 514.3 7371 542.5 4463.4 30 91 7.7 39.8 49.3 529.9 7896 514.3 4598.9 变桨距机组与失速机组载荷计算和强度设计方法的不同，很大程度上影响了台风下叶片的安全性。为了降低叶片成本，变桨距叶片根据其在正常工况下载荷较小的特点，大多设计的比较轻，刚度相对较小。但在极端风况条件下，变桨距叶片受到的叶片载荷很可能超出设计允许值，造成了叶片失稳结构破坏。这样的事故在国内外风电行业出现过多次，特别是2003年9月2日杜鹃台风造成国内某风场13台变桨距机组的叶片损坏。而DF52/800 风力发电机首台样机，已在广东惠来经受了“莲花”、“浪卡”、“莫拉菲”3次台风考验，其中“莫拉菲”台风的最高风速达到35m/s。 九、 防腐 风力发电机组作为一种野外自然环境下的发电设备，承受高低温、台风、雷击、风沙和各种腐蚀等恶劣的自然环境，尤其在沿海地区，潮湿的气候环境下，机组的防腐处理更是重要，腐蚀不仅是机组美观和运行维护，严重还会影响到整机结构的强度，出现安全问题。 东兴风盈公司在总结国内外风电设备制造技术的基础上，结合沿海一带潮湿、盐蚀的影响，按照GB/T 14091-1993〈机械工业产品环境参数分类及其严酷程度分级〉标准的要求进行防腐处理，为此采取了如下技术措施： ◇ 金属零部件： 沿海地区气候比较潮湿，为达到防腐的目的，我们采用国际品牌“海虹”老人牌防腐漆，底漆采用双组份环氧富锌漆，具有极强的电化学保护能力和较高的结合力；中间漆采用双组份聚酰胺环氧漆，加入高强度耐磨剂，具有很强的抗风沙冲击能力；面漆采用双组份聚胺脂面漆，具有良好的防紫外线能力。根据我们使用的效果看，以上防腐技术无论在潮湿盐蚀环境还是在干燥风沙大的地方，都具有良好的防腐效果。 ◇ 紧固件、标准件： 所有标准件均采用达克罗涂层防腐，达克罗涂层由重叠在一起的独立锌片、铬酸聚合物单元组成，抗腐蚀能力极佳。达克罗涂层在经过了100小时的盐雾试验后，才被腐蚀掉一微米，比传统的表面镀锌处理工艺，工件的耐蚀性提高了七至十倍。同时达克罗的处理过程不需要酸处理，也不存在电镀时的渗氢问题，加上涂层在高温下固化，所以从工艺上保证了达克罗涂层不会存在氢脆，这使得它可以被应用在抗拉强度要求高的高强度零件的防腐处理，是一种“绿色电镀”工艺。同时我们还将所有没配合的裸露面先涂层防锈油再用塑料袋包起来，经过现场使用收到很好效果。 十、防雷 防雷系统设计分设备防雷击和发配电系统及控制系统防雷电过电压和系统内部过电压两部分。 1.风力发电机组设备防雷：整个风力机组离地70多米高，易遭遇雷击，尤以到达高度最高的叶片为重。叶片表面材质对低压电是绝缘的，但对雷电这种高电压却是具有一定电阻的导体，成了一个高耸避雷针的接闪器，当雷电流流过叶片表面到达叶片内的金属骨架时，由于电阻的存在而产生大量的热量，使叶片局部瞬间烧毁或炸裂，据此，我们在叶尖和叶片边缘每间隔一定距离设置一不锈钢块，让其凸出叶面几毫米，内部与金属骨架相连接，而制成多个金属接闪器，叶片与轮毂用螺栓将防雷导线连接牢固，无阻碍地将雷电流引入大地，从而有效地保护了叶片和机舱等免受雷击。 叶轮引下的雷电流，经叶轮防雷碳刷直接引至机舱金属底座，再由偏航齿轮接地碳刷引至金属塔筒和塔筒底座；塔筒底座又与直径16米的钢筋混凝土基础内的多条主钢筋的相连接地，同时塔筒底座还与接地电阻小于4Ω的接地网多点相接。接地网由8个沿直径18米的圆周均匀分布接地极，由40×4的镀锌扁钢圆环水平连接并分3路引接至塔筒底座；接地极由1000×1000×4钢板面中心垂直焊接一ø50×3×2000的镀锌钢管，挖坑植入，并填入降阻剂，埋于塔基底面周围地下，取得良好的接地效果，完全能满足接地困难的山区坚土层和其他砂石土层的接地要求。 如图示： 另外，机舱底座还有一支风力专用电缆FRV-95mm²的电缆发电机电缆一路引到塔筒底部的控制柜边，与接地网相连。 这样使得大体积和大面积的机舱金属体和塔筒金属体得到良好的等电位连接，有效地防止了感应雷击。 装于机舱尾部的风向标和风速仪采用单独的避雷针保护，避雷针引下线采用BV-70电缆连接到机舱金属底座。 机组接地系统如下图所示： 2. 发配电系统及控制系统防雷电过电压和系统内部过电压：东兴风盈DF52/800风力发电机组的发配电系统及控制系统防雷电过电压和系统内部过电压符合GB50057-1994的相关规定，通过SPD（防雷及电涌保护器）对有源线路（包括电源线、数据线、测控线等）进行等电位连接，将通过电流、电感和电容耦合三种耦合方式侵入到系统内部的大能量的雷电流泄放，并将残压控制在系统绝缘容许的范围内。 箱变35KV进线端接一组高压避雷器，防止雷电等过电压损坏35KV高压电缆，并避免雷电等过电压沿线路传递给其他发变电设备而造成灾难性的损坏。 如此形成了完整的风力发电机组设备防雷击系统，其有效性，已于安装在广东汕头惠来风场的东兴风盈DF52/800机组上，机舱的防雷保护等级为LPZ01。在历经今年4月份以来多次强台风和雷电中得到了检验。充分保护整套风机设备包括塔筒免受雷电的损坏。完全符合IEC41400-24标准，满足广东及其沿海多雷、频繁的闪击率地区LPZ0A级防雷要求。