2MW風機技術說明

1、2mw風電機組技術說明書1. 技術來源2.0mw雙饋式風電機組是海裝公司與德國aerodyn公司根據(jù)中國市場需求與配套能力聯(lián)合開發(fā)的，為三葉片、上風向、水平軸、電氣變槳、變速恒頻、主動對風、傳動鏈采用兩點支撐原理的機組。2.0mw雙饋式風電機組所有型號按照標準化、系列化和通用化進行設計和制造，可適應積雪、結冰、沙塵和低濃度鹽霧等惡劣環(huán)境。2007年海裝公司與德國aerodyn公司簽定了合作設計2.0mw雙饋式變速恒頻風電機組控制系統(tǒng)的合同。海裝公司擁有該控制系統(tǒng)技術使用、修改、轉讓以及產(chǎn)品銷售的全部知識產(chǎn)權。序號部 件單位數(shù)值1機組數(shù)據(jù)1.1制造廠家/型號海裝公司/hz2.0mw1.2額定功率

2、kw20001.3風輪直徑m931.4切入風速m/s31.5額定風速m/s111.6切出風速（10分鐘平均值）m/s251.7極端（生存）風速（3秒最大值）m/s52.51.8預期壽命年201.9設備可利用率%951.10該機型已安裝數(shù)量臺12葉片2.1制造廠家/型號保定惠騰/中船725所2.2葉片材料玻璃纖維2.3葉片數(shù)量片33齒輪箱3.1制造廠家/型號重齒風電/ fl2000h3.2齒輪級數(shù)33.3冷卻方式油水冷4發(fā)電機4.1制造廠家/型號中船電機股份公司、大連天元電機廠4.2額定功率kw20684.3額定電壓v6904.4功率因數(shù)0.9（感性）0.9（容性）4.5絕緣等級f4.6冷卻方式

3、空水冷5制動系統(tǒng)5.1主制動系統(tǒng)空氣制動6.2第二制動系統(tǒng)高速盤式制動7偏航系統(tǒng)7.1型號/設計永進齒輪/ ph20007.2控制電氣7.3偏航驅(qū)動數(shù)量臺47.4單臺偏航電機功率kw57.5偏航控制速度/s0.87.6風速儀型號進口/4.3519.00.7617.7風向儀型號進口/4.3129.00.7618變槳系統(tǒng)8.1生產(chǎn)廠家lust/kk8.2類型電氣變槳8.3柜體數(shù)量個6/49變頻器（如采用雙饋式異步發(fā)電機）9.1變頻器型號abb9.2額定容量kva480/11609.3輸入/輸出電壓v/v6909.4冷卻方式空冷9.5頻率范圍hz495110液壓裝置10.1制造廠家/型號進口/meh

4、-1010-0139-80211現(xiàn)地控制系統(tǒng)11.1型號/設計海裝公司/hz2.0mw12防雷保護12.1防雷設計標準iec標準12.2機組接地電阻值413重量13.1機艙kg9340013.2發(fā)電機kg780013.3齒輪箱kg2250013.4葉片kg789313.5葉輪（不含葉片）kg20000設計理念主要的標準和規(guī)格為： iec國際電工技術委員會標準iso國際標準化委員會標準gl 德國勞埃德din德國標準化協(xié)會標準din-vde德國標準化協(xié)會電氣委員會標準ieee電氣和電子工程師協(xié)會標準iea國際能量所cee電器設備國際委員會和統(tǒng)一標準及認證標準en歐洲標準iec-34旋轉式設備的設計

5、標準gb中國國家標準ansi美國國家標準學會dl中國電力行業(yè)標準整機的設計壽命不低于20年 振動的設計標準部件允許振動標準設計值機艙iso2372iso2954iso7919gl的相關標準齒輪箱高速軸/低速軸發(fā)電機葉片塔筒基礎2 機組說明2.1 風輪風輪在8.3 rpm到16.8 rpm的轉速范圍內(nèi)正常運行。風輪采用變槳變速調(diào)速系統(tǒng)，可根據(jù)風速的變化自動調(diào)整風輪轉速。葉片通過變槳軸承連接在輪轂上，由安裝在輪轂里邊的三個變槳電機驅(qū)動，通過變槳變速控制轉速，使風電機組能夠達到最佳的能量輸出。葉片的翼型采用最新的空氣動力學研究成果來設計，并且制造工藝先進、成熟，質(zhì)量通過精密的模具來保證，葉片經(jīng)過了靜

6、、動強度和剛度頻率試驗和測試并進行了疲勞試驗，壽命超過20 年，葉片用高強度螺栓連接在變槳軸承上。變槳驅(qū)動設備及其控制裝置集成到輪轂里邊，并配備蓄電池組，即使在電網(wǎng)停電的情況下也可以完成順槳動作。同時安裝了自動潤滑裝置，專門用于變槳軸承和齒輪的潤滑。變槳軸承設計成預應力軸承，使葉片變槳動作時振動小、運行平穩(wěn)。 輪轂的結構設計采用有限元分析，以滿足極限載荷和疲勞載荷要求，同時通過嚴格控制球墨鑄鐵材料成分和微觀金相組織，保證了輪轂材料的優(yōu)良機械性能；加上專門的鑄造工藝、精密的加工制造、先進的探傷檢驗手段，保證了其制造質(zhì)量。輪轂通過高強度螺栓和風電機組主軸連接，將動力輸入主傳動鏈。2.2 傳動鏈主軸

7、采用兩個軸承支撐，前軸承作為浮動端主要承受徑向載荷，后軸承作為固定端承受軸向載荷。齒輪箱通過鎖緊盤與主軸相連接。整個傳動鏈采用2點支撐雖然增加了部分成本，但可靠性大大提高，同時提高了可維護性。軸承座：主軸前軸承由一個與風輪鎖定裝置整合為一體的專用軸承座來支撐，機組在進行調(diào)試、維護、檢修時用鎖緊螺栓將整個傳動系統(tǒng)鎖死，工作人員可以很安全地在艙內(nèi)和輪轂內(nèi)工作，并可直接從艙內(nèi)進入輪轂內(nèi)。軸承座采用球墨鑄鐵材料，它具有很好的抗震性。軸承通過雙v形圈密封，可以很好的保證油脂不會向外泄露，使機艙清潔而不受污染。齒輪箱帶有一級行星齒輪和兩級正齒輪，齒輪箱中的齒嚙合具有高效率和低噪音的特點。彈性支撐與齒輪箱轉

8、矩臂通過彈性元件調(diào)節(jié)，直接與機座連接。齒輪箱上的彈性支撐裝置運用了活動支承，非常有效地隔離了聲音和振動從齒輪箱到機座的傳遞。彈性支撐的彈性元件使用高強度橡膠材料，以延長其使用壽命。齒輪箱油潤滑和在線過濾系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)由油泵過濾裝置、油/水熱交換器、壓力傳感器等組成。油泵向系統(tǒng)供油，潤滑油經(jīng)二級濾油器過濾后到溫控閥，溫控閥根據(jù)潤滑油的溫度控制潤滑油的流向。當油溫低于45時，潤滑油直接進入齒輪箱；當油溫高于45時，溫控閥開始動作，潤滑油經(jīng)油/水熱交換器冷卻后再進入到齒輪箱。在過濾器的入口和齒輪箱的入口都裝有壓力傳感器用于檢測潤滑油的壓力。過濾器為二級過濾，當冷啟動（潤滑油溫度過低），或過濾器濾芯壓差

9、大于4bar時，濾芯上單向閥打開，潤滑油只經(jīng)過25m的粗過濾；當溫度逐漸升高，或濾芯壓差低于4bar時，濾芯上單向閥關閉，潤滑油經(jīng)過10m過濾。在過濾器上裝有壓差發(fā)訊器，當濾芯堵塞，壓力差達到3bar時壓差發(fā)訊器發(fā)訊，提示更換濾芯。圖3.1 齒輪箱潤滑和冷卻系統(tǒng)海裝公司所采用的齒輪箱采用迷宮密封、特殊回油等方式；通過多年的經(jīng)驗對齒輪嚙合取合適的側隙，并采用特種高精設備對齒輪做特殊的修形修向處理，增加了齒輪傳動的平穩(wěn)性，提高了齒輪箱抗沖擊的能力，同時也降低了齒輪箱的振動及噪聲；齒輪箱各潤滑點全部采用強制潤滑方式，使關鍵部位的潤滑和冷卻得到了保障，保證了齒輪箱長期運行的安全性。齒輪箱水冷卻系統(tǒng)水冷

10、卻系統(tǒng)由水泵裝置、水/風冷卻器、壓力罐、壓力繼電器、銅熱電阻等組成。水泵工作后，冷卻水經(jīng)油/水熱交換器、水/風冷卻器組成冷卻水循環(huán)回路。當冷卻水溫度達到一定值時，例如50時，水/風冷卻器電機啟動；當油溫降到一定值時，例如45時水/風冷卻器電機關閉。水泵出口設有壓力繼電器，當冷卻水壓力低于0.6bar時,壓力繼電器發(fā)出低壓報警信號。水泵出口設有銅熱電阻(pt100)，用于檢測冷卻水的溫度并控制水/風冷卻器的電機工作或停止。聯(lián)軸器和制動器：在齒輪箱高速軸端安裝有一個制動裝置，并通過具有補償能力的聯(lián)軸器與發(fā)電機相連。在聯(lián)軸器上還裝有一個力矩限制器，用于防止在發(fā)電機故障的情況下齒輪箱上出現(xiàn)瞬時峰值力矩

11、，以保護齒輪箱不受損壞。所有的傳動系統(tǒng)零部件都是來自國內(nèi)外知名的、長期從事該行業(yè)的供應商，他們的產(chǎn)品以高質(zhì)量和高可靠性著稱，具備完全符合設計要求的防腐蝕保護。所有主要零部件在發(fā)貨前已在廠內(nèi)經(jīng)過全面的性能測試。2.3 發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)是能否獲得高效、高品質(zhì)電能輸出的關鍵。采用雙饋異步發(fā)電機變流器系統(tǒng)是目前世界上級風電機組的主流模式。雙饋異步發(fā)電機可靠性高、結構緊湊、體積小、重量輕，變流器功率?。ㄖ恍枰L電機組額定功率的1/3左右），低噪音傳播、特別是低風速以及電網(wǎng)供電特性都得到了明顯改善。變速發(fā)電機提供了在部分載荷條件下相當大的功率波動濾波以及在額定功率工作條件下的幾乎完全濾波。這可使風電機組運

12、轉時的噪音明顯減小并大大降低了結構上的動力載荷。陣風能量通過風輪的加速得到緩沖而能夠平穩(wěn)地進入電網(wǎng)，傳送入電網(wǎng)的電壓和頻率保持恒定。1）發(fā)電機變流器系統(tǒng)hz2.0mw的發(fā)電系統(tǒng)是由雙饋式異步發(fā)電機和采用igbt技術的變流器構成。在次同步工作模式下，發(fā)電機定子向電網(wǎng)輸送全部的電能，通過發(fā)電機的滑環(huán)從變流器向發(fā)電機提供轉差功率；在超同步工作模式下，發(fā)電機通過定子直接將大約83的功率輸送給電網(wǎng)，剩余的功率（約17）由發(fā)電機轉子通過變流器輸送到電網(wǎng)。與其他系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具備低損耗的優(yōu)點，因而能保證較高的總效率。此外，由于使用的零件數(shù)少、設計緊湊，該系統(tǒng)還具有非常出色的適用性。發(fā)電機采用完全封閉式包裝

13、，保護等級為 ip 54，發(fā)電機組具有空水冷卻系統(tǒng)。變流器安裝在機艙內(nèi)，電磁兼容性好、穩(wěn)定、可靠。變流器采用最新的igbt技術和dsp控制技術，具有電能雙向流動、低失真和低諧波含量等特點。此外，變流器還配有并行、串行接口，供廠內(nèi)和現(xiàn)場調(diào)試使用。圖3.2 發(fā)電機變流器系統(tǒng)簡圖2）發(fā)電系統(tǒng)的技術數(shù)據(jù)額定功率： p 2068 kw （額定有功功率）額定速度： n 1755 rpm (發(fā)電機轉速)額定視在功率： a 2389 kva 功率因數(shù)： 0.9電感(欠激勵)到0.9電容(過激勵) cos phi 給定值 缺省值為1額定頻率： 50 0.5hz額定電壓： 690 v 10額定電流： i = 17

14、50 a (在額定電壓下)3）變流器功能： 控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率功率半導體器件： igbt保護： ip 54 冷卻： 強制空氣冷卻4）發(fā)電機額定功率/速度： pel 2068 kw / n 1755 rpm 額定電壓： 0.69kv，三相不平衡度5%速度范圍： n 950 到2050 rpm極限轉速： n 2160 rpm （5s） 類型： 異步、雙饋繞線式發(fā)電機額定功率時的效率： 不低于97%顫動等級： n絕緣等級（定、轉子）： f中心高： 500mm保護： ip 54冷卻： 空水冷傳感器： pt 100（用于監(jiān)控軸承的溫度） pt 100（用于監(jiān)控線圈的溫度） 電刷磨損監(jiān)測

15、傳感器 滑環(huán)室溫度傳感器2.4 偏航系統(tǒng)偏航由四個電制動的齒輪電機來控制和驅(qū)動。精密的風向測量方法和控制軟件能保證葉輪準確的對準風向，并減少由偏斜氣流所引起的能量損耗和其他載荷損失。風向傳感器和相應的軟件一起控制電機接通時間及旋轉方向，檢測60秒平均風向若偏差超過15則啟動偏航，偏航速度為0.8/s。在該偏航系統(tǒng)中的偏航傳感器能監(jiān)控由于風向變化導致的電纜過于扭絞并啟動控制器反方向扭開該電纜。具有1080度偏航限位功能。若機艙在風況改變過程中在同一方向多次改變其位置，它同樣能確保電纜能自動解纜。2.5 變槳系統(tǒng)1）概述變槳系統(tǒng)通過改變?nèi)~片的槳距角，從而改變風電機組獲取風能的大小。hz2.0mw風

16、電機組的變槳系統(tǒng)采用直流電氣變槳，每個葉片具有獨立的變槳機構，每個葉片的槳距角由兩個獨立的編碼器進行測定。在風速大于額定風速時，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距，改變氣流對葉片攻角，從而改變風電機組獲得的空氣動力轉矩，使功率輸出保持穩(wěn)定。在風速小于額定風速時，槳葉節(jié)距可以轉動到合適的角度，使風輪獲得最大的空氣動力轉矩，盡可能多地獲取風能。風電機組需要脫離電網(wǎng)時，變槳系統(tǒng)快速轉動葉片使之減小風能吸收，降低風輪轉速，使風電機組運行更穩(wěn)定、更安全。2）變槳系統(tǒng)的組成hz2.0mw機型的變槳系統(tǒng)是6柜系統(tǒng)（即3個軸柜和3個電池柜），控制器放在其中一個軸柜中。變槳系統(tǒng)示意圖見圖2.2。圖3.3 變槳系統(tǒng)示意圖3）功能描述葉

17、片通過帶內(nèi)齒的變槳軸承連接在輪轂上。每個葉片都是獨立驅(qū)動，由變槳系統(tǒng)通過與變槳軸承內(nèi)齒嚙合的變槳減速箱驅(qū)動。正常工作時，通過變槳角度控制發(fā)電機的轉子轉速在額定范圍內(nèi)，進行功率控制。任何停機情況下，葉片都要轉到順槳位置。正常停機和一般故障停機時，變槳系統(tǒng)電源來自電網(wǎng)，使葉片轉到第一個極限開關位置；如果第一個開關失效，葉片繼續(xù)轉到第二個極限開關位置。極限開關觸發(fā)后，變槳電機的剎車將動作，葉片停止轉動。電網(wǎng)故障等緊急停機時，變槳系統(tǒng)采用備用電池來供電，變槳系統(tǒng)備用電源能夠保證在最壞的情況下葉片都能轉動到順槳位置。2.6 機座和機艙罩機座主要是由q345e鋼焊接而成的組件組裝而成，分為前機座、發(fā)電機機

18、座兩大部分，從而大大降低了對熱處理和加工設備的要求，有利于質(zhì)量控制，降低了生產(chǎn)成本。機艙罩的設計充分考慮了道路運輸?shù)臈l件限制、工藝制作過程的形狀變化，在性能滿足gl規(guī)范要求的基礎上，采用三塊式設計。該設計并具有外部尺寸緊湊、內(nèi)部空間大、便于運輸、易于裝配等優(yōu)點。機艙后部設計有一個防沙隔板，該隔板將機艙主體空間與熱交換器隔離開，使散熱氣流從底部進入、尾部流出。機艙前部設計有維修通道，可直接從機艙內(nèi)部進入導流罩內(nèi)，對輪轂內(nèi)設備進行調(diào)試和維護。整個機艙罩還采用隔振設計以達到降噪的目的。2.7 塔架塔架主體（設計重量約179噸）采用錐形鋼圓筒結構形式，高度77m，由四段組成；基礎環(huán)設計重量約16噸；整

19、個塔架鋼結構總重約195噸，塔架底部最大直徑為4.2m，頂部最小直徑約3 m；塔架與基礎、塔架段與段之間及塔架與機艙的連接采用高強度螺栓。塔架的內(nèi)部除常規(guī)配備有67m的人工爬梯外，還可選配一部最大載重可達240kg的電梯。該電梯以爬梯進行導向，采用對開門結構，電梯里的人員可以方便地移動到爬梯和平臺上。人員進入機艙可以從塔架最底部平臺搭乘電梯直達塔架第五級平臺（該平臺約65m高度），然后從第五級平臺通過一個約10m高的爬梯進入機艙內(nèi)部，可大大減輕維修人員上下攀爬的體力消耗、提高人員的工作效率。在最頂端的平臺設計有導油槽，主要作用是最大限度地保持塔架內(nèi)部的清潔，防止維護人員在油滑的平臺上跌倒。平臺

20、通過螺栓固定到焊接在塔架壁上的平臺支架上。該平臺結構不僅安裝方便也有利于維護。塔架內(nèi)配裝有常規(guī)照明設施和保險鋼絲繩。塔架法蘭采用環(huán)鍛碾壓工藝。在焊接工藝及控制驗收標準中，嚴格檢查焊縫性能是否滿足en 1714:2002-09標準規(guī)定的相關要求；是否滿足en iso 5817:2003-12標準規(guī)定的相關要求；同時還按照en 1712:2002-09制定的失效標準2級執(zhí)行。塔架頂端中心和塔架底部中心連線與理想中心線的偏差角度要求不能超過0.3度。底部法蘭與理想水平面的傾斜角度不能超過0.05度。塔架的總長度與理想值的差值只允許在-50mm到+10mm的范圍內(nèi)。塔架的防腐根據(jù)耐磨蝕、防紫外線要求，

21、按防腐標準en iso 12944-2 c5m等級執(zhí)行。根據(jù)en iso 12944長期保護標準，腐蝕保護期最少為20年。2.8 地基地基采用最接近圓形的正八邊形，在這種情況下，所需鋼筋及水泥材料較少，在保證強度性能的情況下達到節(jié)省材料的目的。3 控制系統(tǒng)說明3.1 控制系統(tǒng)概述hz2.0mw型風電機組采用分布式控制?？刂葡到y(tǒng)由底部控制柜、機艙控制柜等組成，其中，底部控制柜為主控制器，通過總線與機艙控制柜、變流器和變槳系統(tǒng)通訊?？刂葡到y(tǒng)硬件包含cpu、輸入/輸出模塊、繼電器、熔斷器、開關以及傳感器和供電設備等元器件?？刂葡到y(tǒng)在電網(wǎng)掉電的情況下，可通過ups維持約一個小時的供電。3.2 底部控制

22、柜在底部控制柜上裝有一只中斷設備供電用的總開關。風電機組內(nèi)部用電均由一臺690/400v輔助變壓器統(tǒng)一供電。在控制面板上有緊急停機按鈕，按下后可以斷開安全鏈，以啟動風電機組緊急停機程序?？刂泼姘迳?，可以用手動按鈕來完成風電機組的啟動、停機和復位，也可借助鑰匙開關接通維修模塊，以激活維修程序?？刂葡到y(tǒng)提供相應的接口，可使風電機組與遠程監(jiān)視系統(tǒng)通過光纖連接，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)交換及遠程控制。當“維修”模式被激活工作時，遠程控制不能啟動風電機組。3.3 機艙控制柜機艙控制柜位于機艙內(nèi)，聽從于底部控制柜的控制。它通過總線電纜與底部控制柜相連接，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的交換和控制信號的傳輸。控制信號傳輸?shù)綑C艙控制器后，

23、通過相應的i/o口傳遞給執(zhí)行機構。在機艙控制面板上，與底部控制面板一樣，可通過手動按鈕來控制風電機組的啟動、停機和復位，借助鑰匙開關接通維修模式，以激活維修程序。3.4 安全鏈安全鏈是一套硬連線電路，獨立于風電機組控制系統(tǒng)以外，且停機錯誤等級最高。其所有觸點均采用串聯(lián)形式，觸發(fā)緊急停機模式。安全鏈的觸點包括有機艙內(nèi)的緊急制動按鈕、塔架底部的緊急按鈕、轉子超速開關、變槳系統(tǒng)觸點、風電機組控制器的觸點、電纜纏繞觸點、變流器觸點等，實現(xiàn)對風電機組運行停機控制的冗余保護。安全鏈的動作不需要控制系統(tǒng)的支持，但卻被控制系統(tǒng)時刻監(jiān)測。安全鏈不允許遠程復位，只有通過塔基手動復位按鈕進行復位。3.5 設備運行特

24、性hz2.0mw型風電機組工作模式分為“待機”“啟動”“正常運行”“停機”“維修”。在風電機組運行時，風電機組控制系統(tǒng)將不斷地對傳感器信號（如：轉速、風速和葉片角度）進行檢查，以確定風電機組的工作模式。(1) “待機”模式“待機”模式下，葉片處于順槳位置（90），制動器處于松開狀態(tài)，自動偏航及輔助系統(tǒng)控制被激活。當啟動條件滿足，機組將自啟動，也可通過控制柜上啟動按鈕和遠程啟動信號進行啟動。(2) “啟動”模式風電機組由待機模式進入“啟動”模式后，首先判斷是否啟動“自檢程序”檢測制動器、蓄電池、變槳電機的工作情況及變槳角度傳感器的檢查。在低溫時完成對發(fā)電機、齒輪箱、控制面板中加熱器的啟動。葉片由

25、順槳位置向0方向旋轉。在風輪轉速達到切入風速時，發(fā)電機切入電網(wǎng)，完成“啟動”模式。(3) “正常運行”模式風電機組在“正常運行”模式下，控制系統(tǒng)通過接受傳感器數(shù)據(jù)運行特定程序，判斷風電機組是否故障，并做出相應動作消除故障或執(zhí)行停機，保證風電機組的安全，并通過顯示屏把信息顯示出來。在控制系統(tǒng)對風電機組進行錯誤監(jiān)測的同時，還對風電機組動作進行控制。如：根據(jù)風向的變化，及時啟動偏航系統(tǒng)進行對風操作。根據(jù)轉速的變化，計算出最佳的電磁轉矩和變槳角度，發(fā)送給相應的執(zhí)行機構，保證風電機組的效率及安全。（4）“停機”模式風電機組控制系統(tǒng)中，將錯誤分為各種錯誤等級。按照錯誤優(yōu)先級不同，決定其采用的停機模式也不一

26、樣。若在正常運行過程中，有不同等級的停機錯誤產(chǎn)生，則根據(jù)錯誤的等級高低，優(yōu)先執(zhí)行高等級錯誤所對應的停機模式。風電機組控制系統(tǒng)定義了3種“停機”模式正常停機、快速停機、緊急停機。風電機組停機控制應根據(jù)產(chǎn)生故障的種類在上述三種停機模式中進行選擇。停機后根據(jù)故障情況作不同的處理（如：器件更換、器件維修、重新啟動等）。(5) “維修”模式只有在風電機組進入停機狀態(tài)、啟動手動鑰匙維修開關后，才能啟動“維修”模式，確保工作人員進入風電機組維修的安全。在“維修”模式中，不能啟動風電機組，只能選擇部分控制功能滿足“維修”模式的需求（如：“偏航”）。3.6 人工控制功能在風電機組正常運行過程中，人為干預受到一定

27、的限制，但仍然可以執(zhí)行最高級的緊急停機按鈕故障程序。除此之外，還可進行風電機組復位、啟動控制，維修時的偏航控制、制動器的開/閉。3.7 故障、報警介紹故障或報警產(chǎn)生后，在顯示屏上顯示故障的種類。若只是警告錯誤，則不會引起停機動作，只發(fā)送警告信號，提示工作人員。對于停機故障，風電機組根據(jù)不同的故障類型，執(zhí)行不同的停機模式。待故障解除后，風電機組啟動復位程序，進行自啟動。若故障要求人工復位，則風電機組等待人工復位按鈕命令，再進行啟動。以下為風電機組部分故障。（1） 風電機組總線通訊故障；（2） 電網(wǎng)頻率故障；（3） 電網(wǎng)電壓故障；（4） 電網(wǎng)電流不對稱故障；（5） 風速超過限制風速；（6） 齒輪箱

28、油溫度過高；（7） 齒輪箱故障；（8） 發(fā)電機故障；（9） 電纜纏繞故障；（10）風速計故障；（11）風向儀故障；（12）液壓故障；（13）偏航位置傳感器錯誤。4 遠程監(jiān)控系統(tǒng)（rcms）4.1 系統(tǒng)概述rcms是以計算機網(wǎng)絡為基礎對風電場中的2mw風電機組進行遠程控制、監(jiān)測的自動化系統(tǒng)，能實現(xiàn)調(diào)度管理、遠程數(shù)據(jù)采集、設備控制、信號報警和人工復位、統(tǒng)計計算以及生成報表等功能。rcms由1套中央監(jiān)控系統(tǒng)、2套遠程監(jiān)視系統(tǒng)組成。中央監(jiān)控系統(tǒng)完成風電機組的調(diào)度管理、遠程數(shù)據(jù)采集、設備控制、信號報警和人工復位、統(tǒng)計計算以及生成報表等功能，其中，中央監(jiān)控系統(tǒng)由服務器、計算機和交換機等組成，安裝有遠程監(jiān)控

29、軟件、windows server 2000、microsoft sql server 2000等。如果中央監(jiān)控系統(tǒng)與因特網(wǎng)連接，還需安裝防火墻、路由器等。中央監(jiān)控系統(tǒng)與風電機組控制器之間的網(wǎng)絡連接采用光纖。單臺或多臺風電機組故障不會影響中央監(jiān)控系統(tǒng)的運行，中央監(jiān)控系統(tǒng)故障情況下各個風電機組仍可脫機運行。遠程監(jiān)視系統(tǒng)可實現(xiàn)風電機組的遠程數(shù)據(jù)采集、信號報警、統(tǒng)計計算以及生成報表等功能，其中，簡單的遠程監(jiān)視系統(tǒng)可以是一臺連接到因特網(wǎng)上的安裝遠程監(jiān)視軟件的計算機。4.2 硬件(1) 硬件原理風場具有面積較大、監(jiān)控中心距離遠、風電機組分布分散且數(shù)量大的特點，因此rcms硬件必須滿足風場控制數(shù)據(jù)傳輸距離

30、遠、傳輸數(shù)據(jù)量大、布線簡單節(jié)省的要求。rcms的硬件設計采用client/serve方案。風場采用光纖連接組建一個光纖數(shù)據(jù)網(wǎng)，通過光模轉換器接入風電機組控制器、氣象站控制器和變電站控制器；中央集控室包括兩臺服務器和多臺作為數(shù)據(jù)終端使用的計算機（根據(jù)用戶要求擴充或縮減），一個可靠的后備電源系統(tǒng)（ups，不間斷電源）（ups保證停電后至少正常運行10分鐘，以避免數(shù)據(jù)丟失），中央集控室通過帶光口的交換機、超五類網(wǎng)線組建通用的有線局域網(wǎng)絡，服務器如果需要可通過擁有ip地址的路由器接入因特網(wǎng)；通過一根遠距離光纖連接中央集控室交換機與風場光纖環(huán)使中央集控室與風場變成一個整體。光纖的布置平行于風場內(nèi)的電力電

31、纜（或與架空電線同桿架設）。中央監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結構圖如圖2.5所示。 圖3.5中央監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結構圖 (2) 硬件配置服務器2臺、計算機終端1臺（遠程監(jiān)視系統(tǒng)計算機另外計算）、交換機6臺、路由器和防火墻各1臺（如果需要接入因特網(wǎng)）、網(wǎng)線若干米、ups 1套、打印機1臺、光纖（視風場內(nèi)拓撲結構而定）、光纖收發(fā)器多套（視接入光纖環(huán)內(nèi)風電機組數(shù)量而定）。4.3 rcms的主要功能rcms的主要功能如下所述，可根據(jù)買方的具體要求增加相應的監(jiān)視和控制功能。(1) 控制功能l 啟動風電機組和整個風電場l 停止風電機組和整個風電場（正常和緊急情況下）l 復位風電機組和整個風電場(2) 監(jiān)視功能l 持續(xù)顯示風電

32、場的下列瞬時值 最近一次故障 風電機組并網(wǎng)的次數(shù) 風速(m/s)( 輪轂高度處) 總有功功率(mw) 總無功功率(mvar) 功率因數(shù)l 采集、顯示和儲存下列數(shù)據(jù)（即采集當前的數(shù)據(jù)） 單臺風電機組和整個風電場的狀態(tài)：待機狀態(tài)、啟動狀態(tài)、正常運行狀態(tài)、停機狀態(tài)、服務/維修狀態(tài)。 電網(wǎng)：電網(wǎng)頻率、三相電流、三相電壓。 速度：風速（輪轂高度處）、發(fā)電機轉速、風輪轉速。 角度：風向、機艙位置、機艙偏航角度、三個槳葉變槳角度。 溫度：環(huán)境溫度、機艙溫度、控制面板溫度、主軸承溫度、變流器溫度、發(fā)電機溫度（定子、軸承、繞組、冷卻水溫度）、齒輪箱溫度（軸承、潤滑油、冷卻水溫度）。 功率（單臺風電機組和整個風電

33、場）：有功功率（kw）、無功功率（kvar）、功率因數(shù)cos。l 統(tǒng)計、分析、顯示及存儲以下數(shù)據(jù) 故障信息（狀態(tài)、數(shù)量、種類、發(fā)生日和時間、故障持續(xù)時間以及日、月和累計的）：單臺風電機組故障、整個風電場故障、電網(wǎng)的故障。 時間：電網(wǎng)正常運行的時間(小時)、風電機組正常運行的時間(小時)、風電機組的月年和累計的運行時間(小時)、風電機組發(fā)電時間(小時)、風電機組服務時間(小時)。 溫度統(tǒng)計（10分鐘、日、月和年的平均值以及可能的最大溫度值）：環(huán)境溫度、機艙溫度、控制面板溫度、主軸承溫度、變流器溫度、發(fā)電機溫度（定子、軸承、繞組、冷卻水溫度）、齒輪箱溫度（軸承、潤滑油、冷卻水溫度）。 顯示功率曲線

34、以及以一個選定時段的功率曲線比較（kw m/s）。 單臺風電機組和整個風電場10分鐘平均有功功率（kw）。 單臺風電機組和整個風電場日、月、年和累計的發(fā)電量（kwh）。 單臺機艙上由風速傳感器和風向標測得的10分鐘、日、月和年的平均風速（m/s）和風向。 單臺風電機組屬于故障信息的電壓和電流。 單臺風電機組和整個風電場的年可利用率。 記錄手動開停風電機組時停機期間的發(fā)生時間、持續(xù)時間和次數(shù)。 記錄環(huán)境溫度變化開停風電機組時停機期間的發(fā)生時間、持續(xù)時間、次數(shù)以及此時的環(huán)境溫度。 記錄風速達到切出風速開停風電機組時停機期間的發(fā)生時間、持續(xù)時間和次數(shù)。 記錄風速低于切入風速開停風電機組時停機期間的發(fā)

35、生時間、持續(xù)時間和次數(shù)：記錄并保存以上所有的監(jiān)控資料和功能，且每月自動生成每臺風電機組的運行報告，從而提供風電機組運行和停機的歷史資料。(3) 控制參數(shù)修改功能當風電機組的一些控制參數(shù)發(fā)生變化時，能通過rcms系統(tǒng)對控制參數(shù)進行修改。(4) 警報提示功能：中央監(jiān)控系統(tǒng)的計算機在下列情況時發(fā)出視音頻警報l 故障和緊急停機l 手動開停機l 由于風速達到切出風速的停機l 由于周圍溫度超過允許范圍（過高或過低）的停機l 電網(wǎng)超過允許范圍的停機以上這些功能啟用的日志文件以數(shù)據(jù)和時間的形式進行記錄，需要時可以將這些文件打印出來。(5) 事故追憶功能事故追憶是數(shù)據(jù)處理的增強功能，本系統(tǒng)具備全部采集數(shù)據(jù)的追憶

36、能力，完整、準確地記錄和保存風電機組的事故狀態(tài)。(6) 數(shù)據(jù)處理、畫面顯示、打印功能系統(tǒng)對遙測數(shù)據(jù)進行合理性校驗和工程量處理，將數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。通過人機界面其圖形系統(tǒng)提供的功能強大的圖形編輯功能用圖形、報表、曲線等方式顯示出來，最終通過系統(tǒng)的打印功能，實時、定時或隨機打印出來。(7) 數(shù)據(jù)庫管理功能數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)用于保存大量的歷史數(shù)據(jù)和各種管理信息、設備狀態(tài)信息。(8) 培訓功能提供對操作人員，運行維護人員的上崗培訓功能，受訓人員面對和實際系統(tǒng)同樣的操作環(huán)境，操作界面，從而達到掌握系統(tǒng)運行管理、操作、日常維護、故障排除、替換故障元件等。系統(tǒng)在進行培訓時，受訓人員所做的全部操作不影響系統(tǒng)的正常

37、運行。(9) 密碼鑰匙功能能對系統(tǒng)中的每一用戶進行密碼鑰匙和操作權限的管理，能對不同的用戶分配不同的系統(tǒng)訪問、操作權限。 (10) 數(shù)據(jù)恢復功能在通訊中斷情況下，技術數(shù)據(jù)保存在風機里，當通訊恢復后，能將保存在風機里的數(shù)據(jù)上傳到中央監(jiān)控系統(tǒng)中，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。5雷電保護系統(tǒng)5.1 概述由于風電機組在野外使用的特點，自身的高度和內(nèi)部大量電器和電子設備的應用，加之中國大部分地區(qū)處于雷電高發(fā)區(qū)，導致了風電機組在應用過程中極易遭受雷電的侵害，所以風電力發(fā)電機組的防雷及電涌保護就顯得尤為重要。hz2.0mw機型風電機組的防雷及電涌保護設計都是以iec和國家相關標準為依據(jù)的。5.2 引用標準iec 614

38、00、iec 61312、gb 50057、gb 16895。5.3 具體技術設計根據(jù)iec61400的8.3條和gl標準7.3條的要求，對于風力發(fā)電系統(tǒng)的內(nèi)外部分成了以下幾個雷電保護區(qū)（如圖2.8所示）：必須在不同雷電保護區(qū)交界處進行有效的防雷及電涌保護設計。 圖3.8 風電機組雷電保護區(qū)防雷區(qū)的具體定義：lpz 0a本區(qū)內(nèi)的各物體都可能遭到直接雷擊和導走全部雷電流；本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有衰減。lpz 0b本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到大于所選滾球半徑對應的雷電流和直接雷擊，但本區(qū)內(nèi)的電磁場強度沒有衰減。lpz 1本區(qū)內(nèi)的各物體不可能遭到直接雷擊，流經(jīng)各導體的電流比lpz 0b區(qū)更??；本區(qū)內(nèi)的電磁

39、場強度可能衰減，這取決于屏蔽措施。lpz 2當需要進一步減小流入的電流和電磁場強度時，應增設后續(xù)防雷區(qū)，并按照需要保護的對象所要求的環(huán)境區(qū)選擇后續(xù)防雷區(qū)的要求條件。hz2.0mw機型的防雷保護系統(tǒng)按以下設計：1）外部防雷保護外部防雷保護主要包括以下幾部分：(1) 避雷裝置hz2.0mw機型在每個葉片的尖部裝有接閃器，在機艙尾部裝有一只避雷針，可接收來自各方向的雷擊。(2) 接地引下線葉片接閃器接有引下線，引下線連接到輪轂上。雷電流通過風輪主軸鎖緊盤上的防雷碳刷，從輪轂流經(jīng)風輪主軸，引到機艙的接地等電位連接帶。從這里，雷電電流經(jīng)由偏航軸承上的防雷碳刷傳入塔架。塔架的基座法蘭通過三點與基座接地電極

40、相連，這樣能保證將雷電電流安全地傳輸?shù)降叵隆?）內(nèi)部防雷保護(1) 防雷均壓帶系統(tǒng)防雷均壓主要是指通過等電位連接減小防雷空間內(nèi)各金屬部件及各系統(tǒng)之間的電位差。而設備的等電位連接主要依靠spd浪涌保護器來實現(xiàn)。依據(jù)gb50057-1994：2000標準，在lpz0區(qū)和lpz1區(qū)的交界處，我們采用通過i類測試的b級spd將通過電流、電感和電容耦合三種耦合方式侵入到系統(tǒng)內(nèi)部的大能量的雷電流（10/350s波形）泄放并將殘壓控制4kv的范圍。而對于lpz1區(qū)與lpz2的交界處，我們采用通過ii類測試的c級spd并將殘壓控制在小于2.5kv的范圍。在lpz2區(qū)與lpz3區(qū)的交界處，采用d級spd將殘壓控

41、制在小于1.5kv的范圍內(nèi)。(2) 空間屏蔽當雷電流流入風電機組時會產(chǎn)生強大的磁場，穿過環(huán)路的磁場不斷變化就會產(chǎn)生感應電流。我們利用金屬柜體，屏蔽線，管道，雙絞線等方法，通過減少穿過環(huán)路的磁通量和減小環(huán)路面積的來降低感應電壓。通過以上的措施可以對機組的電源系統(tǒng)和信號系統(tǒng)進行良好的保護。3）接地體由地基作為接地體，至少其80的長度在土里。接地體至少埋入地下0.5m深。hz2.0mw機型的接地電阻不大于4。hz2.0mw型2.0mw風電機組的防雷保護方案，是根據(jù)iec和國家相關標準制定的，并且達到了一類建筑物的防護等級。6 機組的技術優(yōu)勢我們推薦hz2.0mw型風電機組，首先是考慮到了當?shù)氐娘L速特

42、點、溫度特性等，綜合考慮現(xiàn)有機型的優(yōu)勢特征，經(jīng)充分比較后所選用的。在滿足招標文件所要求的自然條件基礎上，該機型的最大優(yōu)勢是擁有超高的發(fā)電量，同時，又擁有高的安全可靠性、技術先進性及設計合理性。該機型在設計起始，海裝公司就充分考慮了中國氣象環(huán)境條件與本地化零部件配套能力，海裝公司擁有該機型的全部知識產(chǎn)權。hz2.0mw型風電機組的主要技術特點列舉如下：1）機組的發(fā)電量高hz2.0mw風電機組是按iec61400-1 tc a的年平均風速設計的，具有較低的切入風速（3m/s）和額定風速（11m/s）。它的輪轂高度為80m，獲得的氣流和捕獲的風能穩(wěn)定，輸出發(fā)電量高，電能質(zhì)量好。2）適應低溫和高海拔環(huán)

43、境hz-2.0mw風電機組是低溫型機組，海裝公司在設計和制造時充分考慮了北方地區(qū)冬季嚴寒和高海拔的特點，機組的工作溫度-30+40，生存溫度-40+50，在高海拔地區(qū)也能正常工作。（1）關鍵零件采用低溫型材料關鍵零件：如輪轂、軸承座等采用了特制的可承受極低溫的球墨鑄鐵特大型鑄件，并在其設計時采用了復雜的“大型鑄件結構有限元分析”技術，同時，制造時進行嚴格的控制質(zhì)量；機座、塔架等大型鋼構件采用了高等級耐低溫的合金鋼材。（2）系統(tǒng)主要部件采用自動加熱機組的塔基控制柜、機艙控制柜、變頻器、輪轂中的變槳控制柜和電池柜、齒輪箱、發(fā)電機、滑環(huán)均配備了自動加熱功能，能自動檢測環(huán)境溫度并在低溫時自動啟動加熱；

44、在設備的溫度達到設定的溫度時才開始啟動工作，有效地保證了系統(tǒng)的可靠性。另外風速風向儀均能自動加熱以避免結冰。（3）控制、檢測系統(tǒng)中采用了高可靠性的冗余設計hz-2.0mw風電機組在控制、檢測系統(tǒng)中采用了高可靠性的冗余設計，以應對嚴酷的低溫或其它惡劣環(huán)境可能帶來的元器件失效風險，確?？刂坪蜋z測的準確性及風電機組的安全性。比如變槳系統(tǒng)配備電池柜；采用兩個獨立的編碼器測量每個槳距角；傳動鏈采用兩套獨立的測速裝置；獨立的葉片空氣動力剎車和高速軸制動盤液壓剎車；可以通過鎖緊銷完全鎖死主軸，保證人員進入輪轂時的安全等。即使風機在滿出力的時候，若電網(wǎng)掉電的情況下機組也能安全的停機，而不會損壞主要部件。（4）

45、低空氣密度下的散熱考慮高海拔地區(qū)由于空氣密度低，對系統(tǒng)散熱能力要求更高，海裝公司充分考慮了三北地區(qū)高海拔特點，設計了高效率散熱器并加大安全裕量，確保滿功率時器件工作在安全的溫度范圍內(nèi)。3）防沙塵設計由于中國北方沙塵多，冷卻系統(tǒng)的空氣循環(huán)容易導致沙塵進入機艙內(nèi)部，而傳統(tǒng)機型的冷卻系統(tǒng)未考慮防沙塵設計。針對這種情況，海裝公司對機組的冷卻系統(tǒng)進行了特殊設計，將機艙主體空間與熱交換器隔離開，使散熱氣流從單獨設計的風道底部進入，機艙尾部流出，使得微小沙塵不能進入機艙，避免沙塵對機械轉動部件的損害,大大提高其使用壽命和可靠性。機艙中的控制柜和變頻器都使用帶濾網(wǎng)的內(nèi)部冷卻通道，有效保護了敏感的電子元器件。4

46、）hz2.0mw風電機組電網(wǎng)適應性好、具有低電壓穿越能力hz2.0mw變頻器由兩個背靠背的igbt高頻整流器和中間直流環(huán)節(jié)組成，具有功率因數(shù)高、網(wǎng)側電流諧波小、能量雙向流動等優(yōu)點，先進的直接轉矩控制（dtc）策略將輸入發(fā)電機轉子的勵磁電流解耦成獨立的勵磁分量和轉矩分量分別控制，實際上就是對無功功率和有功功率的解耦控制、實時調(diào)節(jié)，有功的調(diào)節(jié)使得變速風機可以實現(xiàn)最大風能捕獲，無功的調(diào)節(jié)則保證了并網(wǎng)時電機端電壓能夠保持在允許的波動范圍之內(nèi)。hz2.0mw風電機組根據(jù)電網(wǎng)對無功功率的要求可以任意調(diào)節(jié)其輸入輸出無功功率，其功率因數(shù)調(diào)節(jié)范圍設定為感性0.90 容性0.9，根據(jù)電網(wǎng)情況不同而不同。買方可以通

47、過中央監(jiān)控系統(tǒng)、本地操作面板等對風電機組輸出的無功功率進行實時設置。變頻器通過直接轉矩控制（dtc）控制和消除低頻分量，內(nèi)部標準配置的du/dt濾波器、lcl濾波器等消除高頻和中頻分量，有效減少了輸出諧波（thd3），獲得優(yōu)良的電能品質(zhì)。通過控制上的優(yōu)化，使電壓閃變指標在國際技術標準允許范圍之內(nèi)。所謂低電壓穿越功能即當電網(wǎng)發(fā)生故障時要求風電機組能夠承受短時的電壓降低而不退出運行，使之能夠繼續(xù)向系統(tǒng)輸入功率以支撐系統(tǒng)電壓。 這種功能使風電機組較以往固定轉速機組在電網(wǎng)系統(tǒng)故障時不但不是系統(tǒng)的負擔，反而成為系統(tǒng)故障恢復的有利支撐電源。風電機組正常運行在電網(wǎng)電壓波動10的范圍內(nèi)，當電網(wǎng)電壓低于正常電壓的90時，hz2.0mw風電機組通過變流裝置先進的控制策略和特殊設計的基于pwm技術的有源制動單元使風機系統(tǒng)具有很好的低電壓穿越能力，仍能夠繼續(xù)運行而不用脫離電網(wǎng)，同時，風電機組可以發(fā)出無功功率對電網(wǎng)進行支持，以避免電網(wǎng)電壓進一步跌落；電網(wǎng)頻率在買方