2MW风机技术说明文档格式.docx
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该机型已安装数量
台
2
叶片
2.1
保定惠腾/中船725所
2.2
叶片材料
玻璃纤维
2.3
叶片数量
片
齿轮箱
3.1
重齿风电/FL2000H
3.2
齿轮级数
3.3
冷却方式
油水冷
4
发电机
4.1
中船电机股份公司、大连天元电机厂
4.2
2068
4.3
额定电压
V
690
4.4
功率因数
0.9(感性)~0.9(容性)
4.5
绝缘等级
F
4.6
空水冷
5
制动系统
5.1
主制动系统
空气制动
6.2
第二制动系统
高速盘式制动
7
偏航系统
7.1
型号/设计
永进齿轮/PH2000
7.2
控制
电气
7.3
偏航驱动数量
7.4
单台偏航电机功率
KW
7.5
偏航控制速度
°
/s
0.8
7.6
风速仪型号
进口/4.3519.00.761
7.7
风向仪型号
进口/4.3129.00.761
8
变桨系统
8.1
生产厂家
LUST/KK
8.2
类型
电气变桨
8.3
柜体数量
个
6/4
9
变频器(如采用双馈式异步发电机)
9.1
变频器型号
ABB
9.2
额定容量
kVA
480/1160
9.3
输入/输出电压
V/V
9.4
空冷
9.5
频率范围
Hz
49~51
10
液压装置
10.1
进口/MEH-1010-0139-802
现地控制系统
11.1
12
防雷保护
12.1
防雷设计标准
IEC标准
12.2
机组接地电阻值
Ω
<
13
重量
13.1
机舱
kg
93400
13.2
7800
13.3
22500
13.4
7893
13.5
叶轮(不含叶片)
20000
设计理念
主要的标准和规格为:
IEC
国际电工技术委员会标准
ISO
国际标准化委员会标准
GL
德国劳埃德
DIN
德国标准化协会标准
DIN-VDE
德国标准化协会电气委员会标准
IEEE
电气和电子工程师协会标准
IEA
国际能量所
CEE
电器设备国际委员会和统一标准及认证标准
EN
欧洲标准
IEC-34
旋转式设备的设计标准
GB
中国国家标准
ANSI
美国国家标准学会
DL
中国电力行业标准
整机的设计寿命不低于20年
振动的设计标准
部件
允许振动标准
设计值
ISO2372
ISO2954
ISO7919
GL的相关标准
高速轴/低速轴
塔筒
基础
2机组说明
2.1风轮
风轮在8.3rpm到16.8rpm的转速范围内正常运行。
风轮采用变桨变速调速系统,可根据风速的变化自动调整风轮转速。
叶片通过变桨轴承连接在轮毂上,由安装在轮毂里边的三个变桨电机驱动,通过变桨变速控制转速,使风电机组能够达到最佳的能量输出。
叶片的翼型采用最新的空气动力学研究成果来设计,并且制造工艺先进、成熟,质量通过精密的模具来保证,叶片经过了静、动强度和刚度频率试验和测试并进行了疲劳试验,寿命超过20年,叶片用高强度螺栓连接在变桨轴承上。
变桨驱动设备及其控制装置集成到轮毂里边,并配备蓄电池组,即使在电网停电的情况下也可以完成顺桨动作。
同时安装了自动润滑装置,专门用于变桨轴承和齿轮的润滑。
变桨轴承设计成预应力轴承,使叶片变桨动作时振动小、运行平稳。
轮毂的结构设计采用有限元分析,以满足极限载荷和疲劳载荷要求,同时通过严格控制球墨铸铁材料成分和微观金相组织,保证了轮毂材料的优良机械性能;
加上专门的铸造工艺、精密的加工制造、先进的探伤检验手段,保证了其制造质量。
轮毂通过高强度螺栓和风电机组主轴连接,将动力输入主传动链。
2.2传动链
主轴采用两个轴承支撑,前轴承作为浮动端主要承受径向载荷,后轴承作为固定端承受轴向载荷。
齿轮箱通过锁紧盘与主轴相连接。
整个传动链采用2点支撑虽然增加了部分成本,但可靠性大大提高,同时提高了可维护性。
轴承座:
主轴前轴承由一个与风轮锁定装置整合为一体的专用轴承座来支撑,机组在进行调试、维护、检修时用锁紧螺栓将整个传动系统锁死,工作人员可以很安全地在舱内和轮毂内工作,并可直接从舱内进入轮毂内。
轴承座采用球墨铸铁材料,它具有很好的抗震性。
轴承通过双V形圈密封,可以很好的保证油脂不会向外泄露,使机舱清洁而不受污染。
齿轮箱带有一级行星齿轮和两级正齿轮,齿轮箱中的齿啮合具有高效率和低噪音的特点。
弹性支撑与齿轮箱转矩臂通过弹性元件调节,直接与机座连接。
齿轮箱上的弹性支撑装置运用了活动支承,非常有效地隔离了声音和振动从齿轮箱到机座的传递。
弹性支撑的弹性元件使用高强度橡胶材料,以延长其使用寿命。
齿轮箱油润滑和在线过滤系统
润滑系统由油泵过滤装置、油/水热交换器、压力传感器等组成。
油泵向系统供油,润滑油经二级滤油器过滤后到温控阀,温控阀根据润滑油的温度控制润滑油的流向。
当油温低于45℃时,润滑油直接进入齿轮箱;
当油温高于45℃时,温控阀开始动作,润滑油经油/水热交换器冷却后再进入到齿轮箱。
在过滤器的入口和齿轮箱的入口都装有压力传感器用于检测润滑油的压力。
过滤器为二级过滤,当冷启动(润滑油温度过低),或过滤器滤芯压差大于4bar时,滤芯上单向阀打开,润滑油只经过25μm的粗过滤;
当温度逐渐升高,或滤芯压差低于4bar时,滤芯上单向阀关闭,润滑油经过10μm过滤。
在过滤器上装有压差发讯器,当滤芯堵塞,压力差达到3bar时压差发讯器发讯,提示更换滤芯。
图3.1齿轮箱润滑和冷却系统
海装公司所采用的齿轮箱采用迷宫密封、特殊回油等方式;
通过多年的经验对齿轮啮合取合适的侧隙,并采用特种高精设备对齿轮做特殊的修形修向处理,增加了齿轮传动的平稳性,提高了齿轮箱抗冲击的能力,同时也降低了齿轮箱的振动及噪声;
齿轮箱各润滑点全部采用强制润滑方式,使关键部位的润滑和冷却得到了保障,保证了齿轮箱长期运行的安全性。
齿轮箱水冷却系统
水冷却系统由水泵装置、水/风冷却器、压力罐、压力继电器、铜热电阻等组成。
水泵工作后,冷却水经油/水热交换器、水/风冷却器组成冷却水循环回路。
当冷却水温度达到一定值时,例如50℃时,水/风冷却器电机启动;
当油温降到一定值时,例如45℃时水/风冷却器电机关闭。
水泵出口设有压力继电器,当冷却水压力低于0.6bar时,压力继电器发出低压报警信号。
水泵出口设有铜热电阻(PT100),用于检测冷却水的温度并控制水/风冷却器的电机工作或停止。
联轴器和制动器:
在齿轮箱高速轴端安装有一个制动装置,并通过具有补偿能力的联轴器与发电机相连。
在联轴器上还装有一个力矩限制器,用于防止在发电机故障的情况下齿轮箱上出现瞬时峰值力矩,以保护齿轮箱不受损坏。
所有的传动系统零部件都是来自国内外知名的、长期从事该行业的供应商,他们的产品以高质量和高可靠性著称,具备完全符合设计要求的防腐蚀保护。
所有主要零部件在发货前已在厂内经过全面的性能测试。
2.3发电系统
发电系统是能否获得高效、高品质电能输出的关键。
采用双馈异步发电机-变流器系统是目前世界上MW级风电机组的主流模式。
双馈异步发电机可靠性高、结构紧凑、体积小、重量轻,变流器功率小(只需要风电机组额定功率的1/3左右),低噪音传播、特别是低风速以及电网供电特性都得到了明显改善。
变速发电机提供了在部分载荷条件下相当大的功率波动滤波以及在额定功率工作条件下的几乎完全滤波。
这可使风电机组运转时的噪音明显减小并大大降低了结构上的动力载荷。
阵风能量通过风轮的加速得到缓冲而能够平稳地进入电网,传送入电网的电压和频率保持恒定。
1)发电机-变流器系统
HZ2.0MW的发电系统是由双馈式异步发电机和采用IGBT技术的变流器构成。
在次同步工作模式下,发电机定子向电网输送全部的电能,通过发电机的滑环从变流器向发电机提供转差功率;
在超同步工作模式下,发电机通过定子直接将大约83%的功率输送给电网,剩余的功率(约17%)由发电机转子通过变流器输送到电网。
与其他系统相比,该系统具备低损耗的优点,因而能保证较高的总效率。
此外,由于使用的零件数少、设计紧凑,该系统还具有非常出色的适用性。
发电机采用完全封闭式包装,保护等级为IP54,发电机组具有空—水冷却系统。
变流器安装在机舱内,电磁兼容性好、稳定、可靠。
变流器采用最新的IGBT技术和DSP控制技术,具有电能双向流动、低失真和低谐波含量等特点。
此外,变流器还配有并行、串行接口,供厂内和现场调试使用。
图3.2发电机-变流器系统简图
2)发电系统的技术数据
额定功率:
P=2068kW(额定有功功率)
额定速度:
n=1755rpm(发电机转速)
额定视在功率:
A=2389kVA
功率因数:
0.9电感(欠激励)到0.9电容(过激励)
cosphi给定值=缺省值为1
额定频率:
50±
0.5Hz
额定电压:
690V±
10%
额定电流:
I=1750A(在额定电压下)
3)变流器
功能:
控制和调节发电机的有功功率和无功功率
功率半导体器件:
IGBT
保护:
IP54
冷却:
强制空气冷却
4)发电机
额定功率/速度:
Pel=2068kW/n=1755rpm
0.69kV,三相不平衡度≤5%
速度范围:
n=950到2050rpm
极限转速:
n=2160rpm(5s)
类型:
异步、双馈绕线式发电机
额定功率时的效率:
不低于97%
颤动等级:
N
绝缘等级(定、转子):
F
中心高:
500mm
IP54
空—水冷
传感器:
PT100(用于监控轴承的温度)
PT100(用于监控线圈的温度)
电刷磨损监测传感器
滑环室温度传感器
2.4偏航系统
偏航由四个电制动的齿轮电机来控制和驱动。
精密的风向测量方法和控制软件能保证叶轮准确的对准风向,并减少由偏斜气流所引起的能量损耗和其他载荷损失。
风向传感器和相应的软件一起控制电机接通时间及旋转方向,检测60秒平均风向若偏差超过15°
则启动偏航,偏航速度为0.8°
/S。
在该偏航系统中的偏航传感器能监控由于风向变化导致的电缆过于扭绞并启动控制器反方向扭开该电缆。
具有1080度偏航限位功能。
若机舱在风况改变过程中在同一方向多次改变其位置,它同样能确保电缆能自动解缆。
2.5变桨系统
1)概述
变桨系统通过改变叶片的桨距角,从而改变风电机组获取风能的大小。
HZ2.0MW风电机组的变桨系统采用直流电气变桨,每个叶片具有独立的变桨机构,每个叶片的桨距角由两个独立的编码器进行测定。
在风速大于额定风速时,调节桨叶节距,改变气流对叶片攻角,从而改变风电机组获得的空气动力转矩,使功率输出保持稳定。
在风速小于额定风速时,桨叶节距可以转动到合适的角度,使风轮获得最大的空气动力转矩,尽可能多地获取风能。
风电机组需要脱离电网时,变桨系统快速转动叶片使之减小风能吸收,降低风轮转速,使风电机组运行更稳定、更安全。
2)变桨系统的组成
HZ2.0MW机型的变桨系统是6柜系统(即3个轴柜和3个电池柜),控制器放在其中一个轴柜中。
变桨系统示意图见图2.2。
图3.3变桨系统示意图
3)功能描述
叶片通过带内齿的变桨轴承连接在轮毂上。
每个叶片都是独立驱动,由变桨系统通过与变桨轴承内齿啮合的变桨减速箱驱动。
正常工作时,通过变桨角度控制发电机的转子转速在额定范围内,进行功率控制。
任何停机情况下,叶片都要转到顺桨位置。
正常停机和一般故障停机时,变桨系统电源来自电网,使叶片转到第一个极限开关位置;
如果第一个开关失效,叶片继续转到第二个极限开关位置。
极限开关触发后,变桨电机的刹车将动作,叶片停止转动。
电网故障等紧急停机时,变桨系统采用备用电池来供电,变桨系统备用电源能够保证在最坏的情况下叶片都能转动到顺桨位置。
2.6机座和机舱罩
机座主要是由Q345E钢焊接而成的组件组装而成,分为前机座、发电机机座两大部分,从而大大降低了对热处理和加工设备的要求,有利于质量控制,降低了生产成本。
机舱罩的设计充分考虑了道路运输的条件限制、工艺制作过程的形状变化,在性能满足GL规范要求的基础上,采用三块式设计。
该设计并具有外部尺寸紧凑、内部空间大、便于运输、易于装配等优点。
机舱后部设计有一个防沙隔板,该隔板将机舱主体空间与热交换器隔离开,使散热气流从底部进入、尾部流出。
机舱前部设计有维修通道,可直接从机舱内部进入导流罩内,对轮毂内设备进行调试和维护。
整个机舱罩还采用隔振设计以达到降噪的目的。
2.7塔架
塔架主体(设计重量约179吨)采用锥形钢圆筒结构形式,高度77m,由四段组成;
基础环设计重量约16吨;
整个塔架钢结构总重约195吨,塔架底部最大直径为4.2m,顶部最小直径约3m;
塔架与基础、塔架段与段之间及塔架与机舱的连接采用高强度螺栓。
塔架的内部除常规配备有67m的人工爬梯外,还可选配一部最大载重可达240kg的电梯。
该电梯以爬梯进行导向,采用对开门结构,电梯里的人员可以方便地移动到爬梯和平台上。
人员进入机舱可以从塔架最底部平台搭乘电梯直达塔架第五级平台(该平台约65m高度),然后从第五级平台通过一个约10m高的爬梯进入机舱内部,可大大减轻维修人员上下攀爬的体力消耗、提高人员的工作效率。
在最顶端的平台设计有导油槽,主要作用是最大限度地保持塔架内部的清洁,防止维护人员在油滑的平台上跌倒。
平台通过螺栓固定到焊接在塔架壁上的平台支架上。
该平台结构不仅安装方便也有利于维护。
塔架内配装有常规照明设施和保险钢丝绳。
塔架法兰采用环锻碾压工艺。
在焊接工艺及控制验收标准中,严格检查焊缝性能是否满足EN1714:
2002-09标准规定的相关要求;
是否满足ENISO5817:
2003-12标准规定的相关要求;
同时还按照EN1712:
2002-09制定的失效标准2级执行。
塔架顶端中心和塔架底部中心连线与理想中心线的偏差角度要求不能超过0.3度。
底部法兰与理想水平面的倾斜角度不能超过0.05度。
塔架的总长度与理想值的差值只允许在-50mm到+10mm的范围内。
塔架的防腐根据耐磨蚀、防紫外线要求,按防腐标准ENISO12944-2C5M等级执行。
根据ENISO12944长期保护标准,腐蚀保护期最少为20年。
2.8地基
地基采用最接近圆形的正八边形,在这种情况下,所需钢筋及水泥材料较少,在保证强度性能的情况下达到节省材料的目的。
3控制系统说明
3.1控制系统概述
HZ2.0MW型风电机组采用分布式控制。
控制系统由底部控制柜、机舱控制柜等组成,其中,底部控制柜为主控制器,通过总线与机舱控制柜、变流器和变桨系统通讯。
控制系统硬件包含CPU、输入/输出模块、继电器、熔断器、开关以及传感器和供电设备等元器件。
控制系统在电网掉电的情况下,可通过UPS维持约一个小时的供电。
3.2底部控制柜
在底部控制柜上装有一只中断设备供电用的总开关。
风电机组内部用电均由一台690/400V辅助变压器统一供电。
在控制面板上有紧急停机按钮,按下后可以断开安全链,以启动风电机组紧急停机程序。
控制面板上,可以用手动按钮来完成风电机组的启动、停机和复位,也可借助钥匙开关接通维修模块,以激活维修程序。
控制系统提供相应的接口,可使风电机组与远程监视系统通过光纤连接,实现远程数据交换及远程控制。
当“维修”模式被激活工作时,远程控制不能启动风电机组。
3.3机舱控制柜
机舱控制柜位于机舱内,听从于底部控制柜的控制。
它通过总线电缆与底部控制柜相连接,实现现场数据的交换和控制信号的传输。
控制信号传输到机舱控制器后,通过相应的I/O口传递给执行机构。
在机舱控制面板上,与底部控制面板一样,可通过手动按钮来控制风电机组的启动、停机和复位,借助钥匙开关接通维修模式,以激活维修程序。
3.4安全链
安全链是一套硬连线电路,独立于风电机组控制系统以外,且停机错误等级最高。
其所有触点均采用串联形式,触发紧急停机模式。
安全链的触点包括有机舱内的紧急制动按钮、塔架底部的紧急按钮、转子超速开关、变桨系统触点、风电机组控制器的触点、电缆缠绕触点、变流器触点等,实现对风电机组运行停机控制的冗余保护。
安全链的动作不需要控制系统的支持,但却被控制系统时刻监测。
安全链不允许远程复位,只有通过塔基手动复位按钮进行复位。
3.5设备运行特性
HZ2.0MW型风电机组工作模式分为“待机”“启动”“正常运行”“停机”“维修”。
在风电机组运行时,风电机组控制系统将不断地对传感器信号(如:
转速、风速和叶片角度)进行检查,以确定风电机组的工作模式。
(1)“待机”模式
“待机”模式下,叶片处于顺桨位置(90°
),制动器处于松开状态,自动偏航及辅助系统控制被激活。
当启动条件满足,机组将自启动,也可通过控制柜上启动按钮和远程启动信号进行启动。
(2)“启动”模式
风电机组由待机模式进入“启动”模式后,首先判断是否启动“自检程序”—检测制动器、蓄电池、变桨电机的工作情况及变桨角度传感器的检查。
在低温时完成对发电机、齿轮箱、控制面板中加热器的启动。
叶片由顺桨位置向0°
方向旋转。
在风轮转速达到切入风速时,发电机切入电网,完成“启动”模式。
(3)“正常运行”模式
风电机组在“正常运行”模式下,控制系统通过接受传感器数据运行特定程序,判断风电机组是否故障,并做出相应动作—消除故障或执行停机,保证风电机组的安全,并通过显示屏把信息显示出来。
在控制系统对风电机组进行错误监测的同时,还对风电机组动作进行控制。
如:
根据风向的变化,及时启动偏航系统进行对风操作。
根据转速的变化,计算出最佳的电磁转矩和变桨角度,发送给相应的执行机构,保证风电机组的效率及安全。
(4)“停机”模式
风电机组控制系统中,将错误分为各种错误等级。
按照错误优先级不同,决定其采用的停机模式也不一样。
若在正常运行过程中,有不同等级的停机错误产生,则根据错误的等级高低,优先执行高等级错误所对应的停机模式。
风电机组控制系统定义了3种“停机”模式——正常停机、快速停机、紧急停机。
风电机组停机控制应根据产生故障的种类在上述三种停机模式中进行选择。
停机后根据故障情况作不同的处理(如:
器件更换、器件维修、重新启动等)。
(5)“维修”模式
只有在风电机组进入停机状态、启动手动钥匙维修开关后,才能启动“维修”模式,确保工作人员进入风电机组维修的安全。
在“维修”模式中,不能启动风电机组,只能选择部分控制功能满足“维修”模式的需求(如:
“偏航”)。
3.6人工控制功能
在风电机组正常运行过程中,人为干预受到一定的限制,但仍然可以执行最高级的紧急停机按钮故障程序。
除此之外,还可进行风电机组复位、启动控制,维修时的偏航控制、制动器的开/闭。
3.7故障、报警介绍
故障或报警产生后,在显示屏上显示故障的种类。
若只是警告错误,则不会引起停机动作,只发送警告信号,提示工作人员。
对于停机故障,风电机组根据不同的故障类型,执行不同的停机模式。
待故障解除后,风电机组启动复位程序,进行自启动。
若故障要求人工复位,则风电机组等待人工复位按钮命令,再进行启动。
以下为风电机组部分故障。
(1)风电机组总线通讯故障;
(2)电网频率故障;
(3)电网电压故障;
(4)电网电流不对称故障;
(5)风速超过限制风速;
(6)齿轮箱油温度过高;
(7)齿轮箱故障;
(8)发电机故障;
(9)电缆缠绕故障;
(10)风速计故障;
(11)风向仪故障;
(12)液压故障;
(13)偏航位置传感器错误。
4远程监控系统(RCMS)
4.1系统概述
RCMS是以计算机网络为基础对风电场中的2MW风电机组进行远程控制、监测的自动化系统,能实现调度管理、远程数据采集、设备控制、信号报警和人工复位、统计计算以及生成报表等功能。
RCMS由1套中央监控系统、2套远程监视系统组成。
中央监控系统完成风电机组的调度管理、远程数据采集、设备控制、信号报警和人工复位、统计计算以及生成报表等功能,其中,中央监控系统由服务器、计算机和交换机等组成,安装有远程监控软件、WindowsServer2000、MicrosoftSQLServer2000等。
如果中央监控系统与因特网连接,还需安装防火墙、路由器等。
中央监控系统与风电机组控制器之间的网络连接采用光纤。
单台或多台风电机组故障不会影响中央监控系统的运行,中央监控系统故障情况下各个风电机组仍可脱机运行。
远程监视系统可实现风电机组的远程数据采集、信号报警、统计计算以及生成报表等功能,其中,简单的远程监视系统可以是一台连接到因特网上的安装远程监视软件的计算机。
4.2硬件
(1)硬件原理
风场具有面积较大、监控中心距离远、风电机组分布分散且数量大的特点,因此RCMS硬件必须满足风场控制数据传输距离远、传输数据量大、布线简单节省的要求。
RCMS的硬件设计采用Client/Serve方案。
风场采用光纤连接组建一个光纤数据网,通过光模转换器接入风电机组控制器、气象站控制器和变电站控制器;
中央集控室包括两台服务器和多台作为数据终端使用的计算机(根据用户要求扩充或缩减),一个可靠的后备电源系统(UPS,不间断电源)(UPS保证停电后至少正常运行10分钟,以避免数据丢失),中央集控室通过带光口的交换机、超五类网线组建通用的有线局域网络,服务器如果需要可通过拥有IP地址的路由器接入因特网;
通过一根远距离光纤连接中央集控室交换机与风场光
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