GW821500金风技术资料中文.docx

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GW821500金风技术资料中文

金风82/1500kW风力发电机组技术参数

序号

部件

单位

规格

1

机组数据

1.1

制造厂家/型号

新疆金风科技股份有限公司

金风82/1500

1.2

额定功率

kw

1500

1.3

功率调节方式

变桨变速调节

1.4

叶轮直径

m

82

1.5

轮毂高度（推荐）

m

70

1.6

切入风速

m/s

3

1.7

额定风速

m/s

10.3

1.8

切出风速（10分钟均值）

m/s

22

1.9

极大风速

m/s

52.5（GLIIIA）

1.10

全场可利用率

≥95%

1.11

运行温度范围

-30°C至+40°C

1.12

机组生存温度

-40°C至+50°C

1.13

设计使用寿命

年

≥20

2

叶片

2.1

制造厂家/型号

SINOMA40.2或类似叶片

2.2

叶片材料

玻璃纤维增强树脂

2.3

叶尖线速度

m/s

38.8～74.58

2.4

扫风面积

m2

5324

3

发电机

3.1

制造厂家/型号

金风科技/直驱永磁同步发电机

3.2

额定功率

kw

1580

3.3

额定电压

V

690

3.4

额定电流

A

660

3.5

防护等级

IP23

3.6

润滑方式

加注润滑脂

3.7

润滑脂型号

SKFLGEP2

3.8

额定转速及其转速范围

rpm

17.3（9～17.3）

3.9

并网转速

rpm

9

3.10

绝缘等级

F级（≤150℃）

3.11

电机极数

88

3.12

电机频率范围

Hz

6.6～12.7

4

变流器

4.1

变流器型号

IGBT变流器

4.2

视在功率

KVA

1579

4.3

额定输出电压

V

690

4.4

额定输出电流

A

1397

4.5

输出频率变化范围

Hz

50±0.4

4.6

防护等级

IP54

4.7

功率因数调节范围或采用定变桨矩风电机组的功率因数

1/4额定功率

容性0.95～感性0.95

2/4额定功率

容性0.95～感性0.95

3/4额定功率

容性0.95～感性0.95

额定功率

容性0.95～感性0.95

5

主轴

5.1

制造厂家

吉鑫

6

主轴承

6.1

制造厂家/型号

SKF/NJ28/710ECMA/VR567SKF/BT2-8168/HA1VR602

7

制动系统

7.1

主制动系统

3个叶片顺桨实现气动刹车

7.2

第二制动系统

发电机刹车（用于维护过程）

8

偏航系统

8.1

类型/设计

电动机驱动/四级行星减速

8.2

控制

主动对风/计算机控制

8.3

偏航速度

°/s

0.5（12分钟/圈）

8.4

偏航轴承形式

外齿圈四点接触球轴承

8.5

润滑方式

自动加注润滑脂（fuchsgleitm585k）

8.6

制造厂家/风速仪型号（标配）

THIES/4.3519.00.141

8.7

制造厂家/风向标型号（标配）

THIES/4.3129.00.141

9

液压单元

9.1

制造厂家/型号

Hawe/A4002M10

10

控制系统

10.1

控制单元类型

PLC

10.2

主开关柜

10.3

额定频率

Hz

50

10.4

逆变器额定输出电流

A

1397

10.5

软并网装置/类型

IGBT逆变

10.6

额定出力的功率因数

≥0.98

11

防雷保护

11.1

防雷设计标准

按照IEC61312-1995　IEC61643-1995

IEC61024、IEC1024-I设计，符合GL认证规范

11.2

防雷措施

电气防雷、叶尖防雷等

11.3

风机接地电阻

Ω

≤4

12

塔架

12.1

类型

钢制锥筒（内设爬梯及防跌落保护）

12.2

轮毂高度（推荐）

m

70

12.3

表面防腐

喷漆防腐

13

重量

13.1

机舱（不包括叶轮和发电机）

Kg

11800

13.2

发电机

Kg

43600

13.3

叶片

Kg

6085

13.4

叶轮（包含叶片、轮毂）

Kg

32105

标准空气密度1.225kg/m3下的静态功率曲线

风速m/s

功率kW

3

26.86

4

90.06

5

183.29

6

323.06

7

518.78

8

779.36

9

1086.98

10

1415.55

11

1500.00

12

1500.00

13

1500.00

14

1500.00

15

1500.00

16

1500.00

17

1500.00

18

1500.00

19

1500.00

20

1500.00

21

1500.00

22

1500.00

金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2叶片）标准功率曲线

标准空气密度1.225kg/m3下的机组推力系数曲线

风速

m/s

CT

3

1.00062

4

0.82609

5

0.79249

6

0.79255

7

0.79258

8

0.79258

9

0.73105

10

0.66457

11

0.46443

12

0.33928

13

0.26053

14

0.20630

15

0.16705

16

0.13779

17

0.11549

18

0.09808

19

0.08428

20

0.07314

21

0.06402

22

0.05648

金风82/1500kW风电机组（SINOMA40.2叶片）推力系数曲线

主要材料表

部件名称

使用材料

材料性能

机舱底盘

　QT400-18AL

　GB/T1348-88

轮毂

　QT400-18AL

　GB/T1348-88

发电机动、定轴

　QT400-18AL

　GB/T1348-88

转动轴轴承

　SKF或FAG

　SKF或FAG

偏航齿轮

　42CrMo

　JB/T6396-1992

刹车片

　烧结摩擦材料

　JB/T3063

振动的设计标准

部位

允许振动标准

机舱

≤1.47m/s2

发电机

≤1.8mm/s2

机组技术说明

3.1总体设计方案

金风1500kW风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨距调节、直接驱动、外转子永磁同步发电机并网的总体设计方案。

3.1.1功率控制方式采用变速变桨矩控制，每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。

在额定风速以下采用变速调节，额定风速以上叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。

3.1.2发电机采用多极外转子永磁同步发电机，采用直驱方式，叶轮直接同发电机转子连接。

发电机自然风冷，无需电网励磁，发电机低速运转（9～19rpm）。

3.1.3变速恒频系统采用AC-DC-AC变流方式，将发电机发出的低频交流电经整流转变为脉动直流电（AC/DC），经斩波升压输出为稳定的直流电压，再经DC/AC逆变器变为与电网同频率、同幅值、同相的交流电，最后经变压器并入电网，完成向电网输送电能的任务。

随意适应50Hz、60Hz电网，优异的并网特性及低电压穿越能力，无功调节范围宽（感性0.95～容性0.95）。

金风82/1500kW风力发电机组外形图

轮毂高度：

70m

叶轮直径：

82m

额定功率：

1500kW

3.1.4机组自动偏航系统能够根据风向标所提供的信号自动确定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，通过减速的驱动马达使机舱自动对准风向。

偏航系统在工作时带有阻尼控制，通过优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。

3.1.5液压系统由液压泵站、电磁元件、蓄能器、联结管路线等组成，用于为偏航刹车系统及转子刹车系统提供动力源。

3.1.6自动润滑系统由润滑泵、油分配器、润滑小齿轮、润滑管路线等组成，主要用于偏航轴承滚道及齿面的润滑。

在海上型风机，变桨系统也做了自动润滑设计。

3.1.7制动系统采用叶片顺桨实现空气制动，降低风轮转速。

3.1.8机组机舱设计采用了人性化设计方案，工作空间较大，方便运行人员检查维修，同时还设计了电动提升装置，方便工具及备件的提升。

3.1.9电控系统以可编程控制器为核心，控制电路由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。

3.2风力发电机组结构和机舱布置图

直接驱动式风力发电机组主要部件包括：

叶片、轮毂、变桨系统、发电机转子、发电机定子、偏航系统、测风系统、底座、塔架等。

1.叶片2.轮毂3.变桨系统4.发电机转子5.发电机定子

6.偏航系统7.测风系统8.底座9.塔架　10.提升机

金风1500kW直驱风力发电机组结构

3.3机组详细技术说明

3.3.1叶轮

金风1500kW直驱风力发电机组的叶轮用于将空气的动能转换为叶轮的转动机械能。

叶轮

的转动是在叶片的升力做用下产生的。

金风1500kW风力发电机组采用三叶片，上风向的布置形式，每个叶片有一套独立的变桨

机构，主动对叶片进行调节。

叶片材料使用强化玻璃钢。

叶片配备雷电保护系统。

当遭遇雷击

时，通过间隙放电器将叶片上的雷电经由塔架导入地下。

每一个叶片上有一个变桨轴承，变桨

轴承连接叶片和铸铁结构的轮毂。

叶片桨距角可根据风速和功率输出情况自动调节。

风机维护

时，叶轮可通过锁定销进行锁定。

叶轮与发电机动轴连接，动轴通过圆锥滚子轴承与定轴配合，

定轴固定在机舱底座上。

3.3.1.1设计特点

a）功率调节采用变速变桨矩控制。

在额定功率点之前，通过调节叶轮转速调节输出功率；在额定功率点后，通过变桨调节输出功率，风机输出功率可保持恒定，同时变桨矩控制在风机运行过程中能有效降低机组所受载荷。

b）增加了结构阻尼，有效消除了叶片在高风速下运行时的有害摆振。

3.3.1.2叶片制造工艺特点

a）叶片成型过程中，底层为胶衣层可以和基体直接固化在一起，增加了结合力。

b）采用镜面模具技术，提高了叶片表面光洁度，增加了叶片的气动效率。

c）叶片主梁采用抽真空成型，消除了大梁工艺制造过程中可能出现的缺陷，有效的保证了产品质量，提高了叶片的刚性。

d）叶片制造采用真空吸注工艺。

e）采用航空平衡技术，每组叶片的重量互差控制在0.1%以下，重心互差在10mm以内，使风轮在转动时的不平衡度达到最小。

f）采用精密的定位工装，保证螺栓孔之间的位置精度。

3.3.1.3叶片选材

a）结构胶，选用特殊结构胶，各项性能指标的要求都比较高。

玻璃布及纤维和胶都是经过大量的性能实验和疲劳实验后进行筛选确定的。

b）金属件和其它零部件也都选用低温性能好，性能指标较高的材料。

3.3.1.4叶片试验

a）叶片经过了静、动强度和刚度度、频率试验和测试。

b）叶片按德国Lloyd标准结合航空产品实验技术进行了疲劳试验，寿命超过20年。

3.3.1.5轮毂/叶片试验

轮毂采用球形结构，该结构铸造性好，材料为QT400-18AL强度较高。

3.3.2发电机

发电机采用多极永磁同步电机，永磁励磁方式结构简单，发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。

金风1500kW直驱永磁同步发电机的额定功率为1580kW、额定转速19rpm、极数88极、额定电压690V，绕组的绝缘等级F级，防护等级为IP23、发电机重量43.6吨。

发电机由定子、转子、动定轴和其他附件构成。

发电机定子由定子支架、铁芯和绕组以及其他附件组成，转子由转子支架和永磁磁极组成。

发电机为六相输出，定子采用了分数槽，能更好的消除发电机的谐波影响，在转子磁极上精心设计的独特排列方式使其振动、噪声更低。

独特的散热方式使发电机的温升只有60K。

采用一套独特的自冷却结构将气流通过导风套引入定子铁芯外部，当随着风速的增加，发电机功率也增大，同时产生的热量也在增加，恰好符合发电机大功率下的冷却设计。

定子绕组材料全部采用F级以上等级的绝缘材料，温升按照B级考核。

定子绕组使用高性能聚酯亚胺绝缘树脂真空浸渍，优良的浸漆环境充分的保证了定子绕组绝缘性能。

在发电机的定子、转子上设计制造有两个方便维护人员穿越的舱门和相应的人孔。

并配有双重的机械、电气安全保障措施。

金风1500kW风力发电机是外转子型，转子位于定子的外部。

由于采用这种永磁体外转子结构，与同功率电励磁风力发电机相比，金风1500kW风力发电机组的电机的尺寸和外径相对较小。

下图显示了两种结构的对比。

图中两种结构的气隙直径相同，功率输出相同。

金风1500kW风力机外转子直径仅仅比定子直径大了100多毫米，而电励磁电机结构高出气隙直径很多。

电机直径减小后重量减轻，易于公路运输。

金风1500kW风力发电机组电机外转子结构与内转子结构对比图

金风1500kW风力发电机采用直驱结构运转同步发电机。

发电机转子被叶轮直接驱动，当传统结构中的齿轮箱部件取消后，润滑油泄漏、噪音、齿轮箱过载和损坏的问题因而消失了，同时也会降低用户的运行和维护成本。

3.3.2.1金风1500kW永磁电机永磁特性说明

a）按照发电机出口侧三相短路电流（8倍额定电流），计算短路电流产生的冲击退磁磁场强度，按照2.5倍冲击退磁磁场强度选择永磁体的额定矫顽力值，依据额定矫顽力值，选择永磁体材料。

b）金风公司选择的1500kW发电机永磁体，工作点在退磁曲线的拐点之上，是拐点值得的3-4倍。

同时我们选用的是具有较高的矫顽力值的磁钢材料，具有较高的抗去磁能力，不会造成永磁体的不可逆退磁。

磁性能合格的永磁材料的内禀退磁曲线，可分为两部分。

第一部分为与H轴接近平行的平行段，第二部分为下降段，平行段与下降段相交处称为拐点。

当作用于磁体的最大退磁场与内禀（退磁）曲线交点在拐点右方时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度不会下降。

但是当交点在下降段（拐点之左）时，最大退磁场消失后，磁体的磁通密度会产生不可逆下降。

下面图片中Bm1为电机正常工作时磁体的磁通密度，Hm2为电机特殊状况时作用于磁体的退磁场。

电机特殊状况时磁体磁通密度由Bm1下降到Bm2，电机正常工作后磁体磁通密度仍能恢复到Bm1。

合格产品的内禀退磁曲线

不合格永磁体的内禀曲线（出现塌肩）如下图所示，它的Br与上面图片中的Br相同。

此磁体安装于电机后，正常工作时磁体的磁通密度Bm1与上图中的Bm1相同。

但是当电机出现过载时，作用于磁体的退磁场Hm2与内禀曲线相交于下降段，造成磁体不可逆退磁。

过载结束后，内禀曲线不能恢复原状，将形成回复线与B轴相交于

（此回复线平行于内禀曲线平行段）。

此时磁体的磁通密度将下降至B'm1（<

），即出现不可逆下降现象。

不合格产品（出现塌肩）的内禀退磁曲线

c）金风公司在设计发电机时，充分考虑到了特殊工况时产生的反向磁场对磁体的退磁作用，设计上通过计算，选取的永磁磁钢各项性能参数，能保证在过载、短路、雷击时永磁体工作点在拐点之上，永磁磁钢不会产生永久退磁现象。

d）1500kW风机的控制系统，具有温度、过流、欠电压等多项保护功能，在非正常工况下，风机具有比较完善、可靠的保护。

e）生产上，我公司制订了采购永磁磁钢材料详细的订货技术标准，通过量化的技术指标，控制材料的性能质量。

f）永磁体的老化失磁随时间的变化呈对数曲线的规律，在寿命期内永磁体的磁衰减不超过5%，随着时间的变化磁性能将越来越稳定。

金风1500kW机组的永磁发电机在设计已经充分考虑了余量，并在工艺上对磁钢做了稳磁处理，能够确保磁体的稳定性。

同时少量的磁场减弱能够通过电机转速地调整很容易得到补偿，机组的发电效率不会受到影响。

g）唐任远院士研究的成果为稀土永磁电机的发展和应用提供了重要基础，解决了制约永磁电机推广应用中可能失磁的技术难题，使稀土永磁电机的技术经济性能有显著提高，为稀土永磁电机的产业化奠定了基础。

随着永磁材料的技术发展，永磁体的性能衰减和寿命问题可靠性已是大大提高。

永磁体在电机领域的运用也是很为广泛，应用的时间也经历了几十年了，早期的铝镍钴永磁体、铁氧体永磁体它们的矫顽力、剩磁密度低，易产生性能波动。

在20世纪60年代和80年代稀土永磁体相继问世，它们在性能上有了优异的特性，又经过长期的发展，永磁体的热稳定性、耐腐蚀性得到了很大的改善。

同时加上电机研究开发经验的逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业等方面获得越来越广泛的应用。

永磁体的性能衰减和寿命往往不在是永磁电机的瓶颈问题，这些是可以通过永磁体的选用、设计以及电机的设计、控制等科技手段避免和提高的

3.3.3制动系统

金风1500kW直接驱动风力发电机组采用三套独立的叶片变桨系统，也可在一套桨距系统出现故障不能顺桨的情况下实现独立刹车。

机械刹车安装在发电机内，加压刹车，释压松闸，主要用于维护叶轮时将机组保持在停机位置。

3.3.4机舱设计

机舱负责将叶轮和发电机的静态和动态载荷传递到塔架。

另外，机舱罩内还有控制柜、提升机、偏航系统等，外部还有测风系统。

根据性质不同，机舱可分为三个部分：

1）传递载荷的铸件部分；2）供维护人员使用的工作平台；3）由玻璃纤维原料制造的壳体。

3.3.5偏航系统

金风1500kW风力发电机组采用主动偏航对风形式。

在机舱后部有两个互独立的传感器——风速计和风向标。

风向标的信号反映出风机与主风向之间有偏离，当风向持续发生变化时，控制器根据风向标传递的信号控制叁个偏航驱动装置转动机舱对准主风向，偏离主风向的误差在±4度内。

该系统具有以下特点：

a）偏航轴承采用“零游隙”设计的四点接触球轴承，以增加整机的运转平稳性，增强抗冲击载荷能力；

b）偏航工作时，10个偏航刹车闸都加有部分刹车载荷（20bar－30bar的余压），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；

c）采用了力矩特性较软的多极电机驱动，结合风电场的工况，可优化机组偏航转速，保证较小的冲击；

d）偏航刹车为液压驱动刹车，静止时偏航刹车闸将机舱牢固锁定；偏航时，刹车仍然保持一定的余压，使偏航运动更加平稳，避免可能发生的振动现象。

e）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。

f）偏航减速箱的齿轮采用渗碳淬火、磨削加工的硬齿面技术。

g）偏航齿也采用硬齿面技术，其中外齿圈齿面采用特殊工艺，提高齿面硬度值至50HRC以上，避免了长期运行产生磨损。

h）偏航电机采用大功率低转速的设计方案，从而使偏航过程更加平稳。

i）优化设计偏航控制系统，对偏航的路径选择进行智能判断，机组在风速较小的状态下，自行解缆，避免了高风速段偏航解缆造成的发电量损失。

3.3.6机组运行及安全系统

金风1500kW风力发电机组是全天候自动运行的设备,整个运行过程都处于严密控制之中。

其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。

在机组发生超常振动、过速、电网异常、出现极限风速等故障时保护机组。

对于电流、功率保护，采用两套相互独立的保护机构，诸如电网电压过高，风速过大等不正常状态出现后，电控系统会在系统恢复正常后自动复位，机组重新启动。

具体运行过程为：

a）当风速持续10min（可设置）超过3m/s，风机将自动启动。

叶轮转速大于9rpm／min时并入电网。

b）随着风速的增加，发电机的出力随之增加，当风速大于10m/s时，达到额定出力，超出额定风速机组进行恒功率控制。

c）当风速高于22m/s持续10min，将实现正常刹车（变桨系统控制叶片进行顺桨，转速低于切入转速9rpm／min，风力发电机组脱网）。

d）当风速高于25m/s并持续10s钟时，实现正常刹车。

e）当风速高于29m/s并持续1s时，实现正常刹车。

f）当遇到一般故障时，实现正常刹车。

g）当遇到特定故障时，实现紧急刹车（变流器脱网，叶片以10°/s的速度顺桨）。

3.3.7控制系统

金风1500kW风力发电机组配备的电控系统以可编程控制器为核心，控制电路是由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。

主要实现风力发电机正常运行控制、机组的安全保护、故障检测及处理、运行参数的设定、数据记录显示以及人工操作，配备有多种通讯接口，能够实现就地通讯和远程通讯。

控制系统原理图

3.3.7.1电控系统的组成

金风1500kW风力发电机组的电气控制系统由低压电气柜、电容柜、控制柜、变流柜、水冷柜、机舱控制柜、三套变桨柜、传感器和连接电缆等组成，电控系统包含正常运行控制、运行状态监测和安全保护三个方面的职能。

低压电气柜：

风力发电机组的主配电系统，连接发电机与电网，为风机中的各执行机构提供电源，同时也是各执行机构的强电控制回路。

电容柜:

为了保证电网的供电质量，在逆变器与电网之间设计有LC滤波回路。

控制柜：

控制柜是机组可靠运行的核心，主要完成数据采集及输入、输出信号处理；逻辑功能判定；对外围执行机构发出控制指令；与机舱柜、变桨柜通讯，接收机舱和轮箍内变桨系统信号；与中央监控系统通讯、传递信息。

变流柜：

变流系统主电路采用交－直－交结构，将发电机输出的非工频交流电通过变流柜变换成工频交流电并入电网。

水冷柜：

变流系统的冷却装置。

机舱控制柜：

采集机舱内的各个传感器、限位开关的信号；采集并处理叶轮转速、发电机转速、风速、温度、振动等信号。

变桨柜：

实现风力发电机组的变桨控制，在额定功率以上通过控制叶片桨距角使输出功率保持在额定状态。

在停机时，调整桨叶角度，使风力发电机处于安全转速下。

正常运行控制包括机组自动启动，变流器并网，主要零部件除湿加热，机舱自动跟踪风向，液压系统开停，散热器开停，机舱扭缆和自动解缆，电容补偿和电容滤波投切以及低于切入风速时自动停机。

监测系统主要监测电网的电压、频率，发电机输出电流、功率、功率因数，风速，风向，叶轮转速，发电机转速，液压系统状况，偏航系统状况，风力发电机组关键设备的温度及户外温度等，控制器根据传感器提供的信号控制风力机组的可靠运行。

安全保护系统分三层结构：

计算机系统（控制器），独立于控制器的紧急停机链和个体硬件保护措施。

微机保护涉及到风力机组整机及零部件的各个方面，紧急停机链保护用于整机严重故障及人为需要时，个体硬件保护则主要用于发电机和各电气负载的保护。

电控系统的设计和实施结果能够满足风力发电机组无人值守、自动运行、状态控制及监测的要求。

3.3.7.2变流装置

金风MW级直驱永磁同步风力发电系统通过变流装置和变压器接入电网，其中变流系统主电路采用交－直－交结构，将永磁同步风力发电机发出的能量通过变压器送入电网，

变流系统的主电路图如图所示：

变流系统主电路原理图