风力发电机.docx
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风力发电机
1总体简介
_金风/1500系列机组采用水平轴、三叶片、上风向、变桨
距调节、直接驱动,永磁同步发电机并网的总体设计方
案,额定功率为1500kW。
_主要机型:
金风70/1500、金风77/1500、金风82/1500
_比其它机组具有以下优点:
_由于机械传动系统部件的减少,提高了风力发电机组的可靠性和可利用率;降低了风力发电机组
的噪音。
_永磁发电技术及变速恒频技术的采用提高了风电机组的效率。
_由于无齿轮箱,大大降低了风电场风力发电机组的运行维护成本。
仅是每三年更换一次齿轮箱润
滑油一项,就能节省大量费用。
_机械传动部件的减少降低了机械损失,提高了整机效率,风机设计结构简单,变流设备、电控设
备等易损件都在塔筒底部,维修非常方便。
_发电机在低转速下运行,损坏机率大大减小。
_利用变速恒频技术,可以进行无功补偿。
_由于减少了部件数量,使整机的生产周期大大缩短。
_全变流技术,提高了电能品质。
_可以从内部进入轮毂维护变桨系统,提高了人员的安全性。
_对比目前国际市场上现有的直接驱动机型,优点:
_发电机效率高,变速范围宽(9rpm-19rpm);
_永磁体外转子,励磁方式结构简单,无励磁损失;减小了传统电励磁的体积,降低
了可能发生故障。
_无碳刷和滑环,减少了维护量,提高了可利用率。
_桨系统采用带传动,无需润滑,免维护。
_变桨系统采用无刷交流电机,电容作为后备电源,寿命长,免维护。
_变频装置采用经过验证的成熟技术,谐波分量低。
_机舱结构设计采用了人性化设计方案,尽可能地方便运行人员检查维修,在设计中
加入爬升助力机构,使运行人员在维护过程中攀登梯子时变得格外轻松。
2技术参数
名称单位参数
型号金风70/1500;金风77/1500;金风82/1500
额定功率kW1500
叶轮直径m70;77;82
轮毂中心高M61.5、65、70、80、85、100(根据塔架高度)
切入风速m/s3
额定风速m/s11
切出风速(10min均值)m/s25
抗最大风速(3s均值)m/s59.5
运行温度范围?
C-30~+40
设计使用寿命年≥20
3结构组成、功能说明及装配
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1.叶片2.变浆机构3.轮毂4.发电机转子5.发电机定子
6.偏航驱动7.测风系统8.辅助提升机9.顶舱控制柜10.底座11.塔架
3.1基础
_为独立的重力式基础,钢筋混凝土组成,主要依靠自身重力来承受上
部塔架传来的竖向荷载、水平荷载和颠覆力矩。
基础外观形式主要为
圆形承台。
_基础为主要承载部件,用于平衡机组自身重量、风轮产生的正压
力、风载荷、机组调向时产生的扭矩等载荷,以确保机组安全、稳定运行。
_设计计算包括:
基础混凝土重量、几何尺寸的计算、基础底部压力所
产生的偏心距计算、土壤压力的计算、设计配筋、抗冲切强度校核。
3.2塔架
_采用柔性塔架,为锥形筒状钢结构,方便人员通行。
材
料选用低合金高强度结构钢Q345。
_是机组的主要承载部件,具有足够的静、动强度,能承
受作用在叶轮、塔架上的力及叶轮引起的振动载荷,包括
启动、停机过渡状态时的周期性交变载荷,以及阵风响
应、塔影效应等产生的影响。
_机舱通过偏航轴承安装在塔架上
3.3机舱总成
3.3.1机舱罩
_外表面为白色胶衣,内部为玻璃钢结构。
胶衣保护树脂
不受紫外线分解,防止玻璃钢的老化,玻璃钢用以保护机
舱内部零部件不受冰雹等冲击破坏,机舱各片体连接处有
密封胶条并在外部涂机械密封胶,防止雨、雪进入机舱内
部。
3.3.2底座
_底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、上平
台总成、机舱梯子等组成。
_原理:
_发电机总成、变浆系统总成共计84T的重量通过悬臂结构
作用在底座上。
_通过偏航轴承与塔架相连,并通过偏航系统带动机舱总
成、发电机总成、变浆系统总成偏航。
_给下平台总成、内平台总成、上平台总成、机舱罩总成、
偏航系统总成、液压系统总成、润滑系统总成提供支撑。
3.3.3偏航系统
_采用主动对风齿轮驱动形式,
与控制系统相配合,使叶轮始
终处于迎风状态,充分利用风
能,提高发电效率。
提供必要
的锁紧力矩,以保障机组安全
运行。
偏航系统
_各零部件功能介绍
_偏航电机:
为电磁制动三相异步电动
机,在三相异步电动机的基础上附加一个
直流电磁铁制动器组成,电磁铁的直流励
磁电源由安放在电机接线盒内的整流装置
供给,制动器具有手动释放装置。
偏航
时,电磁刹车通电,刹车释放。
偏航停止
时,电磁刹车断电,刹车释放将电机锁
死。
附加的电磁刹车手动释放装置,在需
要时可将手柄抬起刹车释放。
_偏航减速器:
采用四级行星
减速机构,寿命长、功率大,
体积小。
三个行星齿轮使负载
均匀分布,经磨制的齿轮表面
使噪音减少到最大的可能。
_偏航轴承:
采用四点接触球轴承,风机机舱通过偏航轴
承可以在360_范围内转动,跟踪风向。
偏航轴承采用外
齿圈结构。
_偏航制动器:
1500机组需用10台制动器,每台制动器
由上下两个闸体组成。
刹车闸为液压卡
钳形式,在偏航刹车时,由液压系统提
供约140~160bar的压力,使刹车片紧
压在刹车盘上,提供制动力。
偏航时保
持20~25bar的余压,产生一定的阻尼
力矩,使偏航运动更加平稳,减小机组
振动。
3.3.4液压系统
_主要构成部分:
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。
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1.蓄能器(7)
2.偏航余压阀(12.4)
3.压力表(6)
4.空气过滤器(1.5)
5.手阀(11.2)
6.手阀(6.1)
7.手阀(7.1)
8.油位计(1.4)
9.手动泵(13)
10.放油球阀(1.8)
11.压力继电器(10)12.电磁阀(9)
13.安全阀(5)
14.电磁阀(12.1)
_功能介绍
_偏航控制回路:
通过提供工作压力和释放压力控制偏航制动器的制动
和释放。
在无需对风及停机时提供制动压力,使机头不发生相对塔架
转动。
在偏航对风、解缆、侧风偏航时液压系统需要将制动器处于释
放同时保证制动器内留有较小的制动压力存在,以便偏航系统在较小
阻力下工作,保证机组偏航时整机平稳无冲击。
_转子制动控制回路:
通过提供工作压力和释放压力控制转子制动器的
制动与释放。
_手动泵:
主要实现系统断电的情况下提供应急能源。
3.3.5润滑系统
_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。
_功能简介
自动润滑系统通过油脂润滑泵将偏航润滑油脂以及偏航小
齿润滑脂连续的输入轴承及偏航齿轮外齿面起到连续润滑
效果,避免了手动润滑的间隔性以及润滑不均问题(过润
滑,欠润滑)的产生。
3.3.6提升机
_提升机形式为链式结构,主要由链盒、吊钩装置、提升
机本体(电机、齿轮等)、控制按钮站、支架等组成。
_功能:
方便工具及备件的提升,吊重小于350kg(吊物孔
尺寸610mm?
10mm)。
3.4发电机
_发电机是将叶轮转动的机械动能转换为电能的部件。
_采用多极永磁同步电机,是外转子型,与同功率电励磁
风力发电机相比,电机的尺寸和外径相对较小,易于运输
和安装。
3.5叶轮
_吸收风能的单元,用于将空气的动能转换为叶轮转动的
机械能。
叶轮的转动是风作用在叶片上产生的升力导致。
_由叶片、轮毂、变桨系统组成。
每个叶片有一套独立的
变桨机构,主动对叶片进行调节。
叶片配备雷电保护系
统。
_风机维护时,叶轮可通过锁定销进行锁定。
3.5.1轮毂
_轮毂的作用是将叶片固定
在一起,并且承受叶片上
传递的各种载荷,然后传
递到发电机转动轴上。
_轮毂结构是3个放射形喇
叭口拟合在一起的。
3.5.2变桨系统
_作用:
叶片在不同风速时,通过改变叶片的桨距角,使叶片处于最佳的吸收
风能的状态,当风速超过切出风速时,使叶片顺桨刹车。
_变桨电机是为变桨减速器提供扭矩,带动变桨减速器工作。
_变桨减速器为3级行星减速结构,是将变桨电机传递过来的扭矩增大,然后带
动叶片改变叶片的桨距角。
_变桨轴承:
为双排四点接触球轴承,带一定的阻尼力矩,外圈与叶片连结,
带动叶片转动。
_变桨控制柜是控制变桨电机和变桨减速器带动叶片,从而控制叶片的桨距
角。
_工作原理:
变桨电机为变桨系统提供扭矩,变桨系统把扭
矩增加大约100倍后,通过另外一端的变桨小齿轮(小齿
轮上面带着一个齿形带,齿形带与叶片上面的变桨轴承相
连),把力传递到变桨轴承上面,使变桨轴承旋转,改变
叶片的迎风角度。
3.5.3叶片
_是主要的吸收风能的单元,具备可靠的防雷击措施。
通
过变桨轴承,连接到轮毂上。
3.6机组运行及安全系统
_金风1500系列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。
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。
3.7制动系统
金风1500系列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
于将机组保持在停机位置。
3.8锁紧装置
_1500MW机组的锁紧装置为:
叶轮变桨锁定装置和发电机
转子锁定装置,维护、检修时使用。
_叶轮变桨锁定装置:
将固定在变桨盘上的变桨锁锁定在
轮毂槽内,实现锁定功能。
_发电机锁紧装置:
在机舱前部发电机定子处有两个手
轮,就是发电机的锁定装置。
进入叶轮实施维护、检修工作
前,检修人员启动刹车闸,旋入转子刹车止动销将转子锁
住,使风机处于锁定状态。
只有指定的人员可以操作这个手
轮,如果操作不正确,可能会
导致严重的设备损坏或人身伤
害。
注意:
未经许可的人不能
操作锁定装置
3.9电控系统
_包括:
主控系统、变流系统、变桨系统
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。
_电气控制系统由低压电气柜、电容柜、控制柜、变流柜、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。
_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,是全功率变流装置,与各种电网的兼容性好,具有更宽范围内的无功
功率调节能力和对电网电压的支撑能力。
_变桨电控系统主电路采用交流---直流---交流回路,变桨电机采用交流异步电机,
变桨速率或变桨电机转速的调节,采用闭环频率控制。
相比采用直流电机调速的变
桨控制系统,在保证调速性能的前提下,避免了直流电机存在碳刷容易磨损,维护
工作量大、成本增加的缺点。
每个叶片的变桨控制柜,都配备一套由超级电容组成的备用电源,超级电容储备的能量,在保证变桨控制柜内部电路正常工作的前提下,足以使叶片以10?
s的速率,从0_顺桨到90_三次。
当来自滑环的电网电压掉电时,备用电源直接给变桨控制系统供电,仍可保证整套变桨电控系统正常工作。
当超级电容电压低于软件设定值,主控在控制风机停机的同时,还会报电网电压掉电故障。
3.10防雷保护
_在叶片内部,雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰,通过轮毂传
至机舱;
_机舱底板与上段塔架之间、塔架各段之间,塔架除本身螺栓连接之外还增加了导体
连接;
_在机舱的后部还有一个避雷针,在遭受雷击的情况下将雷电流通过接地电缆传到机
舱底座,避免雷电流沿传动系统的传导;
_机舱底座为球墨铸铁件,机舱内的零部件都通过接地线与之相连,接地线尽可能地
短直。
雷电流通过塔架和铜缆经基础接地传到大地中;
_机组的接地按照GL规范设计,符合IEC61024-1或GB50057-1994的规定,采用平均
直径大于10m的接地圆环,单台机组的接地供频电阻≤4Ω,多台机组的接地进行互
连。
这样通过延伸机组的接地网进一步降低接地电阻,使雷电流迅速流散入大地而
不产生危险的过电压。
4装配
_机舱装配流程
_发电机装配
_叶轮装配流程
5吊装
_吊装流程
_电抗器、支架、电控柜吊装图片
_塔架吊装图片
_机舱吊装图片
_发电机吊装图片
_叶轮吊装图片
_叶轮吊装图片
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