Brüel & Kj?r Vibro (B&K 申克) 风力发电机状态监测技术
全球最成熟和最为广泛应用的风电机组状态监测及远程诊断技术！
目录
1.风电机组状态监测概述 (3)
2．B&K 申克风电状态监测技术及业绩 (4)
3．系统特点及监测策略 (5)
4．数据记录及数据存储原理 (8)
5．系统基本组成部件介绍 (10)
6．行业认证 (15)
7．故障诊断实例 (16)
1.风电机组状态监测概述
随着风力发电技术日趋完善和更加复杂，风力发电机在电网中的重要性及可靠性也日益增加，单机容量也越来越大。这些对机组的运行和维护工作提出了更高的要求，必须尽可能减各种人为或故障造成的停机损失。因此风力发电行业对预知性主动维修策略产生了强烈的需求，而这一主动性维修策略的实施依赖于一套有效的设备状态监测系统。
从状态监测和维护策略角度考量，风力发电场具有以下特点及行业趋势：
z风力发电设备的可靠性及可用率直接决定风电场的生产率；
z风电场地处偏远，风机分散分布，因此检修工作的计划性非常重要；
z风机结构不同于传统发电行业的机器构造，具有独特的故障类型；
z风机振动值及其他状态参数不可能依赖人工采集；
z机器结构越来越复杂，制造周期越来越短；
z单机容量不断加大，故障停机造成的生产损失大；
z单机容量加大也使得各部件的价格更为昂贵；
z风场建设应综合考虑长期的运行及维护成本（设备寿命过程投资的理念）
应用状态监测技术的目的是检测及诊断设备的早期故障，分析故障发展的趋势，从而编制及时有效的检修方案，以有效地减少机器的维护费用，使停机时间降到最低，从而提高设备可靠性及可用率。
连续的风机特征数量值的监测，结合先进的报警管理系统，能够为操作者提供出早期的故障状态信息以及故障发展的严重程度。在这方面B&K 申克具备丰富的技术和实际应用经验，提供有效的诊断工具和强大的时域波形信号采集能力，使您能够对机器的运行状态进行全面而详细的分析。
2．B&K 申克风电状态监测技术及业绩
B&K 申克拥有世界上最为成熟和最为广泛应用的风力发电机组状态监测及远程诊断技术。这家公司2001年就推出了全球第一套风机状态监测系统，并且自2003年起成为维斯塔斯（Vestas）的OEM供货商。此外B&K 申克的状态监测系统还是苏斯兰（Suzlon）公司风机的标准配置。
目前B&K 申克在全球范围内对超过1000台风力发电机进行远程监测。
B&K 申克在风电监测行业的成就来自于60余年的行业经验，这家公司自1942年以来，一直专注于振动测量及分析技术的研究和技术开发，产品大量应用于全球各大型发电厂、石油化工企业、以及冶金、水泥等重型工业。这家公司雄厚的振动行业应用经验和强大的为客户定制监测方案的能力同样使风力发电领域的客户受益匪浅，全球最主要的几家风机制造商与B&K 申克长期稳固的合作关系正是这一点的最好证明。
B&K 申克的风力发电机监测技术适用范围非常广泛，可以应用于定速发电机，也可应用于变速风力发电机，并且监测的范围遍及风力发电机的各个部件：主轴承、齿轮箱、发电机以及其他重要部件和部位。
从设备故障看，B&K 申克可以监测以下各种典型的故障类型：
z主轴承、齿轮箱和发电机的轴承故障；z不对中；
z不平衡；z松动；
z齿轮故障；z靠背轮故障
从不同部件的适用性看，B&K 申克可以直接监测各种类型（制造商）的齿轮箱：z Hansen
z Ja)(ke
z Lohman
z Metso
z Moventas
z Valmet 以及 Winergy 直接监测以下各种类型（制造商）的发电机：z ABB
z ELIN
z LeroySomer
z Loher
z Siemens
z Weier
对于上述不同类型的设备部件，B&K 申克已经积累了大量的监测和诊断经验，可以直接进行监测。对于以上范围之外的设备部件，B&K 申克可以根据设备的参数对监测方案进行调整即可。
B&K 申克是全球风电状态监测领域的领跑者，但这家公司在中国的业务才刚刚开始，与中国的制造商及大型用户建立良好的合格关系是B&K 申克目前最为重要的发展战略，B&K 申克也希望通过建立这种战略合作的关系为中国的客户带来更大的利益和帮助。
3．系统特点及监测策略 系统特点：
z可靠的故障检测：针对风力涡轮机特征数量值的长周期的趋势和连续地状态
监测
z长时间存储时域波形能力：通过系统内提供的先进的分析工具，能够深度调查
和分析故障的根本原因
z智能报警管理：简化日常监测任务，集中关注有问题的地方
z网络化信息管理：在风力涡轮机管理主页上，很容易的获取机器信息，运行数
据，报警状态信息以及机器的历史数据
等
z操作者基于INTERNET网络，可以获取所有的风力涡轮机的数据
连续的风机特征数量值的监测，结合先
进的报警管理系统，能够为操作者提供出早
期的故障状态信息以及故障发展的严重程
度。我们有效的诊断工具和强大的时域波形
信号采集能力，使您能够对机器的运行状态
进行全面而详细的分析。
监测策略：
风力发电机组主要监测的部件包括：发电机、齿轮箱、主轴及塔体。
故障模式主要有：不平衡、不对中、轴承及齿轮故障。
振动测量是对风力发电机故障检测及分析诊断最常用也是最有效的工具之一，机器的故障或潜在失效模式是和特定的频率或频率范围相关联的，通过振动监测，可以发现这些频率的振动幅值的变化。
然而，风力涡轮机的监测不是简单的任务，其振动监测系统面临着如下的特殊情况：z连续改变的运行参数
z低转速
z复杂的齿轮箱结构
z非刚性基础
此监测策略对各种机器特征数量值进行连续趋势监测，并应用专用的分析软件工具解决海量数据和假报警的问题，正如上面提到的，风力发电机的监测是比较困难的。
特征数量值测量为瞬变特性的分析提供了有效的方法，并提供了高度自动化的报警处理过程。
机器的失效及故障模式是和特定的频率或频率范围相关的，可以通过趋势监测来发现这些频率下的振动幅值的变化。
通频振动测量缺少分频信息，因此在通频信号的基础上需要补充更高敏感度的信号，来分析判断机器的早期故障。因此一系列的特征数量值，被列入了监测范围。对于监测报警来说，一个特定的潜在故障模式，其响应集中在一个特定频率上，这些测量是可重复的且可靠的。
几个跟踪机器转速的测量值，就是为了能监测变转速的风力涡轮机。下面的表中列出了一系列特征数量值，系统对这些值规定了报警极限，并进行监测。
测量类型说明
HFBP 高频带通，涵盖轴承共振频率的高频段的振动有效值
ISO RMS RMS ISO RMS 均方根值：根据振动标准ISO-10816，在10HZ-1000HZ振动的有效值，
它是振动测量传统的指标参数，用来监测机器的故障
RMS 舱体均方根值：振动频率范围在0.1-100HZ范围内振动的有效值
N.Mag RMS
N 次谐波振幅值N 阶幅值，N 是个整数，它不是指一个固定的频率，而是跟踪风机的转速。
例如：1阶（倍频）的有效值是机器转速的振动值
N.Mag Ph
N 次谐波相位值N阶相角，N 是个整数，它不是指一个固定的频率，而是跟踪风机的转速。
例如：1阶相角是机器转速下振动的相位角
N.Mesh Mag RMS N.次啮合振幅齿轮啮合频率，也称咬合频率，它是齿轮咬合在一起的比率。它等于轮齿的数量乘以齿轮的转速；齿轮箱的振动通常大部分由啮合频率振动构成，这一数值用作齿轮箱监测的故障频率。在这一频率下的振幅值称作啮合振幅。齿轮啮合频率随风机转速不同而变化，因此它不是固定值，而是跟踪机器的转速。
Mesh RMS 包含所有齿轮啮合频率下的有效值；由于风力透平机的转速不
RMS Mesh 同，这个测量值不是一个固定的频率，但也跟踪机器的转速。Residual RMS
RV RMS
RV
残余值：去掉1阶、2阶、3阶啮合频率的齿轮啮合有效值
HF Crest Factor HF Crest 振幅因数：峰值除以有效值。计算该系数的目的是在一个波形内，冲击产生多大的影响，的一个快速的分析方法。这种冲击通常是由于滚动体磨损、气蚀及齿轮磨损产生的。振幅因数的计算范围在：1KHZ-10KHZ
HF PeakValue
HF Peak
信号峰值，频率范围：1KHZ-10KHZ
CRBP 壳体响应频带测量。轴承响应的高频范围：4KHZ-6KHZ BPFO 滚动轴承外圈滚动体通过频率的振动值
BPFI 滚动轴承内圈滚动体通过频率的振动值；它不是一个固定的频
率，但也跟踪机器的转速
2XBSF 2倍的滚动体旋转频率振动值，
它不是一个固定的频率，但也跟踪机器的转速
Speed Generator 发电机的转速，由转速传感器测量，单位为：HZ
Speed Rotor 转子转速，来自透平控制器，单位：RPM
Power Act.
Power Actual
实际功率值：来自于透平控制器；单位;PF
Temp.Ambient
Temp.Gearbox
Temp.Main Bearing
温度
Wind Act.
Wind Actual
实际风速，信号来自控制系统
Wind Min，Mean，Max 风速的最高、最低及平均值
故障诊断测量用于分析机器故障，不用于监
测报警，它们包括：
z时域波形
z频谱FFT
z包络谱分析
z倒频谱分析
风力发电机在一个变化大的转速与负载下
工作，因此必须有一个与之相适应的监测策
略用来提供稳定、可靠的数据监测，减少错
误报警的发生。确信振动的变化是由于一个不断发展的故障引起的，而不是由于运行工况的变化而引起的，这样使得检测和故障诊断更为简单，趋势曲线更为“干净”。图1：工况等级定义-振动数据与按五个不同的级别设置的报警限进行比较，并按级别分别储存
4．数据记录及数据存储原理
数据记录及存储的技术参数指标完全符合风电场状态监测系统德国劳氏(Lloyd)标准。
参照上图中的次序1、2、3、4，数据的存储说明如下：
1、从涡轮机控制器系统读取过程量，采样
频率为每秒钟一次。在储存振动值时与这些数据进行关联，以确定风机的运行工况。
2、一个完整的数据组，不低于100个特征
数量值，包括过程值，被传送到网络服务器，传输间隔小于2分钟。这些数据根据机器运行的转速不同，同报警值进行比较并做平均值后，分等级存储到不同的缓冲器中。数据的平均及下载方案应确保重要的数据不被遗漏。系统使用从风机控制系统获得的功率信号来确定运行工况等级。
3、在正常工况下，特征数量值分成5个等
级，下载到B&K 申克的远程诊断服务
中心。
4、当一个特征数量值超过报警值时，所有
的特征数量值被下载到B&K 申克的远
程诊断服务中心，加密下载所有5个等
级下的所有的特征数量值数据，直到报
警消失为止。
5、至少每3个月要同步记录所有振动测量
通道的原始数据，并下载到B&K 申克
的远程诊断服务中心，每个原始数据组，都含有整套的指示数据被记录时的涡轮
机运行状态的特征数量值。
6、当数据采集服务器接收到涡轮机的数据
后，立即存储到数据库服务器中。
7、每天备份数据库文件，备份的数据存放
于保险柜中。
8、每半年对数据库进行全面备份，备份数
据存放于高级别保险柜中。
报警门槛值：
每个特征数量值有两个报警门槛值，例如：报警值和危险值
报警值：报警值代表振动值达到了振动的报警线，虽然不意味着机器马上处于危险状态，但它说明一个可能正在发生的故障，提醒我们去调查原因。报警线在趋势图中用黄线表示，报警线是在机器最初运行或维修更换部件后设定的。
危险值：它代表机器的振动水平达到了危险线，代表机器故障已经发展到了严重程度。如果有效值达到了危险值，机器需要马上采取行动；其它值达到了危险值，代表机器发生了严重故障，但还稍有时间采取行动。任何特征数量值达到了危险值，都需要引起高度重视。同种型号涡轮机的振动有效值是一样的，国际上采用相同的标准。报警线在趋势图中用红线表示。
系统失效：
状态监测系统可监测自身的状态。一旦发生传感器失效、与风机控制系统失去联系、与网络服务器或者数据采集器的通讯中断等故障时，系统会向B&K 申克的远程诊断服务中心发出系统异常报警。
和远程服务中心的连接中断：
一旦发生和B&K 申克的远程诊断服务中心通讯失效，透平内的监测系统会保持连续记录数据并计算平均值，并保存在数据缓存器中。当通讯重新建立后，数据组被立刻下载到服务器中。
电源失效处理-失去电网连接：
一旦发生此故障，监测设备将掉电，涡轮机将失去监测。当系统重新上电后，数据采集服务器将自动下载系统组态和停电前的最后一次采集的数据组。这将确保机器重新启动监测后，和失电前保持相同的状态。
5．系统基本组成部件介绍 传感器：
加速度传感器用来测量风力发电机的绝对振动。采用压电晶体信号产生原理，使用恒流源供电，内部集成的电荷放大器。常使用下列三种传感器：
z VS05e-压电式加速度传感器，优化设计用于测量塔体的低频振动
z AS-070-压电晶体环形剪切式加速度传感器，非常好的适用于测量低速的
主轴承及齿轮箱的振动测量
z AS-062-压电晶体压缩式加速度传感器，非常适于用来测量高速应用如齿
轮箱、高速齿轮轴承及发电机轴承的
高频振动
图3：使用的加速度传感器（AS-062，左侧，AS-070右侧）
2540型数据采集单元 II（DDAUII）：
数据采集单元 II（DDAUII）安装在风力发电机的吊舱内，与WEB服务器EQ2495相连接。DDAUII设计用于大量的风力涡轮机的远程状态监测，并有效地节省成本。可以使用其它的测量值或者外部信号来触发DDAUII记录，时域波形记录在环形缓冲器内，从而可以在指定的触发条件之前来获取信号。DDAUII除了连续记录时域波形外，还可以记录100多个特征数量值，例如：总振动值、窄带测量值（峰值、谐波、边带等）、剩余值（在峰值之间的振动能量数值）、直流量、转速和相位信息以及过程量。DDAUII 包括：
z16个AC/DC 输入通道
z4个数字量输入
z2个数字量输出
z2个串行通讯口（RS232和RS485）z4个以太网接口（3个RJ45和1个
光纤）
图4：机柜内的DDAUII 和 WEB 服务器
DDAUII设计用于近海平台上的应用，并经过测试，能够经受住这些现场的苛刻的气候条件。关于DDAUII的更详细的信息，请参考它的产品说明书。
EQ2495 网络服务器：
该网络服务器是与DDAUII的接口和数据处理单元，它具有数项功能：每分钟从DDAUII读取一次所有特征数量值的平均值；将这些数值存储在数个按工况等级进行分类的长期均值缓存器内；每过一段预先设定的时间间隔，服务器就将一组平均值通过以太网传送到数据采集服务器内。网络服务器也可根据指令将时域波形数据传送到数据采集服务器。当它在风机内首次启动时进入学习模式，这一模式对采集到的数据进行统计学分析，随之在COMPASS 监测系统内生成一系列的报警值。如果服务器与数据采集服务器的通讯失去联系，它会继续采集数据并进行均值计算，直到通讯重新建立。
数据采集服务器：
通过数据采集服务器，数据接口层执行维持和保持跟踪与所有风力透平的联系。通过数据采集服务器，测量和报警信息被接收和传送到 COMPASS数据库服务器内。
数据采集服务器还完成一些其它任务：与所有涡轮机的时间同步、传输 WEB服务器和 DDAUII的组态指令、命令DDAUII 记录时域波形、使用通过 WEB 服务器在学习模式期间获悉的记录值，来设置COMPASS的报警限（见下一节）。
7615 COMPASS 监测系统：
COMPASS系统执行监测策略，提供趋势和长时间的来自风力透平的所有特征数量值的记录存储。所有的数据存储在性能可靠的 ORACLE 数据库内。COMPASS把所有的测量数据，工艺值以及振动值与预设的报警和危险值进行比较，如果实测值超过报警限定值，就发出报警。正如上面所提到的，对于不同的涡轮机，在学习模式阶段，针对所测量到的振动值，使用统计计算方法来建立独立的报警值。.从而确保了COMPASS 系统对一个实际的涡轮机的真实振动变化，具有非常灵敏的识别能力。在学习模式期间，缺省的报警限被使用，来确保对振动增长的探测。在COMPASS内的一个警告报警，意味着振动状态或振动值已经达到了一个相当的水平。尽管该振动水平不意味着立即能够对设备产生损害，但它指示了一个缺陷的存在和发展，至少要对此引起重视和注意缺陷的发展状态。
危险设定值不是在学习模式下建立的，而是应尽可能采用国际标准。如果对某个具体的测量值而言没有相应的标准，应适用通用的指导原则。
报警管理器：
严重程度类型描述需要采取的行动
1 危险严重到会产生设备损坏立即采取行动。如果继续操作风力透平，会产
生设备损坏和其他间接损失。
2 报警故障在快速恶化尽快采取行动，推荐在两周内处理。
3 警告故障在发展在方便时采取行动，推荐两个月内处理。
4 警告小的或者发展缓慢的失效在下一个维修期处理.
5 正常没有异常发生不需要行动.
6
系统问题
硬件系统故障
请尽快解决
COMPASS 系统对每台机组监测一百多个特征数量值。每个值按相应的工况级别进行存储。每一个工况级别有自己的报警限，这样每台机有 500 – 1000个报警限。COMPASS 系统密切监测每个记录的值，每一个超过报警限的值均会产生一个报警。把一些报警相互结合起来进行分析，可以发现一个或多个发展中的故障。报警管理器是一个智能程序，对来自COMPASS 系统的报警信息做精细处理，去掉假信息。它分析所有的信息和持续的报警，并针对涡轮机的每一个部件，生成单个的报警通知。针对故障的发展，报警信息被分成 5 个严重级别，以便于给用户提供处理故障足够的准备时间。上表为报警管理器中的严重级别的定义。报警通过Email 的方式发送给相关的人员。
报警跟踪器：
报警跟踪器是分析人员使用的工具，从报警管理器获得输入信息。作用是跟踪日常的报告任务和机器的报警历史。它显示所有由报警管理器发出的报警信息以帮助分析人员持续跟踪日常产生的报警报告。
在日常工作中，分析人员可以使用各种排序工具，来显示最严重级别 1 的报警，过期未处理的报告，接近过期的报告等。 一个报警通常要经历4 个状态： 新报警 报警没有被处理
. 进行中的 正在针对报警作分析.
还没有反馈 已送出报警报告，等待维修部门的反馈
完成
已经收到反馈，或者报警消除
在报警状态改变时，分析人员可以做一个相
关的注释，报警跟踪器可以保持显示所有的注释，及相关的日期，时间和输入注释的分析人员的名字。
图5：报警跟踪器界面（从报警列表中选择一个报警，报警跟踪器会显示：报警报告、状态报
告、处理报告、反馈报告以及相关部位的振动时域波形数据。）
风力发电机的数据库主页：
涡轮机主页是日常监测工作的基本工具，通过它用户可以进入到以下界面：
z涡轮机的通用信息，如位置，标识，制造厂名称和类型，状态监测设备的类型z DDAUII单元的组态
z系统的调试状态z时域波形记录的采集要求和记录概况z报警管理器的组态和故障的严重程度z与涡轮机状态监测有关的历史记录的变化
z风力发电机的动力学数据的存储
z管理员用户
WTG风机故障分析软件：
图6：WTG分析软件界面
该 WTG分析软件是一个数据显示和分析包，是为风力透平状态监测专家专门设计的。它提供功能强大的工具，来显示和分析用户选择的风力透平的监测数据。它具有下列功能：
z自动频谱（FFT）-高分辨率显示频率组分。
z细化频谱-用于区分邻近的峰值和边带。
z包络频谱-用于齿轮箱和滚动体轴承的故障分析
z倒频谱-用于齿轮箱的故障分析
z原始的时域波形信号-用于快变和非常低的频率分析
z多个过程量显示-多个过程量和记录的振动数值以时间为横轴来同时显示z声音输出-你可以听到风力透平机器元件的振动的声音
用于分析的图形，具有一系列的诊断工具，来使分析更快，更容易和更准确可靠，它们包括：
z用户可选择的光标-单个，谐波，边带，差值，机器的缺陷频率，用户定义的注
释光标
z图的特征-图形细化，摄取，用户定义的Y轴类型（线性和对数）
z多图显示-来自于不同传感器的数据可以在一个图形上同时显示
所有的分析工作和用户区分分析章节的注释，可以保存到一个数据文件，以便于将来使用。图形和相关的数据如设备信息可以考备到剪贴板，并能输入到其它的应用中。.
状态报告生成器：
图7：状态报告生成器界面
WTG 状态报告是基于电子表格的工具，用于生成报告，来提供指定时间段测量的特征值的概况。COMPASS 数据库通过网络服务接口将数据自动输入电子表格。每种风机类型一套单独的监测策略模板。一个报告样板通常包括以下内容： z 选择测量的数量值趋势图 z 涡轮机振动水平的当前状态 z 最近半年的观察到的变化 z 当前状态的结论 z 状态监测报警的报告单 z 与报警相对应的维护历史
风场运行人员数据访问：
满足风场运行人员数据访问的要求，并符合德国劳氏（Lioyd ） 和安联保险（Allianz ） 的相关规定。B&K 申克提供的数据订阅服务类型是 7125，该服务为涡轮机操作者提供访问所有B&K 申克监测中心日常监测使用的测量数据，用户还可按照自己的要求进行附加的测量。 通过报警状态库和涡轮机报警状态，用户可以了解涡轮机当前状态的总体的概况。 另外，该服务允许订户下载专用于风力涡轮机分析的先进的数据分析工具。该分析工具，是由B&K 申克为监测中心日常工作使用所研发的。关于更多的信息，请参考产品说明书“数据订阅主页-类型 7125”并请参考以下界面图。
图8：数据库主页界面，左侧为报警状态库，,右侧为WTG 分析软件下载页。
6．行业认证
风力发电机状态监测系统认证证书，由德国劳氏认证机构颁发。认证依据：劳氏风力涡轮发电机状态监测系统导则
有效期截止：2011年9月9日
Brüel & Kj?r Vibro保留不另行通知而变更本说明文件的权利7．故障诊断实例
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国内风力发电设备整机制造企业简介1 1.金风科技股份有限公司 金风科技股份有限公司成立于1998年，前身是新疆风能公司，是中国最早研究风力发电的企业之一，金风科技主营大型风力发电机组及零部件的研制开发和生产销售，同时承担大型风电场的工程服务及运营管理。经过4次增资扩股，截至2005年底金风科技的注册资本已经增至1亿元。通过承担国家"九五"科技攻关计划"600kW风力机组国产化研制"，并在该项成果的产业化过程中逐步成长壮大起来，是科技攻关项目培育出的高技术企业。2004年被国家科技部批准成立"国家风力发电工程技术研究中心"，承担国家"863"计划MW级风机研制项目。金风科技目前是国内风电设备的龙头企业，连续几年占国产风机销售量的90％左右。2004年金风总资产2.84亿元，净资产1.27亿元，资产负债率56%，实现销售收入2.4亿元。同2004年相比，2005年公司收入增长了100%。2006年金风科技分别在中国和全球取得33.29%和2.8%的新增装机市场份额。 金风现在主导产品为能大批量生产的600kW及750kW风力发电机组，还包括800kW风力发电机组，1500kW直驱式风力发电机，并且还在继续研发2000kW、2500kW风力发电机组，为将来海上风电场进行产品储备。其产品销售往河北、辽宁、内蒙、甘肃、广东、新疆等地的23所风电场(围场红松洼、丰宁鱼儿山、康保卧龙兔山、察右中旗大阳卜子、克什克腾旗达里、翁牛特旗孙家营、瓦房店长兴岛、长海小长山、长海大长山、昌图东张家、白城青山（富裕）、白城查干浩特、长岛连城、栖霞唐山硼、惠来月山、惠来坂美、玉门三十里井子、安西北大桥、青铜峡盛家墩梁、红寺堡墩墩梁、达坂城三葛村庄、乌鲁木齐县托里（天风）、阿拉山口乌兰达布森），最长运行时间超过7年。 截至到2006年底，金风科技累计销售风机1676台，累计风机装机总量为667350kw，占当年内资制造商比例为83.36%，占全国风机装机总量25.68%，市场份额居第一位。 2006年9月开工兴建的工业园占地500亩，兆瓦级风电机组生产能力将由目前的年产150台到年底预计突破200台，工业产值预计年底可达10亿元，到2010年将有望达到50亿元，年装机容量将达150万千瓦以上。
截至2013年底，国内约30家大型风电机组整机制造企业已向国内外风电市场提供了合格的大型风电机组整机产品。2013年在我国风电场建设中，国产风电机组的市场占有率达到94%，大幅超过外资企业。其中，在国内新增总装机占比中，金风科技的份额最大，占23.31%；联合动力第二，占9.25%；广东明阳第三，占7.99%。通过对我国大型风电机组发展情况的分析，归纳出我国大型风电机组技术主要呈现如下特点。 1 水平轴风电机组是主流 水平轴风电机组的应用已近100年。由于水平轴风电机组的风轮具有风能转换效率高、传动轴较短、控制和制动技术成熟、制造成本较低、并网技术可靠等优点，近年来大型并网水平轴风电机组得到快速发展，使大型双馈式和直驱永磁式等水平轴风电机组成为国内大型风电场建设所需的主流机型，并在国内风电场建设中占到100%的市场份额。 2 垂直轴风电机组有所发展 大型垂直轴风电机组因具有全风向对风、变速装置及发电机可置于风轮下方或地面等优点。近年来相关研究和开发也在不断进行并取得一定进展，单机试验示范正在进行，在美国已有大型垂直轴风电机组在风电场运行，但在我国还无垂直轴风电机组产品在风电场成功应用的先例。 3 风电机组单机容量持续增大 近年来，国内风电市场中风电机组的单机容 我国大型风电机组技术发展情况 中国农业机械化科学研究院 ■ 沈德昌 量持续增大，2012年新安装机组的平均单机容量达1.65 MW ， 2013年为1.73 MW 。2013年我国风电场安装的最大风电机组为6 MW 。 随着单机容量不断增大和利用效率的提高，国内主流机型已从2005年的750～850 kW 增加到2014年的1.5～2.5 MW 。 近年来，海上风电场的开发进一步加快了大容量风电机组的发展。我国华锐风电的3 MW 海上风电机组已在海上风电场批量应用。3.6、4、5、5.5、6和6.5 MW 的海上风电机组已陆续下线或投入试运行。目前，华锐、金风、联合动力、湖南湘电、重庆海装、东方汽轮机、广东明阳和太原重工等公司都已研制出5～6.5 MW 的大容量海上风电机组产品。 4 变桨变速功率调节技术得到全面应用 由于变桨距功率调节方式具有载荷控制平稳、安全高效等优点，近年在大型风电机组上得到广泛应用。结合变桨距技术的应用及电力电子技术的发展，大多数风电机组制造厂商采用了变速恒频技术，并开发出变桨变速风电机组，在风能转换效率上有了进一步完善和提高。从2012年起，国内定桨距并网风电机组已停止生产，在全国安装的风电机组全部采用了变桨变速恒频技术。2 MW 以上的风电机组大多采用3个独立的电控调桨机构，通过3组变速电机和减速箱对桨叶分别进行闭环控制。 5 双馈异步发电技术仍占主导地位 外资企业如丹麦V estas 公司、西班牙Gamesa 收稿日期：2014-11-27 通信作者：沈德昌 ，男，研究员，中国农业机械化科学研究院。shendc06@https://www.doczj.com/doc/557250019.html,
目录 引言 (2) 一、风力发电机组简介 (2) 风力发电机原理 (2) 风力发电机组结构 (3) 二、风力发电机组传动系统 (5) 风力发电机组齿轮箱的概况 (5) 风力发电机组中的联轴器 (10) 三、风力发电机组的分类特点 (11) 垂直轴风力发电机组 (11) 水平轴风力发电机组 (12) 直驱型风力发电机 (12) 双馈式风力发电机 (12) 四、风力发电控制系统简述 (13) 风电控制系统基本功能 (13) 五、参考文献 (13)
风力发电机组传动系统设计 引言 随着科技的不断进步，社会的不断发展，能源问题将会成为未来人类必须解决的问题之一，同时可再生能源结构会成为未来能源的倾向之一。现如今风能作为一种无污染的可再生能源备受人们的关注，在一定程度上，风力发电将会成为未来最具潜力的新能源之一。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在大力提倡。 一、风力发电机组简介 风力发电机原理 风力发电机是将风能转换为机械功的动力机械。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三公尺的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。 风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成。每一部分都很重要，各部分功能为：叶片用来接受风力并通过机头转为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能；机头的转子是永磁体，定子绕组切割磁力线产生电能。风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。然后用有保护
风力发电机介绍 目录 1. 风力发电发展的推动力 2.风力发电的相关参数 2.1.风的参数 2.2.风力机的相关参数（以水平轴风力机为例） 3.风力机的种类 3.1.水平轴风力机 3.2.垂直轴风力机 4.水平轴风力机详细介绍 4.1.风轮机构 4.2.传动装置 4.3.迎风机构 4.4.发电机 4.5.塔架 4.6.避雷系统 4.7.控制部分 5.风力发电机的变电并网系统 5.1.（恒速）同步发电机变电并网技术
5.2.（恒速）异步发电机变电并网技术 5.3.交—直—交并网技术 5.4.风力发电机的变电站的布置 6.风力发电场 7.风力机发展方向 1. 风力发电发展的推动力： 1) 新技术、新材料的发展和运用； 2) 大型风力机制造技术及风力机运行经验的积累； 3) 火电发电成本（煤的价格）上涨及环保要求的提高（一套脱硫装置价格相当 一台锅炉价格）。 2. 风力发电的相关参数： 2.1. 风的参数： 2.1.1. 风速： 在近300m的高度内，风速随高度的增加而增加，公式为： V：欲求的离地高度H处的风速； V0：离地高度为H0处的风速（H0=10m为气象台预报风速的高度）； n：与地面粗糙度等因素有关的指数，平坦地区平均值为0.19～0.20。 2.1.2. 风速频率曲线：
在一年或一个月的周期中，出现相同风速的小时数占这段时间总小时数的百分比称风速频率。 图1：风速频率曲线 2.1. 3. 风向玫瑰图(风向频率曲线)： 在一年或一个月的周期中，出现相同风向的小时数占这段时间总小时数的百分比称风向频率。以极座标形式表示的风向频率图叫风向玫瑰图。 图2：风向玫瑰图
( 安全管理 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 大型风力发电机组控制系统的安全保护功能(新编版) Safety management is an important part of production management. Safety and production are in the implementation process
大型风力发电机组控制系统的安全保护功 能(新编版) 1制动功能 制动系统是风力发电机组安全保障的重要环节，在硬件上主要由叶尖气动刹车和盘式高速刹车构成，由液压系统来支持工作。制动功能的设计一般按照失效保护的原则进行，即失电时处于制动保护状态。在风力发电机组发生故障或由于其他原因需要停机时，控制器根据机组发生的故障种类判断，分别发出控制指令进行正常停机、安全停机以及紧急停机等处理，叶尖气动刹车和盘式高速刹车先后投入使用，达到保护机组安全运行的目的。 2独立安全链 系统的安全链是独立于计算机系统的硬件保护措施，即使控制系统发生异常，也不会影响安全链的正常动作。安全链采用反逻辑
设计，将可能对风力发电机造成致命伤害的超常故障串联成一个回路，当安全链动作后，将引起紧急停机，执行机构失电，机组瞬间脱网，从而最大限度地保证机组的安全。发生下列故障时将触发安全链：叶轮过速、看门狗、扭缆、24V电源失电、振动和紧急停机按钮动作。 3防雷保护 多数风机都安装在山谷的风口处或海岛的山顶上，易受雷击，安装在多雷雨区的风力发电机组受雷击的可能性更大，其控制系统最容易因雷电感应造成过电压损害，因此在600kW风力发电机组控制系统的设计中专门做了防雷处理。使用避雷器吸收雷电波时，各相避雷器的吸收差异容易被忽视，雷电的侵入波一般是同时加在各相上的，如果各相的吸收特性差异较大，在相间形成的突波会经过电源变压器对控制系统产生危害。因此，为了保障各相间平衡，我们在一级防雷的设计中使用了3个吸收容量相同的避雷器，二、三级防雷的处理方法与此类同。控制系统的主要防雷击保护：①主电路三相690V输入端（即供给偏航电机、液压泵等执行机构的前段）
风力发电技术与风电场工程 第三章练习题及答案 一、填空题 1、并网型风力发电机的功能是将风轮获取的空气动能转换成机械能，再将机械能转换为电能，输送到电网中。 2、并网型风力发电机组的整体结构分为叶轮、机舱、塔架、和基础等几大部分。 3、机舱内布置的传动系统，由主轴、齿轮箱、联轴器和发电机等构成。 4、机舱底座是机组主驱动链和偏航机构固定的基础，并能将载荷传递到塔架上去。 5、铸造底座一般采用球墨铸铁制造，铸件尺寸稳定，吸振性和低温型较好。 6、整流罩是置于轮毂前面的罩子，其作用是整流，减小轮毂的阻力和保护轮毂中的设备。 7、风电机组的基础通常为钢筋混凝土结构，并且根据当地地质情况设计成不同的形式。基础周围还要设置预防雷击的接地系统。 8、塔架的基本形式有桁架式塔架和圆筒式塔架两大类。桁架式塔架优点为制造简单，成本低，运输方便，缺点为通向塔顶的上下梯子不好安排，塔架过于敞开，维护人员上下不安全。塔筒式塔架优点是美观大方，塔身封闭，风电机组维护时上下塔架安全可靠。 9、塔架高度主要依据风轮直径确定。 10、风电机组的基础主要按照塔架的载荷和机组所在地的气候环境条件，结合高层建筑建设规范建造。 11、风力发电机组的机械传动系统包括轮毂、主轴、齿轮箱、制动器、联轴器以及安全装置等。 12、齿轮箱的作用是传递扭矩和提供转速，通过两到三级渐开线圆柱齿轮增速传动得以实现，一般常采用行星齿轮或行星加平行轴齿轮组合传动结构。 13、齿轮箱输出轴（高速轴）通过柔性联轴器与发电机轴连接。 14、联轴器通过绝缘构件阻止发电机磁化齿轮箱内的齿轮和轴承等钢制零件，避免这些零件发生电腐蚀现象。联轴器上还设置有扭矩限制装置用以保护传动轴系，防止过载运行。 15、偏航系统功能就是跟踪风向的变化，驱动机舱围绕塔架中心线旋转，使风轮扫掠面与风向保持垂直。 16、机舱的偏航运动是由偏航齿轮装置自动执行的，它是根据风向仪提供的风向信号，由控制系统发出指令，通过传动机构使机舱旋转，让风轮始终处于迎风位置。 17、风向标是偏航系统的传感器。 18、偏航轴承有滚动轴承和滑动轴承两种，大型机组大多采用滚动轴承。 19、变桨机构中配置蓄电池的作用是以防电网突然掉电或电信号突然中断的紧急情况下，使得风电机组能够安全平稳地实现变桨。 20、液压系统的主要功能是向制动系统或液压、伺服变桨距控制系统的工作油缸提供压力油，由电动机、油泵、油箱、过滤器、管路及各种液压阀组成。 21、制动系统主要分为空气动力制动和机械制动两部分。
风力发电机结构介绍 风力发电机组是由风轮、传动系统、偏航系统、液压系统、制动系统、发电机、控制与安全系统、机舱、塔架和基础等组成。该机组通过风力推动叶轮旋转，再通过传动系统增速来达到发电机的转速后来驱动发电机发电，有效的将风能转化成电能。风力发电机组结构示意图如下。 1、叶片 2、变浆轴承 3、主轴 4、机舱吊 5、齿轮箱 6、高速轴制动器 7、发电机 8、轴流风机 9、机座 10、滑环 11、偏航轴承 12、偏航驱动 13、轮毂系统 各主要组成部分功能简述如下 （1）叶片叶片是吸收风能的单元，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。 （2）变浆系统变浆系统通过改变叶片的桨距角，使叶片在不同风速时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。 （3）齿轮箱齿轮箱是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，并使其得到相应的转速。 （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。明阳se
机组采用是带滑环三相双馈异步发电机。转子与变频器连接，可向转子回路提供可调频率的电压，输出转速可以在同步转速±30%范围内调节。 （5）偏航系统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。同时提供必要的锁紧力矩，以保障机组安全运行。 （6）轮毂系统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。 （7）底座总成底座总成主要有底座、下平台总成、内平台总成、机舱梯子等组成。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。 se型风电机组主要技术参数如下： （1）机组： 机组额定功率：1500kw 机组起动风速：3m/s 机组停机风速： 25m/s 机组额定风速： m/s （2）叶轮： 叶轮直径： 叶轮扫掠面积：5316m2 叶轮速度： 叶轮倾角： 5o 叶片长度： 叶片材质：玻璃纤维增强树脂 （3）齿轮箱： 齿轮箱额定功率：1663kw 齿轮箱转速比： （4）发电机： 发电机额定功率：1550kw
风力发电机组偏航系统详细介绍2012-12-15 资讯频道 偏航系统的主要作用有两偏航系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一。 使风力发电机组的风轮始终处于迎风状态，其一是与风力发电机组的控制系统相互配合，个。以保障风力发其二是提供必要的锁紧力矩，充分利用风能，提高风力发电机组的发电效率；被动风力发电机组的偏航系统一般分为主动偏航系统和被动偏航系统。电机组的安全运行。舵轮常见的有尾舵、偏航指的是依靠风力通过相关机构完成机组风轮对风动作的偏航方式，常见的有主动偏航指的是采用电力或液压拖动来完成对风动作的偏航方式，和下风向三种；通常都采用主动偏航的齿轮驱动对于并网型风力发电机组来说，齿轮驱动和滑动两种形式。形式。 1．偏航系统的技术要求 1.1. 环境条件 在进行偏航系统的设计时，必须考虑的环境条件如下： 1). 温度； 2). 湿度； 3). 阳光辐射； 雨、冰雹、雪和冰；4). 5). 化学活性物质； 机械活动微粒；6). 盐雾。风电材料设备7). 近海环境需要考虑附加特殊条件。8). 应根据典型值或可变条件的限制，确定设计用的气候条件。选择设计值时，应考虑几 气候条件的变化应在与年轮周期相对应的正常限制范围内，种气候条件同时出现的可能性。不影响所设计的风力发电机组偏航系统的正常运行。 1.2. 电缆 必须使电缆有足够为保证机组悬垂部分电缆不至于产生过度的纽绞而使电缆断裂失效， 电缆悬垂量的多少是根据电缆所允许的扭转角度确定的悬垂量，在设计上要采用冗余设计。的。阻尼1.3. 偏航系统在机组为避免风力发电机组在偏航过程中产生过大的振动而造成整机的共振， 阻尼力矩的大小要根据机舱和风轮质量总和的惯性力矩来偏航时必须具有合适的阻尼力矩。只有在其基本的确定原则为确保风力发电机组在偏航时应动作平稳顺畅不产生振动。确定。阻尼力矩的作用下，机组的风轮才能够定位准确，充分利用风能进行发电。 1.4. 解缆和纽缆保护 偏航系统的偏航动解缆和纽缆保护是风力发电机组的偏航系统所必须具有的主要功能。 所以在偏航系统中应设置与方向有关的计数作会导致机舱和塔架之间的连接电缆发生纽绞，检测装置或类一般对于主动偏航系统来说，装置或类似的程序对电缆的纽绞程度进行检测。对于被动偏航系统检测装置或类似似的程序应在电缆达到规定的纽绞角度之前发解缆信号；偏航系并进行人工解缆。的程序应在电缆达到危险的纽绞角度之前禁止机舱继续同向旋转，一般与偏航圈统的解缆一般分为初级解缆和终极解缆。初级解缆是在一定的条件下进行的，这个装置的控制逻纽缆保护装置是风力发电机组偏航系统必须具有的装置，数和风速相关。辑应具有最高级别的权限，一旦这个装置被触发，则风力发电机组必须进行紧急停机。偏航转速 1.5. 1 对于并网型风力发电机组的运行状态来说，风轮轴和叶片轴在机组的正常运行时不可避免的产生陀螺力矩，这个力矩过大将对风力发电机组的寿命和安全造成影响。为减少这个力矩对风力发
风力发电技术与风电场工程 第五章练习题 习题答案 一、填空题 1、风力发电机组机械传动系统是指将风轮获得的空气动力以机械方式传递到发电机的整个轴系及其组成部分，由主轴、齿轮箱、联轴器、制动器和过载安全保护装置等组成。 2、传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动系统形式按照主轴轴承的支撑方式，以及主轴与齿轮箱的相对位置来区分，主要有两点式、三点式、一点式和内置式四种。 3、直驱型风力发电机组的发电机分为外转子和内转子两种形式。 4、半直驱指采用比传统机组齿轮增速比较小的齿轮增速装置，使发电机的技术减少，从而缩小发电机的尺寸，便于运输和吊装。 5、主轴支撑风轮并将风轮的扭矩传递给齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给底座。 6、作用在主轴的载荷除了与风轮传来的外载荷有关外，还与风轮（主轴）的支撑形式的相对位置有关。 7、联轴器用于连接两传动轴，一般由两个半联轴节及连接件组成。 8、联轴器除了能传递所需的转矩外，还应具有补偿两轴线的相对位移或位置偏差，从而减小振动与噪声以及保护机器等性能。 9、常用的联轴器有刚性联轴器和弹性联轴器两种。 10、主轴与齿轮箱输入轴（低速轴）连接处应用刚性联轴器，在发电机与齿轮箱输出轴（高速轴）连接处应采用弹性联轴器。 11、机组制动包括机械制动、气动制动和发电机制动。 12、在风力发电机组中，最常用的机械制动器为液压盘式制动器。 13、常见的轮齿失效形式有轮齿折断、齿面点蚀、齿面胶合、齿面磨损、齿面塑性变形等。 14、在标准条件下齿轮箱的机械效率应达到大于97%。 15、齿轮箱的润滑方式有飞溅式、压力强制润滑式或混合式。 16、为了提高承载能力，齿轮一般都采用优质合金钢制造。 17、齿轮箱第一次换油应在首次投入运行500小时后进行，齿轮箱应每半年检修一次。 18、齿轮箱常见的故障有齿轮损伤、轴承损坏、断轴和油温高等。 19、齿轮箱油温最高不应超过80℃，不同轴承间的温差不得超过15℃。 20、偏航系统有被动偏航系统和主动偏航系统两种。 21、机舱可以两个方向旋转，旋转方向由接近开关进行检测。 22、偏航系统一般由偏航轴承、偏航驱动装置、偏航制动器、偏航计数器、纽缆保护装置、偏航液压装置等部件组成。 23、目前变桨系统执行机构主要有液压变桨距和电动变桨距两种，按其控制方式可分为统一变桨和独立变桨两种。 24、目前变桨距机组大多采用三个桨叶统一控制的方式，即三个桨叶变换是一致
风力发电机液压变桨系统简介 全球投入商业运行的兆瓦级以上风力发电机均采用了变桨距技术，变桨距控制与变频技术相配合，提高了风力发电机的发电效率和电能质量，使风力发电机在各种工况下都能够获得最佳的性能，减少风力对风机的冲击，它与变频控制一起构成了兆瓦级变速恒频风力发电机的核心技术。液压变桨系统具有单位体积小、重量轻、动态响应好、转矩大、无需变速机构且技术成熟等优点。本文将对液压变桨系统进行简要的介绍。 风机变桨调节的两种工况 风机的变桨作业大致可分为两种工况，即正常运行时的连续变桨和停止（紧急停止）状态下的全顺桨。风机开始启动时桨叶由90°向0°方向转动以及并网发电时桨叶在0°附近的调节都属于连续变桨。液压变桨系统的连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。当风机停机或紧急情况时，为了迅速停止风机，桨叶将快速转动到90°，一是让风向与桨叶平行，使桨叶失去迎风面；二是利用桨叶横向拍打空气来进行制动，以达到迅速停机的目的，这个过程叫做全顺桨。液压系统的全顺桨是由电磁阀全导通液压油回路进行快速顺桨控制的。 液压变桨系统 液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。 液压变桨系统的结构 变桨距伺服控制系统的原理图如图1所示。变桨距控制系统由信号给定、比较器、位置（桨距）控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。 图1 控制原理图 液压变桨执行机构的简化原理图如图2所示，它由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成，图中仅画出其中的一套变桨装置。
密级：公司秘密 东方汽轮机有限公司 DONGFANG TURBINE Co., Ltd. 2.0MW108C型风力发电机组主控制系统 说明书 编号KF20-001000DSM 版本号 A 2014年7 月
编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准 <**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号
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目录 序号章 节名称页数备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明12 6 0-6 故障及其处理说明64
0-1概述 风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。 风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。 风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。 图0-1-1
第五章风力发电机组的液压系统和刹车 风力发电机组的液压系统和刹车机构是一个整体。在定桨距风力发电机组中，液压系统的主要任务是执行风力发电机组的气动刹车和机械刹车；在变桨距风力发电机组中，液压系统主要控制变距机构，实现风力发电机组的转速控制、功率控制，同时也控制机械刹车机构。 第一节定桨距风力发电机组的刹车机构 一、气动刹车机构 气动刹车机构是由安装在叶尖的扰流器通过不锈钢丝绳与叶片根部的液压油缸的活塞杆相联接构成的。扰流器的结构（气动刹车结构）如图5-1 所示。当风力发电机组正常运行时，在液压力的作用下，叶尖扰流器与叶片主体部分精密地合为一体，组成完整的叶片。当风力发电机组需要脱网停机时，液压油缸失去压力，扰流器在离心力的作用下释放并旋转80°-9 0°形成阻尼板，由于叶尖部分处于距离轴最远点，整个叶片作为一个长的杠杆，使扰流器产生的气动阻力相当高，足以使风力发电机组在几乎没有任何磨损的情况下迅速减速，这一过程即为叶片空气动力刹车。叶尖扰流器是风力发电机组的 主要制动器，每次制动时都是它起主要作用。 在叶轮旋转时，作用在扰流器上的离心力和弹簧力会使叶尖扰流器力图脱离叶片主体转动到制动位置；而液压力的释放，不论是由于控制系统是正常指令，还是液压系统的故障引起，都将导致扰流器展开而使叶轮停止运行。因此，空气动力刹车是一种失效保护装置，它使整个风力发电机组的制动系统具有很高的可靠性。 二、机构刹车机构 图5-2为机构刹车机构由安装在低速轴或高速轴上的刹车圆盘与布置在四周的液压夹钳构成。液压夹钳固定，刹车圆盘随轴一起转动。刹车夹钳有一个预压的弹簧制动力，液压力通过油缸中的活塞将制动夹钳打开。机械刹车的预压弹簧制动力，一般要求在额定负载下脱网时能够保证风力发电机组安全停机。但在正常停机的情况下，液压力并不是完全释放，即在制动过程中只作用了一部分弹簧力。为此，在液压系统中设置了一个特殊的减压阀和蓄能器，以保证在制动过程中不完全提供弹簧的制动力。
风力发电机齿轮箱简介 摘要 随着全球经济的迅速发展和人类生活水平的日益提高,对能源的需求越来越大，环境的破坏也渐趋严重，新能源的开发及利用是当今社会发展的必然趋势。风能作为一种清洁环保的绿色能源受到世界各国的青睐，而将风能转化为电能的装置--风力发电机的研究也是现在的一大热门主题。本文主要介绍了风力发电机传动系统的主要部分--齿轮箱，对其设计要求、结构类型、零部件进行了介绍，同时结合自身专业知识进对其工作环境、存在的失效故障问题进行了简单研究。 关键词：新能源；风力发电机；齿轮箱；工作环境；失效问题 ABSTRACT With the rapid development of global economy and the increasing of human living standard, the demand for energy is more and more large, the destruction of the environment is also becoming more serious, thedevelopment of new energy and utilization is the inevitable trend of social development.Wind power as a kind of clean and environmental protection green energy is favored by countries around the world, and the device which changes wind energy into electrical energy--wind turbine, theresearch of it is now a hot topic. The paper mainly introduced the drive system of wind turbines--gearbox, the design requirements, structure types and main components of it are introduced. At the same time, according to the own professional knowledge,the work environment and the existing questionabout fault has been simply studied by according to the own professional knowledge. Keywords：new energy sources;wind turbine;gear box;the work environment;the failure problems
风力发电系统的控制原理 风力涡轮机特性： 1，风能利用系数Cp 风力涡轮从自然风能中吸取能量的大小程度用风能利用系数Cp表示： P---风力涡轮实际获得的轴功率 r---空气密度 S---风轮的扫风面积 V---上游风速 根据贝兹（Betz）理论可以推得风力涡轮机的理论最大效率为：Cpmax=0.593。 2，叶尖速比l 为了表示风轮在不同风速中的状态，用叶片的叶尖圆周速度与风速之比来衡量，称为叶尖速比l。 n---风轮的转速 w---风轮叫角频率 R---风轮半径 V---上游风速 在桨叶倾角b固定为最小值条件下，输出功率P/Pn与涡轮机转速N/Nn的关系如图1所示。从图1中看，对应于每个风速的曲线，都有一个最大输出功率点，风速越高，最大值点对应得转速越高。如故能随风速变化改变转速，使得在所有风速下都工作于最大工作点，则发出电能最多，否则发电效能将降低。 涡轮机转速、输出功率还与桨叶倾角b有关，关系曲线见图2 。图中横坐标为桨叶尖速度比，纵坐标为输出功率系统Cp。在图2 中，每个倾角对应于一条Cp=f(l)曲线，倾角越大，曲线越靠左下方。每条曲线都有一个上升段和下降段，其中下降段是稳定工作段（若风速和倾角不变，受扰动后转速增加，l加大，Cp减小，涡轮机输出机械功率和转矩减小，转子减速，返回稳定点。）它是工作区段。在工作区段中，倾角越大，l和Cp越小。 3，变速发电的控制 变速发电不是根据风速信号控制功率和转速，而是根据转速信号控制，因为风速信号扰动大，而转速信号较平稳和准确（机组惯量大）。 三段控制要求： 低风速段Ｎ＜Ｎｎ，按输出功率最大功率要求进行变速控制。联接不同风速下涡轮机功率－转速曲线的最大值点，得到ＰＴＡＲＧＥＴ＝ｆ（ｎ）关系，把ＰＴＡＲＧＥＴ作为变频器的给定量，通过控制电机的输出力矩，使风力发电实际输出功率Ｐ＝ＰＴＡＲＧＥＴ。图３是风速变化时的调速过程示意图。设开始工作与Ａ２点，风速增大至Ｖ２后，由于惯性影响，转速还没来得及变化，工作点从Ａ２移至Ａ１，这时涡轮机产生的机械功率大于电机发出的电功率，机组加速，沿对应于Ｖ２的曲线向Ａ３移动，最后稳定于Ａ３点，风速减小至Ｖ３时的转速下降过程也类似，将沿Ｂ２－Ｂ１－Ｂ３轨迹运动。 中风速段为过渡区段，电机转速已达额定值Ｎ＝Ｎｎ，而功率尚未达到额定值Ｐ＜Ｐｎ。倾角控制器投入工作，风速增加时，控制器限制转速升，而功率则随着风速增加上升，直至Ｐ＝Ｐｎ。 高风速段为功率和转速均被限制区段Ｎ＝Ｎｎ／Ｐ＝Ｐｎ，风速增加时，转速靠倾角控制器限制，功率靠变频器限制（限制ＰＴＡＲＧＥＴ值）。 ４，双馈异步风力发电控制系统
1.我们需要频率恒定的电能，因此的___发电系统是我们最佳的选择发展的必由之路。（6.0分） A.恒速恒频 B.恒速变频 C.变速恒频 D.变速变频 我的答案：C√答对 2.1. 永磁同步发电机属于________。（6.0分） A.双馈异步发电系统 B.永磁同步发电系统 C.鼠笼异步发电系统 D.电励磁发电系统 我的答案：B√答对 3.在海洋环境中，包括岸边滩涂上的机组，空气中含有大量的盐分，加上潮湿，很容易在设备表面造成______对设备的长期稳定运行形成威胁。（6.0分） A.污垢 B.灰尘 C.水雾 D.腐蚀 我的答案：D√答对
4.受目前设备能力所限，可利用风资源是指在一定______的风。（6.0分） A.转速范围 B.时间范围 C.温度范围 D.高度范围 我的答案：D×答错 5.风力发电机的使用环境多种多样，这对风力发电机的_____提出了更高的要求。（ 6.0分） A.经济性 B.可靠性 C.效率 D.风能的利用 我的答案：B√答对 1.目前陆上风机主流机组功率为______。（8.0分）） A.1.25MW B.3MW C.6MW D.8MW 我的答案：AB√答对 2.永磁同步发电机根据机舱机械结构选择不同，又分为________。（8.0分））
A.直驱永磁同步发电机 B.半直驱永磁同步发电机 C.外转子发电机 D.内转子发电机 我的答案：AB√答对 3.海上风电是指竖立在_______ 的机组。（8.0分）） A.深海 B.大陆架 C.滩涂 D.海沟 我的答案：BC√答对 4.风力发电机按励磁方式分为______。（8.0分）） A.陆上发电机 B.电励磁发电机 C.永磁发电机 D.海上发电机 我的答案：BC√答对 5.双馈异步发电系统接入转子的________________根据运行要求可分别进行改变。（8.0分）） A.电压
风力发电机组机械传动系统 1、 主轴是风轮的转轴，支撑风轮并将风轮的【扭矩】传递给齿轮箱， 将【轴向推力】和【气动弯矩】传递给底座。 2、 计算主轴直径常用【3n p d A 】，其中P 指的是【主轴传递的功率】，n 为【主轴的转速】，A 指的是与材料有关的系数，常取105-115。 3、 常用的主轴材料有【42CrMoA 】和【34CrNiMo6】。 4、 主轴的毛坯是【锻件】，经过反复锻打改善金属的【纤维组织】以 提高承载能力。 5、 主轴精加工后各台阶过渡段均为光亮【无刀痕】的圆角，以防止 【应力集中】发生。 6、 联轴器用于连接两传动轴，一般由两个【半联轴节】及【连接件】 组成。 7、 传统的采用齿轮箱增速的风力发电机组传动形式按【主轴轴承的 支撑】方式，分为【一点式】、【两点式】、【三点式】和【内置式】。 8、 三点式布置的机组，齿轮箱除了主轴传递的扭矩外，还要承受平 衡风轮重力等形成的【支反力】。 9、 膜片式联轴器的补偿范围为轴向小于【4mm 】，角向小于【1°】， 径向小于【6mm 】. 10、 对于标准联轴器而言，选用时主要确定联轴器【类型】和【型 号】。 11、 高弹性联轴器性能要求中，最大许用转矩为额定转矩的【3】 倍以上，必须具有【100Ω】以上的绝缘电阻，并能承受【2】kV
的电压。 12、膜片式联轴器的补偿原件是具有弹性的金属片，材料为 【1Cr18Ni9】，可补偿【轴向】、【径向】和【角向】的偏差。13、对于膜片式联轴器，当轴向的安装偏差接近1.4mm，角向偏差 接近0.25°时，径向的安装偏差就不能超过【2.4mm】。 14、在兆瓦级机组上髙速轴端应用较多的联轴器有【膜片式联轴 器】和【连杆式联轴器】。 15、连杆式联轴器利用【过载保护套】，当传递扭矩超过一定数值 时可自动打滑，保护轴系免受损伤，并可自动复位工作。连杆式联轴器利用连杆的绞接和橡胶及关节形非金属复合材料的可变形性补偿轴向、径向和角向偏差。 16、对于联轴器的耐压要求主要取决于发电机的【漏电】和【感应 电压】。 17、连杆式联轴器只能【单向】传递转矩，不适用与双向运转。 18、盘式制动器按制动钳的结构形式分为【固定钳式】和【浮动钳 式】两种。【浮动钳式】又分【滑动钳式】和【摆动钳式】两种。 19、风电机组必须有【一】套或多套制动装置能在任何运行条件下 使轴系静止或空转。机组制动包括【机械制动】、【气动制动】和【发电机制动】。 20、制动器按制动块的驱动方式可分为【气动】、【液压】、【电磁】 等形式；按制动块的工作状态可分为【常闭式】和【常开式】两种形式。
附件9 中国国电集团公司 风电场风力发电机组调试作业指导书 1目的 本作业指导书是为规范风力发电机组的现场调试工作编制，主要包含了风力发电机组现场调试工作的项目、步骤和记录，为保证调试工作的标准化提供了参考依据。 2 范围 本作业指导书适用于中国国电集团公司全资或控股建设的风力发电机组的现场调试工作，各项目公司应参照本指导书要求，结合风力发电机组型号，分别编制对应机型的调试作业指导书。 现场具体机型的调试作业指导书应包括但不限于本作业指导书中涉及到的技术内容。 3引用标准和文件 《风力发电机组通用试验方法》GB/T 19960.2-2005 《风力发电机组功率特性试验》GB/T 18451.2-2003，IEC61400-12:1998 《风力发电机组控制器试验方法》GB/T 19070-2003 《风力发电机组齿轮箱》GB/T 19073-2003 《风力发电机组验收规范》GB/T 20319-2006 《电能质量公用电网谐波》GB/T 14549-93 《风力发电机组异步发电机试验方法》JB/T 19071.2-2003 《风力发电场安全规程》DL 796-2001 《风力发电机组偏航系统第2部分试验方法》JB/T 10425.2-2004 《风力发电机组制动系统第2部分试验方法》JB/T 10426.2-2004 《风力发电机组一般液压系统》JB/T 10427-2004 《风力机术语》JB/T 7878-1995 4 术语和定义 本作业指导书中的术语及定义均参照《风力机术语》使用。 根据风力发电机组不同机型具体调试内容的差异，本指导书所涉及的特定术语的指示或有不同，宜根据调试的具体机型编制适用的术语和定义。 5 调试前的准备 调试前须确认风力发电机组、配电变压器等相关设备安装工作已通过验收，无遗留缺陷；检查基础接地报告检测数据合格；风力发电机组已具有紧急情况下能够使用的安全设备（安全带、安全绳、安全滑轨等）、灭火器、急救装置等。 5.1技术文件准备 (1)调试方案。 (2)调试技术手册：各零部件说明书及接线图，必要的电气、液压、机械图纸、机组通讯连接拓扑图等。 (3)对应机组的参数列表。
. 密级：公司秘密 东方汽轮机有限公司 DONGFANG TURBINE Co., Ltd. 2.0MW108C型风力发电机组主控制系统 说明书 编号KF20-001000DSM 版本号 A 2014年7 月
. 编制 <**设计签字**> <**设计签字日期**> 校对 <**校对签字**> <**校对签字日期**> 审核 <**审核签字**> <**审核签字日期**> 会签 <**标准化签字**> <**标准化签字日期**> <**会二签字**> <**会二签字日期**> <**会三签字**> <**会三签字日期**> <**会四签字**> <**会四签字日期**> <**会五签字**> <**会五签字日期**> <**会六签字**> <**会六签字日期**> <**会七签字**> <**会七签字日期**> <**会八签字**> <**会八签字日期**> <**会九签字**> <**会九签字日期**> 审定 <**审批签字**> <**审批签字日期**> 批准 <**批准签字**> <**批准签字日期**> 编号
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目录 序号章 节名称页数备注 1 0-1 概述 1 2 0-2 系统简介 1 3 0-3 系统硬件11 4 0-4 系统功能 5 5 0-5 主控制系统软件说明12 6 0-6 故障及其处理说明64
0-1概述 风能是一种清洁环保的可再生能源，取之不尽，用之不竭。随着地球生态保护和人类生存发展的需要，风能的开发利用越来越受到重视。 风力发电机就是利用风能产生电能，水平轴3叶片风力发电机是目前最成熟的机型，它主要是由叶片、轮毂、齿轮箱、发电机、机舱、变频器、偏航装置、刹车装置、控制系统、塔架等组成。 风力发电机的控制技术和伺服传动技术是其核心和关键技术，这与一般工业控制方式不同。风力发电机组控制系统是一个综合性的控制系统，主要由机舱主控系统、变桨系统、变频控制系统三部分组成，通过现场总线以及以太网连接在一起，各个模块都有独立的控制单元，可独立完成与自身相关的功能（图0-1-1）。目的是保证机组的安全可靠运行、获取最大风能和向电网提供优质的电能。
一、风的形成 地球表面上，受太阳加热的空气较轻，上升到高空；冷却的空气较重，倾向于去补充上升的空气。这就导致了空气的流动--风。 全球性气流、海风与陆风、山谷风的形成大致都如此。 风能是地球表面空气移动时产生的动能，即风的动能，是太阳能的一种表现形式。 二、风力发电的原理及优缺点 风力发电的原理说起来非常简单，最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，如图1所示。空气流动的动能作用在叶轮上，将动能转换成机械能,从而推动叶轮旋转。如果将叶轮的转轴与发电机的转轴相连，就会带动发电机发出电来。 风力发电的原理这么简单，为什么仅20世纪的中后期才获得应用呢？
第一，常规发电还能满足需要，社会生产力水平不够高，还无法顾及降低环境污染和解决偏远地区的供电问题。 第二，能够并网的风力发电机的设计与制造，只有现代高技术的出现才有可能，20世纪初期是造不出现代风力发电机的。 风力发电有三种运行方式：一是独立运行方式，通常是一台小型风力发电机向一户或几户提供电力,海关，它用蓄电池蓄能，以保证无风时的用电；二是风力发电与其他发电方式（如柴油机发电）相结合，向一个单位或一个村庄或一个海岛供电；三是风力发电并入常规电网运行，向大电网提供电力，常常是一处风电场安装几十台甚至几百台风力发电机，这是风力发电的主要发展方向。 我们这里所说的风力发电都是指大功率风机并网发电。 风力发电的优缺点 三、现代风机的结构与技术特点。
图一所示的风力发电机发出的电时有时无，电压和频率不稳定，是没有实际应用价值的。一阵狂风吹来，风轮越转越快，系统就会被吹跨。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统和控制系统等， 四、风力发电机组的分类和主要构成 一）、风力发电机组的构成 风力发电机组的主要组成部分： -叶轮：将风能转变为机械能。 -传动系统：将叶轮的转速提升到发电机的额定转速-发电机：将叶轮获得的机械能再转变为电能。 -偏航系统：使叶轮可靠地迎风转动并解缆。 -其它部件：如塔架、机舱等 -控制系统：使风力机在各种自然条件与工况下正常运行的保障机制，包括调速、调向和安全控制。