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湘电风能直驱式永磁单轴承大功率发电机组简介

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技术来源 —— 创新提高 建设国家级风电成套装备总装基地
投入 4 亿元建设风机总装基地。在湘潭 高 新 区购买 250 余亩地， 2007 年 10 月 底，完成总装车间及研发大楼建设，投入 使用 2008年完成福建分公司总装车间并已投 入使用
建设国家级风力发电机制造基地
投入 2.7 亿元建设直驱永磁风力发电机 制造基地，新建厂房20,000平方米。 2007 年年 3 月底完成主体工程建设， 2008年8月全部竣工，投入使用 2009年建设直驱永磁风力发电机制造基 地（二期）
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机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机采用的沿海及海上技术
提高极限生存能力，可抗７０m/s的台风。 风机内部通风采用正压过滤技术。 发电机采用单轴承迷宫设计，旋转部分只有一条缝隙。 风机表面采取防腐蚀、防盐雾 、防潮处理。 电气元器件采取防护处理。 机组已经过荷兰鹿特丹、台湾、日本北海道（其中Z82型2 台）等沿海地区的实际运行，通过了长时间沿海风场考验，并 已承接了３３台韩国海上风场的订单，完全能够适用于沿海和 海上风电场环境使用要求；
技术来源 —— 技术引进 公司采用Zephyros(原Lagerwey)的成熟技术
荷兰Lagerwey公司成立于80年代，是世界上最早从事兆瓦级 风机研发和制造的公司之一。 前期从事250kW、带增速齿轮箱风机的开发与生产，在日本和 欧洲安装了300多台。在运行中，发现增速齿轮箱的故障率 高，从而在后续成功的开发出750kW直驱式风力发电机组，并 在日本和欧洲安装了二百多台，运行的可靠性较传统风机有了 质的飞跃 2000年，为开发2MW直驱式风机，公司重组为Zephyros公 司，并于当年在荷兰鹿特丹安装了第一台样机，成功实现并网 运行 2005 年 原 弘 产 株 式 会社 (Harakosan) 挑 战 美国 GE等 5家 公 司，成功收购Zephyros公司， 2MW直驱式风机至今在日本、 欧洲和中国台湾、福建、内蒙已成功安装了74+110台该型机 组，运行情况良好，得到了业内高度评价 2007年荷兰Enercon集团成功获得Zephyros公司直驱式海上 风机研发权，并启动设计5MW直驱式海上风机
面积3900多亩
湘潭电机是国务院确立的我国重 大技术装备国产化研制基地 中国电工行业标准化室和中国牵 引电气设备研究所设在本公司
通辽风能 湘电电气 湘电长泵 湘电铸造 湘电东洋 北京研究院
湘电五菱
湘电海诺 江苏风能
湘电风能
甘肃风能
湘潭
湘潭
公司本部
福建湘电大唐风能
公司是国家认定企业技术中心和国家高技术产业基地
公司是我国牵引电机研发生产的发源地 公司负责归口制定全国牵引电机行业发展规划 公司负责制定牵引电机等国家及行业标准 公司负责全国矿用牵引电机联合设计工作
电机 北京 电气 特电 车辆 结构件 水泵 研究院 研究所 研究所 研究所 研究所 研究所 研究所
风电工程 技术中心
城轨工程 技术中心
技术 中心
大型 实验室 技术 准备室
技术来源 —— 创新提高
风电技术工程中心 中心管理委员会
控 制 研 究 室 集 成 研 究 室
专家指导委员会
技 风 电 术 研 究 室 风 电 场 综 合 风 力 发 电 机
风 电 系 统
研 究 室
风 机 叶 片
整 机 系 统
试 验 中 心
研 究 室
1.5 1.5
1.5 1.5
机 组 主 控 制 系 统
根据不同风区选择机型
XE-2MW 系列风力发电机主要技术参数
机型 额定功率(kw) 额定电压(V) 功率调节方式 风轮直径(米) 轮毂高度(米) 切入风速(m/s) 额定风速(m/s) 切出风速(m/s) 极大风速（3s） 预期寿命(年) 叶片长度（米） 叶片材料 机舱（吨） 发电机（吨） 叶片（吨） 适用风场 XE72 2000 660V 变速变桨 70.65 65 3 13 25 70 20 34 GFRP/ GFRE 17 49 36 II B XE82 2000 660V 变速变桨 82.64 80 3.5 12 25 70 20 40 GFRP/ GFRE 19 53 42 II B、III A XE87 2000 660V 变速变桨 87.74 70/80 3.5 12 25 59.5 20 42.5 GFRP/ GFRE 18 56 67 II B、IIIB XE93 2000 660V 变速变桨 93.4 80/90 3 11 22 52.5 20 45.3 GFRP/ GFRE 20 61 70 III A、IIIB

湘电风能的愿景及使命
• 湘电风能的使命是 —— 领军中国风电装备制造业
机型对比 —— 综合分析与对比
目前市场上各种类型风力发电机组性能对比
选择是战略的精髓 选择是战略的精髓
战略是保证“做正确的事而不是正确地做事”。 正确 的战略是选择“和对手做不同的事” 没有战略等于是“做和对手一样的事”，其结果“竞 争变成沿着同一条道路的没赢家的赛跑”。 公司 “十 一五”发 展战略规 划，共6大 本 、 841 页 ， 近 40 万字。
XE82-2000B 2000kW IEC III 82.64m 11.5 52.5m/s
XE82-2000C 2000kW IIB+ 82.64m 12 70m/s
常温型 -15℃～+45℃， 低温型-35℃～45℃ 常温型-25℃～+50℃，低温型-45℃～+50℃ 70m/80m/100m 低速永磁内转子同步发电机 电机+增速齿轮箱 主动偏航 主：三叶片独立变桨空气制动 辅：液压制动 全自动润滑系统
系 统
变 流 器 及 控 制
系 统 研 究
机 舱 研 究
塔 架 研 究
轮 毂 研 究
永 磁 发 电 机 课 题 组
兆 瓦 以 上 直 驱 式
双 馈 发 电 机 课 题 组
兆 瓦 以 上 变 速 恒 频
承担了多项国家级大功率风力发电技术科研课题
2005年9月，国家发改委(1899号文件)核准公 司为兆瓦级风力发电系统成套装备的产业化基 地。“十一五”期间，公司将形成年产兆瓦级 1,000台整机生产能力; “十一五”国家863计划“兆瓦级直驱型风力发 电机组及其关键部件的设计和制造技术”承担 单位; “十一五”国家科技支撑计划大功率风电机组研 制与示范重大专项: --直驱式变速恒频风电机组研制及产业化课题承 担单位; --1.5MW以上直驱式风电机组永磁发电机的研制 及产业化课题承担单位; --1.5MW以上风电机组双馈式发电机的研制及产 业化课题承担单位
产业 产业 定位 定位 战略 战略 定位 定位
重大装备解决方案服务商 重大装备解决方案服务商
领军中国电工装备制造业 领军中国电工装备制造业
企业领导人应从全方位的角度来选择和制定企业发展战略
XE-2000KW
2
XE/DD115-5000KW
型式与型号
湘电XE72-2MW
传动型式: 直驱式，无齿轮增速箱 额定功率: 2MW, 额定电压: 660 VAC 切入风速: 3m/s, 额定风速：13 m/s 极大风速: 70 m/S (3S) 发电机 : 永磁同步多极发电机 控制: 全功率变频 变桨形式: 主动/电动 变桨 偏航形式: 主动/电动 偏航 主制动：3个叶片顺桨实现气动刹 车 第二制动：液压（用于维护状态）
机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机应对内陆寒冷地区采取的技术对策 主要电缆电线采用硅胶电缆：硅橡胶则在-60度～70度时 仍具有较好的弹性，某些特殊配方的硅橡胶还可承受极 低温度。同时硅橡胶还具有很高的电阻率 ，在很宽的温 度和频率范围内其阻值保持稳定，硅橡胶对高压电晕放 电和电弧放电具有很好的抵抗性。 电缆电线接头不采用锡焊，而采用压接方式：锡材料在 低温时容易产生脆化开裂，影响机械强度及导电可靠性 ；而压接方式在低温下仍能很好地保证连接的机械强度 及导电可靠性。 关键系统自带加热器。用于测风速及风向的气象站、变 频器、主控柜、机舱控制柜、轮毂控制柜、冷却控制柜 等自带有电加热器，可以保证其在低温环境下各个系统 仍能正常工作。
机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机应对内陆寒冷地区采取的技术对策 金属结构件严格按照低温型技术规范，材料选用适应低温 环境的钢材。法兰、塔筒及关键焊接结构件采用Q345E低合 金高强钢材料、轮毂等大型铸件采用EN-GJS-350-22U-LT 材料，低温冲击功在-40℃时至少达到27J。 制动系统的介质油采用耐低温油品：变桨驱动齿轮箱、偏 航驱动齿轮箱等采用低温齿轮油。如壳牌T15，可耐-40℃～ +160℃，壳牌T32，可耐-40℃～+240℃。 润滑系统采用低温润滑脂：变桨轴承、变桨驱动、偏航轴 承、偏航驱动总成及主轴承的润滑脂采用gleitmo 585K，其 最低运行温度可以达到-57℃。
XE系列机型适用不同风区
• XE72风机安全等级为IEC IIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速70m/s。风速 为15m/时s，最大湍流强度低于16%。 XE82 风机安全等级为IECIIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速70m/s。风速 为15m/s时，最大湍流强度低于16%。 XE87 风机安全等级为IECIIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速59.5m/s。风 速为15m/s时，最大湍流强度低于16%。 XE93 风机安全等级为IECIIIA类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为6.5m/s至7.5m/s之间风电场。可抗极大风速52.5m/s。风 速为15m/s时，最大湍流强度低于18%。

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直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱式永磁同步风力发电机概述

直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。

永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。

一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。

现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。

永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。

与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。

（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。

（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。

（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。

（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。

（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。

（7）永磁体存在退磁的可能。

目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。

2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。

湘电风机详细介绍

湘电风机详细介绍

XEMC Z72-2000 WIND TURBINE风机简介风机是由几大部件组合在一起的系统，主要有以下部件The generator发电机发电机是一多极永磁发电机，直接安装在轮毂上。

磁铁提供转子励磁，所以不需要外励磁场，与带外励磁场的绕线转子比较，发电机的损耗可降低25%。

定子外部装有冷却风扇，由空气冷却。

定子绕组用真空压力浸漆（VPI）。

通过有经过过滤的干燥循环空气,保证了发电机内的温度均匀，当密封处稍有泄漏时，保证发电机的内部为正压，因此灰尘和盐雾不可能进入到发电机内。

发电机的重量为49吨，外形尺寸为3.9m×2.0m。

The main bearing主轴承主轴承是一特殊设计的大直径双列圆柱滚子轴承。

非转动内环与发电机定子相连，转动外环安装在轮毂和发电机转子之间，轴承可承受轴向、径向、负荷以及弯矩。

轴承配有一个全自动化的润滑系统，该系统由风机控制器监控。

The nacelle机舱机舱是一个紧凑的球墨铸铁结构，内部装有偏航机构，一个维护用的提升机和一个控制板，发电机和塔架通过法兰盘与机舱连接，铸铁件结构的几何设计能确保载荷最大限度地转移到塔架上，设计很简单。

机舱装配重量是19吨，尺寸3.3m×2.9m×3.3m，机舱顶部装一标准无影灯。

The hub轮毂轮毂由球墨铸铁制成，安装在一个四点主轴承上，通过预应力球轴承将叶片与轮毂连接。

因此在进行变桨距系统、变浆轴承和叶片根部（内部）维修时，可保证两个维修人员有足够大的工作空间。

通过主轴承内圈能进入到轮毂内。

轮毂重量为19吨，尺寸大小为3.8m×3.8m×3.7m, 轮毂内的电子元器件设计有防雷保护措施。

The blades叶片根据空气动力学最佳效率和对污物的最低敏感度原则，采用真空注入技术用玻璃钢/环氧树脂通过特殊工艺研制而成。

每一叶片重量为4,600公斤，叶片长度为34.0米（按外部叶片底部直径为1.9米），最大弦长3.1米，共三片。

湘电风能2.5MW风机介绍

湘电风能2.5MW风机介绍


4.3.3 变桨轴承：为双排四点接触球轴承，带一定的阻尼力矩，内圈与叶片连接，
带动叶片转动。
图5
4.3.4 工作原理：变桨电机为变桨装置提供扭矩，变桨装置把扭矩增大约 200 倍
后，通过行星减速器的输出小齿轮（小齿轮与变桨轴承的内齿圈相啮合），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。
4.5 主轴承
4.5.1 主轴承为特殊设计的大直径三列圆 柱滚子轴承，连接带叶片的轮毂和发电机 的转子，同时承载带有风轮叶片的轮毂和 发电机转子。 4.5.1 非转动内环与发电机定子相连，转动外环安装在轮毂和发电机转子之 间。
图7 4.5.2 主轴承可承受轴向、径向负荷以及弯矩，能够抵御空 气动力载荷以及发电机转子本身的重量。 4.5.3 主轴承配有一个全自动化的润滑系统。
3.8 结构简单、运行可靠，少维护、低保养成本； 3.9 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。 3.10 从机舱内部直接进入轮毂进行设备维护，提高了人员的安全性。 3.11 由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。 3.12 较轻的自重，可利用一般的吊车安装。
承内圈上，提供制动力。
4.8.4 偏航时保持 18bar 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。
4.9 液压系统
4.9.1 液压系统由液压站、电磁阀、蓄能器、连接管
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。
4.9.2 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
号反映出风机与主风
图 12
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
湘电永磁直驱风机技术特性说明-永磁同步发电机技术优势

湘电永磁直驱风机技术特性说明-永磁同步发电机技术优势

湘电风能有限公司1湘电XE 系列直驱永磁风力发电机组技术来源Technology Resource ofOur XE Series Direct driving PM WTGLagerwey 750 kWZephyros Z72 1.5MW/ 2MW1st Generation19962nd Generation2000XE 2MW Series WTG XE72/XE82/XE87/XE93Customized product 3rd Generation3.6MWOffshore & 5MW Far seaWTG4th GenerationMore than 300 units,with perfect More than 180 unitsMore than 400 unitsT ec h n o l o g y t r e nd 无齿轮箱Without gearbox变速调节Variable speed 变距调节Pitch control 齿轮箱With gearbox 变速控制Variable speed 定速Constant speed 主动失速Active stall 失速调节Stall control n 术流派转向变速运行、变距调节的先进技术方向；n operation, stall ctrl method, is now changing to variable speed, pitch ctrl;n 电机的结构型式在技术上的优势及领先地位是不容置疑的。

n advantages of the full power 当今世界风电技术主流发展趋势Technology Trendn n n目前世界主流机型双馈式风力发电机组Double feed wind turbines型式与型号nnn直驱型风力发电机组Direct drive wind turbine型式与型号湘电XE系统2MW永磁直驱单主轴承风力发电机组The XEMC XE Series 2MW PM Direct Driving Single Main Shaft WTGScanWind3.5MW 直驱型风机direct drive WTG3500 kW, D=90 m型式与型号半直驱型Semi direct drive WTGsn n n Multibrid 5MW型式与型号nnn美国Clipper 风机Clipper WTG, USA型式与型号综合分析General多MW级风机的技术情况Technology situation of the MW grade WTGnnn n齿轮箱风机的缺陷Disadvantages of WTG with the gearbox nnnn nSource:WINTUS GmbH 综合分析General运行30 个月的齿轮箱轴承The bearing of gear box after 30 months of serviceS o u r c e :2008年3月，欧洲风能研究所发表的研究资料表明，风电整机及零部件部分产品质量问题，排在前五位的分别是：齿轮箱高速端轴承损坏、齿轮箱齿断裂、齿轮箱漏油、齿轮箱行星轮松动和主轴断裂。