风力发电机组设计标准
目录
1.1背景分析 (3)
1.1.1区别于应用在一般发电机的特殊性 (3)
1.1.2自然环境的影响 (6)
1.1.3人员素养的影响 (12)
1.1.4当前风电场运行维护和检修状况及其维护成本调查 (15)
1.1.5当前风电场大部件吊装维修及其成本调查 (26)
1.1.6其它影响风机综合指标的因素分析 (36)
1.1背景分析
1.1.1区别于应用在一般发电机的特殊性
1.1.1.1陆上型风力发电机
陆上有风力发电机的特殊性主要表现如下：
（1）防护
我国可开发利用的风能资源主要分布在两大风带：一是东海沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿的沿海风带；二是内蒙古北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游的内陆风带。在内陆风带导致发电机需要特殊防护的环境因素主要有风沙、低温环境、高原环境、雷电、太阳辐射等。
（2）控制
风力发电所用发电机与一般发电机在原理和结构上有所不同，因此在控制技术上有其特殊性。随着电力电子元件的性价比不断提高和容量变大、更高控制性能风电机组的要求，变速恒频风电机组等新型发电机组成为目前发展的主流。针对并网型变速风电机组有以下四种变速恒频控制方案：◇鼠笼式异步发电机变速恒频风力发电系统
所采用的发电机其转子为鼠笼式转子，其变速恒频控制策略是在定子电路实现的。由于风速的不断变化，导致风力机以及发电机的转速随之变化，所以实际上鼠笼式风力发电机发出的电频率在不断变化，通过定子绕组与电网之间的变频器把变频的电能转化为电网频率相同的恒频电能。尽管实
现了变速恒频控制，具有变速恒频的一系列优点，但由于变频器在定子侧，变频器的容量需要与发电机的容量相同，使得整个系统的成本、体积和重量显著增加，尤其对大容量的风力发电系统。
◇交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统
交流励磁双馈发电机变速恒频风力发电系统采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似。
由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，因此双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，这样变频器的成本以及控制难度大大降低。
这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减少变频器的容量外，还可以实现有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。缺点是交流励磁发电机仍然有滑环和电刷。
◇无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统
无刷双馈发电机变速恒频风力发电系统采用的发电机为无刷双馈发电机，其定子有两套极数不同的绕组，一个称为功率绕组，直接接电网，另一个称为控制绕组，通过双向变频器接电网。
无刷双馈发电机使控制方案除可实现变速恒频控制，降低变频器的容量，还可实现有功、无功功率的控制，对电网起到无功补偿的作用，同时发电机转子为笼式或磁阻式结构，无需电刷和滑环，提高了系统运行的可靠性。
◇永磁发电机变速恒频风力发电系统
永磁发电机变速恒频风力发电系统与鼠笼式变速恒频风力发电系统类似，只是采用永磁发电机，转子为永磁式结构，无需提供励磁电源，提高了效率。其变速恒频控制也是在定子电路实现的，把永磁发电机发出的交流电通过变频器转变为与电网同频的交流电，因此变频器的容量与系统的额定容量相同。
采用永磁发电机，省去齿轮箱，可做风力机与发电机的直接耦合直接驱动，减少运行噪声，提高可靠性，降低了系统成本
（3）并网
随着风力发电机组单机容量的增大，在并网时对电网的冲击也越大。这种冲击严重时不仅引起电力系统电压的大幅度下降，并且可能对发电机的机械部件造成损坏。
1.1.1.2海上型风力发电机
海上型风力发电机除控制和并网与陆上型风力发电机基本相同外，还具有其自身特殊性，表现如下：
（1）防护
◇盐雾（海上盐雾沉降量为12.3～60.0mg/m2.d，陆上<0.8mg/m2.d）对发电机机械零件、电气元件具有强烈的腐蚀作用。
◇海上的潮气远远大于陆上，必须加强发电机防潮设计。
发电机主要部件和电气元件，设计相应的密封防腐措施，防止海上盐雾与潮气的腐蚀。
电气元件在海上潮湿盐雾环境中故障频繁，必须通过冗余设计、降额设计等手段提高电气系统可靠性。
（2）海上风机受海洋环境（风、浪、冰）载荷作用，引发结构振动，导致连接件和运动件疲劳断裂、失效，严重影响整机的可靠性。应针对重要机械零部件，设定较大的裕度系数。
（4）海上型风力发电机更容易遭受雷击，使发电机绝缘击穿、控制元器件烧毁等，应进行防雷击设计。
（5）远程监控：海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些。在发电机设备上需安装一些特殊的传感器，用来连续感应在设备磨损后改变工作模式而产生的细微振动，以确保机器得到及时的检修。
特别是对发电机典型振动故障、轴承的各时期故障进行监控诊断。1.1.2自然环境的影响
1.1.
2.1陆上自然环境对风力发电机的影响
风沙
风沙是影响发电机可靠性的主要因素之一，在我国风力资源比较丰富的西北地区，尤其是内蒙古和甘肃北部，这一地带终年在西风带控制之下，长期经受风沙的侵袭。虽然发电机位于机舱内部，对于空水冷却的发电机来说，完全是一个密闭的环境，因而风沙不会对发电机有任何影响；但对于空空冷却的发电机，冷却器与外界是连通的，冷却器入口处的离心风机将外界的自然风通过离心作用抽入冷却器中对发电机内的热空气进行冷却，在风沙气候下，风沙很容易进入冷却器，较大风速和较大颗粒的沙子会造成风机叶片的损坏，同时，一部分的风沙会沉积在冷却管内，有可能堆积堵塞冷却管，并且灰尘中带有电解质，在空气潮湿的情况下，电解质
溶解，这个时候极易形成原电池，发生点蚀现象，严重影响冷却器的冷却效果，使其可靠性下降。
可采取的措施有：1在冷却器风机上加过滤器；2定期对冷却器进行清理。此两项措施可在一定程度上提高可靠性但同时增加了一些成本。
低温
西北地区冬天会出现低温气候，昼夜温差大，这对发电机的正常工作会产生很大影响。对发电机的主要影响有：
低温时，受冲击载荷的部件容易出现脆性断裂，大型焊接构件易出现低温疲劳问题；
轴承的润滑油受温度影响较大；
电气元件受温度影响较大，低温时会出现拒动或误动现象。
高原环境
在高原地区运行的发电机，由于海拔高，气压低，空气密度小，发电机的起晕电压降低，因而主绝缘和半导体层或铁心之间气隙容易产生放电现象（电晕），腐蚀电机绝缘。在高原环境，对风力发电机的定子绕组、转子绕组的绝缘要求高，必须进行防晕处理，才能满足在高海拔地区的运行要求。
雷击
雷击是自然界中对风力发电机组安全运行危害最大的一种灾害。风力发电机组是在自然环境下工作，不可避免的会受到自然灾害的影响。运行中的风力发电机组，遭受雷击屡见不鲜，损坏设备，造成巨大损失，甚至危及人身安全。为尽量降低发生雷击的可能性应加强绝缘并在发电机上安
装防雷装置。
太阳辐射
青藏高原和新疆的日照时间长，高分子材料和涂层老化迅速，须重新设定维护周期。
1.1.
2.2海上自然环境对风力发电机的影响
海上风力发电机必须加强防腐措施，在海上或沿海地区，盛行的海陆风把含有盐分的水汽吹向风电场与设备元器件大面积接触，这些因素使设备受盐雾、潮气腐蚀的速度大大加快。
盐雾及潮湿对风力发电机的腐蚀主要影响有以下几个方面：
机座的影响
机座外表面是最直接与大气相接触的部位，机座的材料基本上是碳钢材料，碳钢材料的活性很高，若发电机外表面的防护措施不到位，出现漏涂区域或涂层过薄等缺陷，在盐雾的气候条件下，极易发生腐蚀。
冷却器的影响
冷却器外壳位于机座背部，与机座所处的环境相同，都直接与大气接触，因而两者的腐蚀机理一样。
空空冷却器的换热管常采用铝合金管，铝的活性较大，在长期的盐雾环境下会发生点蚀现象。金属表面的局部地区，出现向深处发展的腐蚀小孔，其余地区不腐蚀或腐蚀很轻微，这种腐蚀形态称为小孔腐蚀，简称孔蚀或点蚀。空水冷却器一般采用镍铜管，由于空水冷却器与外界是密封隔绝的，因而受盐雾的影响较小，铜的腐蚀主要是由于管内结垢在结垢处发生的局部腐蚀，但镍铜管有很好的防腐性能。