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中船重工(重庆)海装风电设备有限公司2MW风电机组技术说明书中船重工(重庆)海装风电设备有限公司21.技术来源2.0MW双馈式风电机组是海装公司与德国Aerodyn公司根据中国市场需求与配套能力联合开发的，为三叶片、上风向、水平轴、电气变桨、变速恒频、主动对风、传动链采用两点支撑原理的机组。2.0MW双馈式风电机组所有型号按照标准化、系列化和通用化进行设计和制造，可适应积雪、结冰、沙尘和低浓度盐雾等恶劣环境。2007年海装公司与德国aerodyn公司签定了合作设计2.0MW双馈式变速恒频风电机组控制系统的合同。海装公司拥有该控制系统技术使用、修改、转让以及产品销售的全部知识产权。序号部件单位数值1机组数据1.1制造厂家/型号海装公司/HZ2.0MW1.2额定功率kW20001.3风轮直径m931.4切入风速m/s31.5额定风速m/s111.6切出风速（10分钟平均值）m/s251.7极端（生存）风速（3秒最大值）m/s52.51.8预期寿命年≥201.9设备可利用率%≥951.10该机型已安装数量台12叶片2.1制造厂家/型号保定惠腾/中船725所2.2叶片材料玻璃纤维2.3叶片数量片33齿轮箱3.1制造厂家/型号重齿风电/FL2000H3.2齿轮级数33.3冷却方式油水冷4发电机4.1制造厂家/型号中船电机股份公司、大连天元电机厂4.2额定功率kW2068中船重工(重庆)海装风电设备有限公司34.3额定电压V6904.4功率因数0.9（感性）~0.9（容性）4.5绝缘等级F4.6冷却方式空水冷5制动系统5.1主制动系统空气制动6.2第二制动系统高速盘式制动7偏航系统7.1型号/设计永进齿轮/PH20007.2控制电气7.3偏航驱动数量台47.4单台偏航电机功率KW57.5偏航控制速度°/s0.87.6风速仪型号进口/4.3519.00.7617.7风向仪型号进口/4.3129.00.7618变桨系统8.1生产厂家LUST/KK8.2类型电气变桨8.3柜体数量个6/49变频器（如采用双馈式异步发电机）9.1变频器型号ABB9.2额定容量kVA480/11609.3输入/输出电压V/V6909.4冷却方式空冷9.5频率范围Hz49~5110液压装置10.1制造厂家/型号进口/MEH-1010-0139-80211现地控制系统11.1型号/设计海装公司/HZ2.0MW12防雷保护12.1防雷设计标准IEC标准12.2机组接地电阻值Ω413重量中船重工(重庆)海装风电设备有限公司413.1机舱kg9340013.2发电机kg780013.3齿轮箱kg2250013.4叶片kg789313.5叶轮（不含叶片）kg20000设计理念主要的标准和规格为：IEC国际电工技术委员会标准ISO国际标准化委员会标准GL德国劳埃德DIN德国标准化协会标准DIN-VDE德国标准化协会电气委员会标准IEEE电气和电子工程师协会标准IEA国际能量所CEE电器设备国际委员会和统一标准及认证标准EN欧洲标准IEC-34旋转式设备的设计标准GB中国国家标准ANSI美国国家标准学会DL中国电力行业标准整机的设计寿命不低于20年振动的设计标准部件允许振动标准设计值机舱ISO2372ISO2954ISO7919GL的相关标准齿轮箱高速轴/低速轴发电机叶片塔筒基础中船重工(重庆)海装风电设备有限公司52机组说明2.1风轮风轮在8.3rpm到16.8rpm的转速范围内正常运行。风轮采用变桨变速调速系统，可根据风速的变化自动调整风轮转速。叶片通过变桨轴承连接在轮毂上，由安装在轮毂里边的三个变桨电机驱动，通1叶片2轮毂3塔筒4主轴5主轴承座6偏航驱动器7齿轮箱润滑泵8控制柜9变频器10冷却风扇11冷却泵12发电机13连轴器14制动器15齿轮箱16机舱起重机17液压站2.0MW机组总体结构图中船重工(重庆)海装风电设备有限公司6过变桨变速控制转速，使风电机组能够达到最佳的能量输出。叶片的翼型采用最新的空气动力学研究成果来设计，并且制造工艺先进、成熟，质量通过精密的模具来保证，叶片经过了静、动强度和刚度频率试验和测试并进行了疲劳试验，寿命超过20年，叶片用高强度螺栓连接在变桨轴承上。变桨驱动设备及其控制装置集成到轮毂里边，并配备蓄电池组，即使在电网停电的情况下也可以完成顺桨动作。同时安装了自动润滑装置，专门用于变桨轴承和齿轮的润滑。变桨轴承设计成预应力轴承，使叶片变桨动作时振动小、运行平稳。轮毂的结构设计采用有限元分析，以满足极限载荷和疲劳载荷要求，同时通过严格控制球墨铸铁材料成分和微观金相组织，保证了轮毂材料的优良机械性能；加上专门的铸造工艺、精密的加工制造、先进的探伤检验手段，保证了其制造质量。轮毂通过高强度螺栓和风电机组主轴连接，将动力输入主传动链。2.2传动链主轴采用两个轴承支撑，前轴承作为浮动端主要承受径向载荷，后轴承作为固定端承受轴向载荷。齿轮箱通过锁紧盘与主轴相连接。整个传动链采用2点支撑虽然增加了部分成本，但可靠性大大提高，同时提高了可维护性。轴承座：主轴前轴承由一个与风轮锁定装置整合为一体的专用轴承座来支撑，机组在进行调试、维护、检修时用锁紧螺栓将整个传动系统锁死，工作人员可以很安全地在舱内和轮毂内工作，并可直接从舱内进入轮毂内。轴承座采用球墨铸铁材料，它具有很好的抗震性。中船重工(重庆)海装风电设备有限公司7轴承通过双V形圈密封，可以很好的保证油脂不会向外泄露，使机舱清洁而不受污染。齿轮箱带有一级行星齿轮和两级正齿轮，齿轮箱中的齿啮合具有高效率和低噪音的特点。弹性支撑与齿轮箱转矩臂通过弹性元件调节，直接与机座连接。齿轮箱上的弹性支撑装置运用了活动支承，非常有效地隔离了声音和振动从齿轮箱到机座的传递。弹性支撑的弹性元件使用高强度橡胶材料，以延长其使用寿命。齿轮箱油润滑和在线过滤系统润滑系统由油泵过滤装置、油/水热交换器、压力传感器等组成。油泵向系统供油，润滑油经二级滤油器过滤后到温控阀，温控阀根据润滑油的温度控制润滑油的流向。当油温低于45℃时，润滑油直接进入齿轮箱；当油温高于45℃时，温控阀开始动作，润滑油经油/水热交换器冷却后再进入到齿轮箱。在过滤器的入口和齿轮箱的入口都装有压力传感器用于检测润滑油的压力。过滤器为二级过滤，当冷启动（润滑油温度过低），或过滤器滤芯压差大于4bar时，滤芯上单向阀打开，润滑油只经过25μm的粗过滤；当温度逐渐升高，或滤芯压差低于4bar时，滤芯上单向阀关闭，润滑油经过10μm过滤。在过滤器上装有压差发讯器，当滤芯堵塞，压力差达到3bar时压差发讯器发讯，提示更换滤芯。中船重工(重庆)海装风电设备有限公司8图3.1齿轮箱润滑和冷却系统海装公司所采用的齿轮箱采用迷宫密封、特殊回油等方式；通过多年的经验对齿轮啮合取合适的侧隙，并采用特种高精设备对齿轮做特殊的修形修向处理，增加了齿轮传动的平稳性，提高了齿轮箱抗冲击的能力，同时也降低了齿轮箱的振动及噪声；齿轮箱各润滑点全部采用强制润滑方式，使关键部位的润滑和冷却得到了保障，保证了齿轮箱长期运行的安全性。齿轮箱水冷却系统水冷却系统由水泵装置、水/风冷却器、压力罐、压力继电器、铜热电阻等组成。水泵工作后，冷却水经油/水热交换器、水/风冷却器组成冷却水循环回路。当冷却水温度达到一定值时，例如50℃时，水/风冷却器电机启动；当油温降到一定值时，例如45℃时水/风冷却器电机关闭。水泵出口设有压力继电器，当冷却水压力低于0.6bar时,压力继中船重工(重庆)海装风电设备有限公司9电器发出低压报警信号。水泵出口设有铜热电阻(PT100)，用于检测冷却水的温度并控制水/风冷却器的电机工作或停止。联轴器和制动器：在齿轮箱高速轴端安装有一个制动装置，并通过具有补偿能力的联轴器与发电机相连。在联轴器上还装有一个力矩限制器，用于防止在发电机故障的情况下齿轮箱上出现瞬时峰值力矩，以保护齿轮箱不受损坏。所有的传动系统零部件都是来自国内外知名的、长期从事该行业的供应商，他们的产品以高质量和高可靠性著称，具备完全符合设计要求的防腐蚀保护。所有主要零部件在发货前已在厂内经过全面的性能测试。2.3发电系统发电系统是能否获得高效、高品质电能输出的关键。采用双馈异步发电机－变流器系统是目前世界上ＭＷ级风电机组的主流模式。双馈异步发电机可靠性高、结构紧凑、体积小、重量轻，变流器功率小（只需要风电机组额定功率的1/3左右），低噪音传播、特别是低风速以及电网供电特性都得到了明显改善。变速发电机提供了在部分载荷条件下相当大的功率波动滤波以及在额定功率工作条件下的几乎完全滤波。这可使风电机组运转时的噪音明显减小并大大降低了结构上的动力载荷。阵风能量通过风轮的加速得到缓冲而能够平稳地进入电网，传送入电网的电压和频率保持恒定。中船重工(重庆)海装风电设备有限公司101）发电机－变流器系统HZ2.0MW的发电系统是由双馈式异步发电机和采用IGBT技术的变流器构成。在次同步工作模式下，发电机定子向电网输送全部的电能，通过发电机的滑环从变流器向发电机提供转差功率；在超同步工作模式下，发电机通过定子直接将大约83％的功率输送给电网，剩余的功率（约17％）由发电机转子通过变流器输送到电网。与其他系统相比，该系统具备低损耗的优点，因而能保证较高的总效率。此外，由于使用的零件数少、设计紧凑，该系统还具有非常出色的适用性。发电机采用完全封闭式包装，保护等级为IP54，发电机组具有空—水冷却系统。变流器安装在机舱内，电磁兼容性好、稳定、可靠。变流器采用最新的IGBT技术和DSP控制技术，具有电能双向流动、低失真和低谐波含量等特点。此外，变流器还配有并行、串行接口，供厂内和现场调试使用。图3.2发电机－变流器系统简图中船重工(重庆)海装风电设备有限公司112）发电系统的技术数据额定功率：P＝2068kW（额定有功功率）额定速度：n＝1755rpm(发电机转速)额定视在功率：A＝2389kVA功率因数：0.9电感(欠激励)到0.9电容(过激励)cosphi给定值＝缺省值为1额定频率：50±0.5Hz额定电压：690V±10％额定电流：I=1750A(在额定电压下)3）变流器功能：控制和调节发电机的有功功率和无功功率功率半导体器件：IGBT保护：IP54冷却：强制空气冷却4）发电机额定功率/速度：Pel＝2068kW/n＝1755rpm额定电压：0.69kV，三相不平衡度≤5%速度范围：n＝950到2050rpm极限转速：n＝2160rpm（5s）类型：异步、双馈绕线式发电机额定功率时的效率：不低于97%中船重工(重庆)海装风电设备有限公司12颤动等级：N绝缘等级（定、转子）：F中心高：500mm保护：IP54冷却：空—水冷传感器：PT100（用于监控轴承的温度）PT100（用于监控线圈的温度）电刷磨损监测传感器滑环室温度传感器2.4偏航系统偏航由四个电制动的齿轮电机来控制和驱动。精密的风向测量方法和控制软件能保证叶轮准确的对准风向，并减少由偏斜气流所引起的能量损耗和其他载荷损失。风向传感器和相应的软件一起控制电机接通时间及旋转方向，检测60秒平均风向若偏差超过15°则启动偏航，偏航速度为0.8°/S。在该偏航系统中的偏航传感器能监控由于风向变化导致的电缆过于扭绞并启动控制器反方向扭开该电缆。具有1080度偏航限位功能。若机舱在风况改变过程中在同一方向多次改变其位置，它同样能确保电缆能自动解缆。2.5变桨系统1）概述变桨系统通过改变叶片的桨距角，从而改变风电机组获取风能的中船重工(重庆)海装风电设备有限公司13大小。HZ2.0MW风电机组的变桨系统采用直流电气变桨，每个叶片具有独立的变桨机构，每个叶片的桨距角由两个独立的编码器进行测定。在风速大于额定风速时，调节桨叶节距，改变气流对叶片攻角，从而改变风电机组获得的空气动力转矩，使功率输出保持稳定。在风速小于额定风速时，桨叶节距可以转动到合适的角度，使风轮获得最大的空气动力转矩，尽可能多地获取风能。风电机组需要脱离电网时，变桨系统快速转动叶片使之减小风能吸收，降低风轮转速，使风电机组运行更稳