SEC-W01-1250风力发电机组说明书_

附件一
SEC-W01-1250风力发电机组说明书
目录
一、整机说明 (3)
概述 (3)
SEC-W01-1250风机主要特点 (3)
机组总图 (5)
技术参数总表 (6)
二、SEC-W01-1250风机技术描述 (15)
机舱 (15)
风轮 (15)
变桨系统 (17)
传动系统 (17)
发电机和变频器 (19)
偏航系统 (20)
制动系统 (21)
液压系统 (21)
冷却系统 (22)
电气系统 (23)
概述 (23)
发电机－变频器系统 (23)
电网监控和兼容性 (24)
塔架 (25)
基础 (25)
一、整机说明
概述
SEC-W01-1250
为三叶片、上风向、
水平轴、变速变桨
距的风力发电机组
（以下简称为风
机、风力机或
WTGS）。

风机的额定
功率为1250千瓦。

SEC-W01-1250
风机能高效利用风
能、噪声小、电网兼容性好、经久耐用、外型美观。

由于风机可以变速运行，故能在低风速时有效发电，在高风速时也不超载。

双馈异步发电机和IGBT变频器的组合将电网电压、频率与发电机的转速隔离，从而使风机能与任何电网连接。

风机能在无操作人员值班条件下安全运行。

风机的所有部件均能满足各种条件下运行。

风机设计寿命为20年。

风机和相关设备充分考虑了防止遭到雷击和由雷电引起的过电压破坏。

SEC-W01-1250风机主要特点
SEC-W01-1250风机的主要特点如下：
(1) 独特的功率曲线设计
右图是SEC-W01-1250的标
一般变速变桨距风机不同。

根据
IEC标准对风区的划分，中国一
般风电场都属于Ⅱ类或Ⅲ类风
区。

根据最近的一些统计数据，
在10m高度处最高的年平均风
速为11m/s。

从这些标准和统计
数据可以看出，风机绝大部分时
间都运行在较低的风速范围，所
以18m/s以后功率曲线开始主动下降并不会影响风机的发电量。

通过这种特殊的设计，使机组的可靠性大大提高，也提高了SEC-W01-1250风机的可利用率。

该型风机在欧洲已经安装了近300台，连续5年内齿轮箱没有一台出现过问题，其可可靠性非常高。

(2) 统一变桨与独立变桨相结合
SEC-W01-1250风机采用的是液压变桨控制，变桨系统由两个互相独立的液压系统控制。

第一个液压系统用于统一变桨控制，第二个液压系统用于独立变桨控制，分别由控制液压缸和安全液压缸来执行变桨。

为什么SEC-W01-1250风机设计时采用统一变桨和独立变桨相结合，而不是采用单一的统一变桨或单一的独立变桨设计首先，风机的变桨系统大部分时间都是运行在一个较小的变桨角度范围内，而只有很少时间是处在大于45°角的位置，根据风机变桨系统的这种工作情况把液压变桨系统分为由两个独立的液压系统来进行操作，不仅提高了液压系统的使用寿命，而且减小了变桨液压系统所占的空间，减小了轮毂的重量。

其次，安全液压缸主要在风机正常停机、紧急停机、正常刹车、紧急刹车等需要叶片顺桨时动作，其作用主要是为了保证风机的安全性。

这样可以避免万一油路出现问题时不会导致三片叶片都不能动作从而威胁到风机的安全。

(3) 噪音小
SEC-W01-1250风机叶片经空气动力学和声学的优化设计，降低了噪音。

根据IEC
标准，在10m高度处、风速为10m/s时所测得的噪音如下：
风轮直径（m）噪音水平dB（A）
64
机组总图
1．变频器柜
2．机舱顶部风速、风向仪
3．主控制柜
4．联轴器和机械刹车
5．齿轮箱
6．主轴
7．主轴承和主轴承座
8．风轮锁定装置
9．变频器热交换器
10．水冷发电机
11．后机舱座
12．机舱罩
13．偏航轴承
14．齿轮箱热交换器
15．前机舱座
16．液压装置
技术参数总表
标准功率曲线
风轮直径64m
适用标准
二、SEC-W01-1250风机技术描述
机舱
机舱包括机舱座和机舱罩两部份。

机舱座分为前机舱座和后机舱座，前机舱座铸造，后机舱座焊接。

机舱座用于安装、连接风机的各个零部件，使之成为一个整体。

机舱罩采用重量轻、强度高的合成材料（不饱和聚酯树脂与玻璃纤维）。

机舱内有足够的空间用于维护，并配有相应的照明，即使在恶劣的天气下也可不开机舱进行维护，具有可靠的防雨、防沙尘性能。

壳体具有隔热保温性能，机舱内有散热系统，各部件内也配备加热系统，可执行温度调控。

机舱内配有用于传递工具、器材的吊车。

机舱内对旋转的机械部件进行了防护，以防止对人身造成伤害。

另外设有人员安全绳索的系着点，包括进入机舱顶部的安全绳索的系着点。

风机电气系统的布置便于运行、试验、检查、维护和修理人员进入。

电气系统的设计能保证人员的安全及防止其他动物可能由于直接或间接接触系统的带电部件所带来的危险，所有带电部件都有绝缘材料遮蔽，或用合适的屏蔽方式隔离。

所有部件例如偏航系统和液压系统可以通过舱内控制器操作。

为了安全，设有“紧停按钮”。

风轮
风轮的叶片经空气动力学和声学的优化设计，由玻璃钢制成并与雷电保护装置融为一体。

叶片由螺栓固定在轮毂上，轮毂和叶片涂灰白漆，叶片漆有航空标志。

风轮是风机的主要部件之一，主要由叶片和高强度铸铁的轮毂组成，在轮毂中还装有液压驱动的变桨距控制系统设
备。

风轮的作用除吸收风能外，同时
又要根据风力的大小通过变速变桨
距方式起到调节和限制功率输出的
作用。

在SEC-W01-1250风机中风轮
采用结构简单、可靠的上风向布置、
变速变桨距控制的型式。

它由三片叶
片通过叶片轴承与轮毂相连组成，风
轮直径为64m，这种结构的优点是：
1）由于三叶片风轮自身平衡性能较好，因此能有效地避免由于轮毂、叶片等重量不平衡或因重心位置差异而引起的动载荷；
2）上风向的布置形式有利于风轮吸收风能，效率较高；
3）变速变桨距的叶片由于采用了先进的功率控制策略，使风机能跟踪最佳功率曲线运行，从而捕获尽可能多的风能，提高了风机的效率；
叶片采用玻璃钢复合材料，每片叶片最大变桨角度为92°，三片叶片靠两套独立的液压系统工作。

SEC-W01-1250风力发电机组拥有完善的避雷系统，叶片顶端装有不锈钢避雷帽，闪电电流经由叶片表面下的铜导线流向钢管塔。

且叶片内设有放电结构，并有可靠的防雷接地措施，以避免形成雷电。

从整体看轮毂是基于直径为2450mm的球形。

叶片法兰由轮毂中心向外偏移，使得轮毂总体呈星形。

内模构建：轮毂内腔由几个基本形状模型块通过拼接，按照开放建模的方法，构成基本形状。

并在主轴法
兰部位，由强化材料加以拓展。

造型通
过有限元方法进行计算和优化。

轮毂采用整体铸造，铸件采用树脂
砂模铸造。

加工面尺寸饱满，非加工面
光滑圆顺。

铸造轮毂的材料符合GB/T1348-1988标准的要求，进行了符合DIN EN 1563标准的材料测试。

轮毂的所有外部防腐符合现行的铸造规范。

变桨系统
变桨系统主要由六个液
压缸（一个带位置测量装置的
控制液压缸、两个不带位置测
量装置的控制液压缸和三个
安全液压缸）、储能器、变桨
轴承、执行机构等组成。

变桨系统的任务是根据
风速大小调节叶片的桨距角，
使叶片上吸收的风能始终处
于最佳状态，这是降低风机结
构负载、静音、高效运行的前提。

在额定风速以下时，风机运行在最佳曲线下；在额定风速和额定风速以上的一定范围内，输出功率被限制在额定功率内。

变桨系统同时还担负了气动主刹车功能。

在发生故障情况下，作为必要的停机程序之一，将风轮叶片调整到顺桨位置，风机便慢慢停下。

叶片的变桨由两个互相独立的液压系统控制。

第一个液压系统用于中央变桨控制，它由三个装在轮毂内的控制液压缸组成，通过一连接机械一起与三叶片旋转。

安装在机舱内的液压储能器作为备用刹车，此备用刹车系统在液压装置发生故障时起作用。

第二个液压系统用于单个叶片变桨控制，它由三个装在轮毂内的安全液压缸组成。

为了达到此目的，每个叶片使用独立于中央变桨液压缸的并带可自动调节功能的液压缸即安全缸。

每一安全液压缸都有其自己的液压储能器提供储能，因此如果主液压系统发生故障，叶片也能旋转至特定的位置。

传动系统
传动系统包括主轴、主轴承、主轴承座、齿轮箱和联轴器等。

SEC-W01-1250风
力发电机组采用的是
得到实践证明能良好运
行的标准部件，以保证
运行的高可靠性。

所用
的主轴、主轴承和联轴
器的尺寸充分考虑在各种条件下通过齿轮箱作机械负荷传递的安全系数。

主轴由高等级的经热处理的钢锻
造而成，轴端由一坚固的球形滚动轴承
所支撑，该轴承承载了所有的风轮重
力。

主轴通过一个胀紧套与齿轮箱连
接。

主轴中心有一个孔，轮毂中的变桨
液压缸的压力和回管，以及变桨角和限
位开关的电气连接都安装在主轴中心
孔中。

为了保证与回转单元配合，孔的
内表面尺寸是有精度要求的。

齿轮箱采用一级行星两级平行轴，满足劳埃德（GL）认证要求。

该部件的设计和制造由齿轮箱专业生产厂家按照本公司技术要求完成。

风机可以保持低噪音运行，弹性支撑，可起到很好的减振作用。

传动系统采用三点式支撑结构并选用性能良好的弹性支撑，最大程度上降低齿轮箱的振动转移到机舱座上。

齿轮箱装配有外部油/水冷却系统，机组能够借助加热装置或齿轮油循环装置提高油温。

齿轮箱配有高效全流型油过滤器，以达到ISO/DIN4406所规定的15/12清洁度。

并为现场的工作条件留有充分的空间余地。

对于齿轮箱中所有的轴承，轮齿的啮合，尤其是行星轴承，都有压力反馈润滑系统。

润滑油的提供，依据轴承的润滑要求进行设计。

齿轮箱是风机中故障率比较高的一个部件，风机行业统计中易见的故障主要有：齿轮、轴承的强度不足、润滑不足、漏油等，为了提高本产品齿轮箱的可靠性，降低故障率，设
计时采取了如下措施：
1)设计采用了Solidworks三维造型，运用Ansys软件对箱体进行了动、静
载荷下的有限元应力及疲劳性能分析；
2)对齿轮箱里的轴承和齿轮全部采用强制润滑，杜绝轴承和齿轮因润滑和
冷却不够、不充分而导致齿轮箱损坏的现象；
3)齿轮箱的密封全部采用非接触式密封，这种密封设计不需要更换，杜绝
因接触式密封的密封件因磨损式损坏而更换密封件；
4)润滑管路的接头和管子全部采用高可靠性零件，并且接头全部带有软密
封，全部能适应风电齿轮箱的工作环境，而不导致接头损坏而漏油；
通过以上设计，齿轮箱在运行中出现的故障能得到有效的解决。

发电机和变频器
SEC-W01-1250风机配备了IGBT技术的变频器。

这使风机能在较宽的滑差范围内随变化的风速运行。

从而避免了由大风等引起的功率波动，使机械部件承受较小应力。

双馈异步发电机除了可
以在同步转速下运行，也可
以在亚同步和超同步转速情
况下获得风能最大利用率。

发电机转子通过矢量控制，
使发电机运行在最佳工作
点。

在超同步运行模式下，
四象限变频器通过交-直-交
变频方式将风力发电机额定
功率的30％稳压后并入电网。

在亚同步转速运行时，转子从电网吸收能量进行运转。

发电机的滑环和电刷装在密封单独的滑环罩内。

发电机主轴承进行绝缘安装，轴承安装时配有带保护帽的锥形输油嘴，以便提供润滑油。

轴承的密封设计可以防止润滑油泄漏。

发电机为水冷，齿轮箱和发电机冷却水的热交换器安放在机舱的前部。

绕线定子有230V，300W的加热器，这种加热器的绝缘设计成这样：当发电机出现故障时可以避免电压通过加热器传导。

变频器为水冷IGBT变频器，其作用是控制转子绕组的励磁电流的大小和频率及其方式来调节发电机和变频器系统的输出电压和频率，这是通过控制功率模块来实现的，该功率电子控制器利用
脉冲宽度调制（PWM）方
式触发IGBT元件的技
术，从而在输出时产生几
乎是完整的正弦电压。

全套变频器系统的
构建是建立在尽可能减
小电气和机械方面的故
障基础上（GL准则“电
磁兼容”）的。

系统的设
计方案严格符合国际通用标准和准则。

这种设计也适用于为了避免谐波干扰而进行的电网滤波器的设计。

由于IGBT工作时会产生大量的热，如果不进行及时的散热，则模块很容易就会被损坏，因此变频器的电源模块部分安装有水冷设备。

冷却系统的设计满足即使机舱温度达到+45°C时，冷却系统也能达到正常的冷却效果。

内部检测可以保护IGBT模块不会因为冷却系统发生故障而过热。

如果检测系统有响应，那么通信系统必需发送故障信息。

为了避免杂质进入及防潮，IGBTs驱动板进行了密封处理，同时开关盒也有防尘和防水考虑，其防护等级为IP54, 特别是它需保证机舱顶部的滴水不会渗透进盒内。

偏航系统
风机采用主动偏航系统。

机舱顶部装有两个风向标测量风向，并将测得的数据传递至控制系统。

一旦机舱位置偏离实际风向一定距离，偏航传动便开始作用。

偏航刹车与偏航传动融为一体。

当偏航传动不使用时，这些刹车始终起作用；只有当偏航传动作用时才释放刹车。

偏航系统通过回转支承与塔架相连，由3个偏航液压马达驱动，3个偏航液压马达的布置为82° + 98° + 180° = 360°。

偏航轴承为四点接触球轴承。

偏航液压刹车确保风机安全，在正常偏航时刹车保持一定余压，可以根据实际情况进行调节。

偏航停止后，加压进行偏航制动。

偏航轴承与机舱和塔架连接处垫有密封圈。

风向传感器系统有相应的软件控制电机开启时间和旋转方向，并具有自动解缠绕功能。

在机舱和塔底控制盘上能进行人工偏航操作。

机组正常运行状态下，主风向改变时能可靠地跟踪风向。

人工偏航操作可以在控制室、机舱里和塔底控制柜上进行操作。

制动系统
在任何情况下，本风力发电机组能够使用停止风机的失效保护系统。

本机组采用了两套独立的制动装置。

主制动为三叶片气动刹车，辅助制动为安装于高速轴上的盘式机械刹车装置，由此保证风机能在任何条件（包括电网故障的甩负荷）和风轮转速达到最大转速条件下停机。

可调节桨距角的三叶片不仅起功率调节的作用，而且通过调节桨距角可以很好的起到气动刹车的作用。

在高速轴和发电机之间有一个机械刹车装置，当电网出现失压、失稳或其他可能情况触发机组紧急停机动作时，传动轴系上施加的制动带有柔性缓冲，不会构成对风力发电机组的传动系的硬冲击的制动。

刹车盘作过动平衡试验，刹车盘装有防护罩，刹车片磨损或过薄都会发出信号。

这两套刹车系统：空气刹车和机械刹车各自独立工作，为了确保风机在单独部件（如液压）或电网失效情况下安全刹车，该刹车具有失效保护功能。

本机组在任何情况下，能够正常停机或紧急停机；正常停机步骤是先空气制动、待风轮转速降至一定数值时再施加机械制动。

为了方便维护工作，制动系统配有风轮锁定装置。

液压系统
SEC-W01-1250风力发电机组的液压系统主要由油箱、泵、分配单元、液压管、阀、过滤器、液压缸和储能器组成。

变桨液压缸的输送管线从空心主轴中间穿过，并带有旋转接头，将液压油从固定部分传至轴的旋转部分。

液压系统的功能主要是为风机的桨距角控制（工作期间的桨距角调节）、安全变桨控制（通过桨距角的调节使风机启动、停止或紧急停机等）、偏航驱动和能量传输中的制动、维修操作过程中的停车制动、作为偏航机构一部分的偏航制动等提供液压动力。

为保持液压油的高纯度，在变桨机构的输送管道中设有压力过滤器。

此外在每次启动前和一阶段时间后，定期冲洗油路，使经过滤的新鲜油，由油箱泵送至变桨控制机构的油路中。

使用电动机驱动的两个齿轮泵。

在故障状态下泵的电源不关闭，也就是说风机紧急停机后泵的电源不切断，液压系统保持工作状态。

为了使风机在电源发生故障时处于安全状态，液压系统配备了几个互相独立的储能器。

机舱中的储能器用于统一变桨控制，风轮轮毂内的另三个储能器用于独立变桨控制。

阀门由监视系统电子控制，液压系统的油压由控制系统连续测量和监控。

液压系统的油量共200升。

主过滤系统和旁路过滤系统的液压油达到ISO4406规定的17/15/12等级。

冷却系统
SEC-W01-1250风机冷却系统
主要包括主冷却器和变频器冷却器
两部分。

冷却器主要由冷却热交换器、交流电机、壳体以及一些辅助设备组成。

风机系统的热损耗通过冷却回路带走，并在随后的气/水热交换器中冷却，冷却回路及冷却器的控制和起停由风机控制系统控制。

电气系统
2.10.1 概述
SEC-W01-1250风机是一种由变速变桨距系统调控并适用于不同风速条件的风机。

风机发电机为双馈感应异步发电机，它包括了一个用于恢复转差功率的流水作业变频器。

这使发电机能够在不同转速下工作，并且同时保证高效率和最低的电网污染。

在额定功率以下的操作情况，风机主要在固定的、最佳桨距角下工作。

根据工作情况对转矩进行调节使其与速度相适应。

在高风速条件下，风机工作时使用复合控制系统，可调节发电机系统和变桨。

发电机的转矩保持恒定，产生的速度波动通过变桨调节来补偿。

如果出现紧急停机（例如，电网故障）的情况，安全变桨系统动作调节三只桨叶的角度以保证风机安全，风机会与电网断开。

在此种情况下，实现顺桨的安全变桨油缸能量由液压系统自身调节或由蓄能器供给。

2.10.2 发电机－变频器系统
风机配备有变速发电机－变频器系统。

在液压变桨调节系统的共同作用下，通过变速操作能够保证能量产出、效率、机械压力和电网电压质量等方面达到最佳可能结果。

系统最大程度地避免出现过压［电涌］和峰值负荷。

由发电机提供的操作控制装置允许在部分负载范围内只通过最小的波动就能实现均衡的能量输出。

在额定负载范围内，风机能够在几乎恒定的功率下工作。

产生无功功率的能力也考虑了按照用户和网络服务提供商的要求进行无功功率的目标管理。

变速发电机的工作原理是通过变频器调节转子励磁电流，不仅可以调节发电机的无功功率，也可以调节发电机的有功功率。

无论风轮转速如何，系统保证按照与电网匹配的电压和频率持续发电。

根据风速，风轮转速和功率能够自动进行调节。

1)在次同步工作模式下（部分负荷范围），发电机向电网输送电能。

此时，变
频器向转子绕组输入电功率（即滑差功率）。

2)在超同步工作模式下（额定负荷范围），发电机直接将大部分电能输送给电
网。

剩余的电能通过变频器从转子输送到电网。

此时，转子绕组向变频器输
入电功率（即滑差功率）。

3)在同步工作模式下，转差率为零，变频器向转子提供直流电流。

与其他系统相比，该系统有损耗低、效率高、设计紧凑、适应范围广等优点。

（1）在低电压条件下的技术数据
额定功率： 1250kW
额定速度： 1100rpm (发电机转速)
功率因数：容性（欠励）到感性（过励）
cos phi 给定值＝缺省值为1
额定频率：50 Hz ± 2Hz
额定电压：690 V ± 10％
定子额定电流：980A (cos phi=1和额定电压下)
（2）变频器的技术数据
见技术参数总表（第节）。

（3）发电机的技术数据
见技术参数总表（第节）。

2.10.3 电网监控和兼容性
（1）标准型
当被作为单个风机或在小型风电场中使用时，该系统使用按照技术规范中要求用于电网保护的标准设置。

控制计算机电网监控包括对所有状态下的电流和电压进行测量，这样也容许对三相和单相电网进行监控。

电网监控包括对电流、电压以及各个数值的实时波动进行分析，在必要情况下能够立即将发电机和变频器与电网断开，还包括在发生下列任何情况时让风机处于停机状态：
触发事件触发值触发时间
过电压≤ * UnG ≤ 100 ms
欠电压* UnG ≤ 100 ms
频率增高51 Hz ≤ 100 ms
频率降低49 Hz ≤ 100 ms
不对称电流 50 A
相位偏移± 6o
相位波动相数 3
当电网恢复之后，风机返回自动工作状态。

（2）扩展型
在大型风场中使用时，SEC-W01-1250风机配备有其自己的管理控制系统，这样允许在延伸电压和频率范围内工作，并能在万一发生电网故障时保持电网的持续电能输送。

结合与网络供应商的管理系统合并的可能性，能够满足所需的先决条件并让供应电网可靠地工作，甚至在供给电网的风能的百分率增大的情况下也同样能稳定工作。

塔架
塔架采用圆锥形钢结构塔架。

塔架由几段圆锥形塔筒通过法兰连接而成。

内部和外部涂层根据ISO12944标准执行。

涂层颜色为浅灰。

塔架配有钢门，上面有钥匙孔和门栓。

电源和控制电缆固定在塔壁的电缆槽内。

塔筒中有两种类型的电缆，软电缆和实心电缆。

钢锥筒间的电缆根据DIN/VDE标准压接连接。

塔筒内安装一架带有安全导轨的梯子。

作为一种选择，塔内也可安装运输材料和人员的电梯。

塔内安装有照明灯，该系统可以在电网发生故障后提供至少一个小时的应急照明。

基础
SEC-W01-1250风机的基础根据当地的地质情况进行设计。

钢件基础环被预埋在基础中，用螺栓将塔筒固定连接。

基础段内部和外部涂层根据ISO12944标准执行。

涂层颜色为浅灰。