(完整word)高原型风力发电机组技术规范

CGC 北京鉴衡认证中心认证技术规范
CGC/GF024:2012
CNCA/CTS 0011-2013
高原型风力发电机组技术规范Technical Specification for high attitude wind
turbines
2013-09-11 发布2013-10-01 实施
北京鉴衡认证中心发布
目次
前言................................................................................................................................................................. I I
1 范围 (1)
2 规范性引用文件 (1)
3 术语和定义 (2)
4 通用要求 (2)
5 技术条件 (3)
6 检验 (7)
7 标志、标签和使用说明书 (8)
8 运输、贮存和安装 (9)
附录A（资料性附录） (10)
前言
为规范高原地区的风力发电机组认证，特制定本规范。

本规范按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。

本规范由北京鉴衡认证中心有限公司提出并归口。

本规范由北京鉴衡认证中心有限公司负责解释。

本规范主要起草单位：北京鉴衡认证中心有限公司、南车株洲电力机车研究所有限公司、东方汽轮机有限公司、新疆金风科技股份有限公司、天津瑞能电气有限公司、北车风电有限公司本规范主要起草人：黄志文、王靛、王百方、莫尔兵、于良峰、杨洪源、张新强、巫发明、王丹丹、孟庆顺、曹贝贞、周新亮
高原型风力发电机组技术规范
1范围
本规范适用于安装在海拔高度2000m～4000m高原地区的水平轴风力发电机组（以下简称机组），4000m 以上地区可参照执行。

本规范可作为机组的设计、制造、检测和认证的依据。

2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 191-2008 包装储运图示标志
GB 755-2008 旋转电机定额和性能
GB/T 1032 三相异步电机试验方法
GB/T 1094.11电力变压器第11部分：干式变压器
GB/T 1766-2008 色漆和清漆涂层老化的评级方法
GB/T 1865-2009 色漆和清漆人工气候老化和人工辐射暴露（虑过的氙弧辐射）
GB/T 2423.27 电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验Z-AMD：低温-低气压-湿热连续综合试验。

GB/T 9969-2008 工业产品使用说明书总则
GB/T 11804 电工电子产品环境条件术语
GB/T 14597-2010 电工产品不同海拔的气候环境条件
GB/T 17949.1 接地电阻测量导则
GB/T 18451.1-2012风力发电机组设计要求
GB/T 19960.2-2005 风力发电机组第2部分：通用试验方法
GB/T 20626.1-2006 特殊环境条件高原电工电子产品第1部分：通用技术条件
GB/T 20626.3-2006特殊环境条件高原电工电子产品第3部分：雷电、污秽、凝露的防护要求
GB/T 20645-2006 特殊环境条件高原用低压电器技术要求
GB/T 23987-2009 色漆和清漆涂层的人工气候老化曝露曝露于荧光紫外线和水
GB/T 25386.2 风力发电机组变速恒频控制系统第2部分：试验方法
GB/T 25387.2 风力发电机组双馈式变流器第2部分：试验方法
GB/T 25388.2 风力发电机组全功率变流器第2部分：试验方法
GB/T 25389.2 风力发电机组低速永磁同步发电机第2部分：试验方法
IEC 61400-24（2010）风力发电机组第24部分：雷电保护
ASTM G151-09 非金属材料实验室光源曝露加速试验设备标准惯例
ASTM G154-06 非金属材料紫外线曝露老化荧光设备操作标准惯例
CGC/GF023:2012 低温型风力发电机组技术规范
3术语和定义
GB/T 18451.1-2012、GB/T 11804确立的及以下术语和定义适用于本规范。

3.1高原型风力发电机组high attitude wind turbines
安装在海拔高度2000m～4000m地区的风力发电机组。

3.2低温环境地区cold climate
确定低温环境时采用小时平均温度，如果多年（至少10年）观测的结果表明每年出现低于-20℃温度的天数大于9天，则该地区为低温环境地区。

3.3 宇宙射线cosmic ray
指的是来自于宇宙中的一种具有相当大能量的带电粒子流，并且随着海拔升高而变大。

4通用要求
4.1概述
我国海拔高差大，高海拔地区分布广，不同海拔高度的环境气候参数存在较大的差异，在机组设计时应重点关注空气密度、太阳辐射强度、湿度、气压、温差、雷暴日数、风沙等气候环境参数的影响。

4.2机组等级
考虑到不同海拔高度具有不同的环境条件参数，机组分为G3，G4，GS等级，不同等级基本参数见表1。

除了基本参数以外，在机组的设计中还需要考虑其他外部条件的影响，在4.3节中加以说明。

4.3其他外部条件
其他表1未列出的外部条件应符合GB/T 18451.1-2012第6 章（外部条件）规定。

如果机组安装于低温环境地区时，还应满足CGC/GF023:2012的要求。

5技术条件
5.1总述
机组除应满足GB/T 18451.1-2012的要求外，还应满足本规范所有条款的要求。

高原环境条件下使用的机组产品必须具有良好的环境适应性，应具备相应的防护功能，应采用适当的防护措施保证风力发电机组各系统正常运转。

在高原环境下，机组设计中至少还应考虑以下内容：
—由于高原环境带来的对散热、载荷、控制策略、电气设备等影响；
—电子设备及电子元件在高原使用的特殊要求；
—材料和部件抗紫外线的能力；
—较大的昼夜温差及其导致的凝露；
—高原地区的运输、贮存；
5.2载荷计算及工况
5.2.1载荷计算环境参数
载荷计算应考虑本规范4.2节的机组等级和4.3节其他外部条件参数。

5.2.2功率曲线及运行控制算法
高原环境条件下空气密度对气动力的影响应该在载荷计算中予以考虑，因此，在载荷仿真计算时应使用根据高原环境条件下空气密度修订过的运行控制算法。

该算法应与确定的环境条件相对应。

5.2.3机械性能影响
复合材料部件、橡胶、弹性部件等在高海拔环境条件下机械性能会发生改变，从而影响到这些部件的刚度、弹性力以及阻尼等，这些影响应当在确定部件载荷时予以考虑。

如果这些影响涉及到机组传动链的性能，如传动链阻尼、机械刹车性能等，则应该在载荷计算中对这些影响加以分析。

5.2.4工况
机组载荷工况定义参考GB/T18451.1-2012。

如果机组安装于低温环境时，还应满足CGC/GF023:2012第5.1.5.5节的要求。

5.3机械结构部件
5.3.1基本要求
机组机械结构部件的设计应符合常规产品规范要求，且满足本规范的要求。

如机组设计环境条件还包括其它（如低温、沙尘）环境的影响，则还应满足这些环境条件下的相关设计要求。

5.3.2结构强度设计
应考虑GB/T 18451.1-2012标准的规定，确定机组结构部件的承载能力。

结构设计时应考虑高原地区环境（空气密度、温差等）引起的机组载荷和结构承载能力的变化。

结构承载能力的变化主要取决于高原地区环境对材料特性，如弹性模量、泊松比、热膨胀系数的影响。

如果高原环境对材料性能有显著的影响，并影响结构完整性，则应验证该结构部件是安全的，且其对相关部件的影响在可接受范围内。

5.3.3机械结构部件
5.3.3.1机械结构部件防腐应考虑高原地区昼夜温差大引起的凝露，以及海拔高、空气密度小引起的太阳辐射增强，不同等级高原型机组最高相对湿度和太阳辐射强度见表1所示，其它外界环境条件可参考GB/T 18451.1-2012第
6.4节。

外露部件（如叶片、塔架、机舱罩和导流罩）的抗腐蚀和紫外线老化性能应通过试验验证，具体要求和试验方法见6.1节。

对于湿度较大的高原地区（如我国云贵高原）使用的机组，应考虑潮湿空气对机械结构的腐蚀作用。

5.3.3.2 应考虑高原环境昼夜温差大对机械部件密封性能的影响，以适应正常运行和维护要求。

5.3.3.3 塔架高度在45m以上的高原型机组应配备电梯或助爬装置。

5.3.4冷却散热系统
冷却散热系统设计和选型时应考虑高原环境下传热介质流量、海拔升高温度下降和空气密度变化的影响。

5.3.5其它高原环境影响
高原地区年平均温度低，可能会导致润滑剂和液压油粘度增加，润滑性能降低，从而引起齿轮箱、电机、轴承等部件载荷变大，表面磨损加剧，在部件设计时应考虑这种变化的影响。

对于沙尘较大的高原地区（如我国西北高原）使用的机组，应考虑沙尘对轴承和液压系统密封性能和过滤装置的影响，以及对机械结构部件造成的磨损。

5.4电气部件
5.4.1基本要求
机组电气部件应符合相应常规产品标准规定，并达到本规范技术要求的规定。

5.4.2 绝缘介电性能
机组电气部件绝缘介质应符合GB/T 20626.1-2006的相关要求。

以空气为绝缘介质的低压电器部件应考虑产品使用海拔高度的修正系数（见表2）来确定。

高原条件下，低压电器产品的爬电距离不得小于设备的电气间隙。

当海拔超过2000m ，由于空气密度降低，低压开关电器的性能会受到影响，除了专门用于高原地区的
电器产品外，其他产品应进行降容处理。

5.4.3 工频耐受电压和雷电冲击耐受电压
在高原环境下，低压电气设备的工频耐受电压值和雷电冲击耐受电压值应按照GB/T 20645-2006的要求
进行修正，修正系数见表3。

表3 工频耐压和冲击耐压的海拔修正系数
5.4.4 温升
发电机和辅助电机的温升应根据GB 755-2008表11和表14进行修正。

户外型低压电器产品的温升按公式0=+T T t ∆ 确定。

式中0T 是相关产品在常规条件下的温升限值；t ∆是温升限值的海拔修正值，可按照GB/T 20645-2006
附录A.2选取。

5.4.5 局部放电
高原地区气压低，空气密度小，发电机定子容易产生局部放电，因此发电机的绝缘防护应采用耐电晕
的绝缘系统，绝缘等级应提高到F 或H 级。

5.4.6 降容
由于高原地区气压低，空气密度小，对于未针对高原环境作特定设计的电工电子产品，在不满足温升
限值的条件下应降容使用，降容后应能保证机组功率曲线满足设计要求。

发电机的定子和转子之间的导磁能力差，发电机的额定功率应按
=[(-1000)-(40-)]NC/100a NC h i T ∆⨯∆⨯
修正。

式中：NC ∆是电机功率的变化值；h 是当地海拔高度；=i ∆0.01⨯电机温升极限/100；a T 是当地年平均气温；NC 是电机额定功率。

变压器和变流器随海拔增加也应降容使用，海拔每升高100m ，降容1%。

5.4.7 防雷和接地
高原地区防雷设计应满足GB/T 20626.3的要求，高原地区的防雷应按照IEC61400-24(2010)要求的防
护等级1进行设计。

高原地区选用的浪涌保护器应通过低气压试验，试验方法应符合GB/T 2423.27的要求。

高原地区工频接地电阻可根据土壤电阻率的增加适当放大，应小于4Ω，测量方法可依据GB/T 17949.1 。

接地电阻较大的地区，应增加跨步电压防护措施。

5.4.8 宇宙射线
宇宙射线强度随海拔高度升高而大幅增加，选取电气产品时应考虑宇宙射线引起电气产品失效的因素，应采用防电磁干扰等级较高的产品或增加必要的电磁屏蔽措施。

5.4.9 储能
高原地区温差大、海拔高、气压低，蓄电池等储能装置在高原环境下使用应考虑环境对其寿命的影响。

5.5 控制保护系统
机组除应满足GB/T 18451.1-2012第8章的要求外，还应满足以下要求：
—控制与保护系统的设计和制造工艺必须全面考虑高原地区环境条件的特点，高原环境不能影响控制
与保护系统的可靠性；
—应考虑高原地区环境条件下空气密度对机组稳态运行特性、稳态运行参数以及机组散热能力的影响，并作适当的修正或调整；
—应考虑高原环境空气密度小，对控制策略进行适当的调整；
—应考虑高原地区环境温度对机组关键部件载荷的影响，并对控制保护系统作适当修正或调整；
—应提供对关键部件温度、湿度、润滑、振动的监测功能；
—对于配有加热/除湿装置的机组，保护系统必须考虑加热/除湿装置失效引发的故障；
—对于配有加热装置的高原型风力发电机组，机舱内必须设置火灾报警装置，火灾报警信号应送至控制系统进行监测。

当火灾报警出现时，机组应停机。

6检验
机组试验可参照GB/T 19960.2-2005的规定，同时应进行以下试验。

6.1机械结构部件检验
6.1.1叶片
叶片抗紫外线辐射人工气候老化试验参照GB/T 23987-2009的规定进行，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T 1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.1.2机舱罩、轮毂罩加速老化试验
应根据ASTM G151-09和ASTM G154-06标准的规定，进行UVA（长波黑斑效应紫外线，波长320～420nm）加速老化试验（具体方法参见附录A.1）。

或采用其他相当的试验方法，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T 1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.1.3塔架抗紫外线辐射试验
塔架抗紫外线辐射人工气候老化试验参照GB/T 23987-2009或GB/T 1865-2009的规定进行，试验应进行到试板表面达到设计辐射曝露量。

涂层老化的评级参照GB/T 1766的规定进行，涂层综合老化性能等级应不低于保护性漆膜1级。

6.2电气部件检验
机组电气部件试验应满足相应的产品常规标准规定的内容，对于受高原环境影响严重的电气部件应按照本规范5.4节规定的内容进行试验，试验项目见表4。

表4 电气部件需修订试验项目
6.2.1发电机
异步发电机的试验方法可参照GB /T 1032，同步发电机的试验方法可参照GB/T25389.2。

6.2.2干式变压器
干式变压器的试验方法可参照GB/T 1094.11。

6.2.3主控柜和变桨柜
主控柜和变桨柜的试验方法可参照GB/T25386.2。

6.2.4变流器
变流器的试验方法可参照GB/T 25387.2和GB/T25388.2。

7标志、标签和使用说明书
7.1标志和标签
7.1.1标志和标签应符合GB/T 191-2008的规定。

7.1.2产品标志，内容应包含：
—技术参数；
—机组等级；
—产品标志；
—产品名称；
—产品型号；
—出厂编号；
—制造日期；
—制造厂名；
—执行规范。

7.1.3使用说明书
产品使用说明书应符合GB/T 9969-2008的规定。

使用说明书一般应提供以下信息：
—产品型号及名称；
—产品执行的规范代号及名称；
—主要用途及适用范围；
—使用条件；
—产品主要特点；
—产品原理、结构及工作特性；
—主要性能及技术参数；
—安装、接线、调试方法；
—运行前的准备及操作方法；
—故障分析及排除方法；
—有关安全事项的说明；
—备品备件清单；
—维护与保养；
—运输及贮存；
—质量保证及服务；
—附图：外形图、安装图、原理图等。

8运输、贮存和安装
产品的运输、储存和安装需考虑高原特殊环境，如紫外线、雷暴、风沙、潮湿等的影响，相关人员应随身配备急救设备、事先作高原体检。

附录A（资料性附录）
A.1 机舱罩、轮毂罩UV A加速老化试验
1)概述
本规范定义的机舱罩、轮毂罩的UV A加速老化试验是通过加速老化试验机模拟高原地区太阳辐射、冷凝、自然潮湿等，试样在模拟的环境中试验几周的时间，可以模拟户外几年甚至几十年发生的老化。

按照本规范定义的试验参数，测试1000小时相当于沿海地区10年的老化程度，青藏高原4-7年的老化程度。

并以此检验高原风力发电机组机舱罩、轮毂罩的抗老化能力。

2)试验参数
UV强度取（0.89±0.02）W/m2，照射温度取（60±3）℃，冷凝温度（50±3）℃，8小时UV、4小时冷凝为一循环，。

3)试验结果
试验结果与试验前对比，实验室测试材料的机舱罩、轮毂罩试样经过2000小时UV A耐老化后的色差，及光泽保持率。

如何选择机舱罩、轮毂罩材料可与供货商协商。

诸如耐UV A2000或3000小时后色差值多少，保光率多少，须考虑设计要求。