ICS27180F11中華人民共和國國家標準GB/T184512001IDTIEC6140011999風力發(fā)電機組安全要求WINDTURBINEGENERATORSYSTEMSSAFETYREQUIREMENTS20010915發(fā)布20020401實施中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗疫總局GB發(fā)布GB/T1845112001I目次1范圍12引用標準13定義14符號和縮寫741符號和單位742縮寫85基本要素951概述952設計方法953安全等級954質量保證955風力機銘牌96外部條件961概述962風力發(fā)電機組分級1063風況1064其他環(huán)境條件1565電網(wǎng)條件157結構設計1671概述1672設計方法1673載荷1674設計工況和載荷狀態(tài)1775載荷計算1976最大極限狀態(tài)分析198控制和保護系統(tǒng)2281概述2282風力機控制2283風力機保護2384控制和保護系統(tǒng)的功能要求239機械系統(tǒng)2391概述2392錯誤裝配2393液壓或氣動系統(tǒng)2410電氣系統(tǒng)24101概述24102風力發(fā)電機組電氣系統(tǒng)的一般要求24103保護裝置，24GB/T1960832003II104分離裝置24105接地系統(tǒng)24106防雷24107電纜24108自勵25109過壓保護251010諧波和功率調節(jié)裝置2511外部條件評估25111概述25112風況評估25113其他環(huán)境條件的評估25114電網(wǎng)條件評估26115土壤條件評估2612組裝、安裝和豎立26121概述26122計劃26123安裝條件27124場地通道27125環(huán)境條件27126文件27127接收、裝卸和存放27128基礎/地錨系統(tǒng)27129風力發(fā)電機組的組裝271210風力發(fā)電機組的豎立271211緊固件和聯(lián)接件281212吊裝安全2813試運行、運行和維護28131概述28132試運行28133運行29附錄A（標準的附錄）S級WTGS的設計參數(shù)32附錄B（標準的附錄）隨機湍流模型33附錄C（標準的附錄）確定湍流的描述34GB/T1845112001IIIGB/T1845112001V前言本標準的第5章、第8章、第9章、第10章為強制性的，其他為推薦性的。本標準等同采用IEC6140011999風力發(fā)電機組安全要求本標準的編寫格式和規(guī)則符合GBTL11993，保留了IEC6140011999的前言和引言，同時增加了本標準的“前言”。本標準的附錄A、附錄B和附錄C是標準的附錄。本標準由全國風力機械標準化技術委員會提出。本標準由全國風力機械標準化技術委員會歸口。本標準起草單位全國風力機械標準化技術委員會秘書處。本標準主要起草人王建平、李秀榮。GB/T1845112001VIIEC前言1）IEC（國際電工委員會）是由各國電工委員會（IEC國家委員會）組成的世界標準化委員會組織。IEC的宗旨是促進電氣和電子領域有關標準化問題的國際問合作。為了這個宗旨開展其活動。IEC發(fā)布國際標準，標準的制定工作委托給技術委員會；任何IEC國家委員會對涉及的項目感興趣的話，都可以參加該項目的制定工作。與IEC建立了聯(lián)絡關系的國際的、政府的和非政府的組織均可參加制定工作。IEC與國際標準化組織（ISO）根據(jù)兩個組織間確立的協(xié)議條件，密切合作。2）IEC技術問題的正式?jīng)Q議和協(xié)議，盡可能地表達了國際問對有關項目一致的觀點因為每個技術委員會都是由對該問題感興趣的國家委員會代表組成的。3）制定的文件推薦給國際上使用，并以正式標準形式，技術報告形式或技術指導文件形式發(fā)布。這些文件，在某種意義上講，要由各國家委員會認可。4）為了促進國際問的統(tǒng)一，各IEC國家委員會應明確，在其國家和地區(qū)性標準中應最大限度地采用IEC國際標準。IEC國際標準與相應的國家或地區(qū)性標準之間的差異，都應在后者給以明確指出。5）IEC不提供其標準制定及批準過程說明，也不對任何設備宣稱的與某一標準相一致的說明承擔責任。6）應注意本國際標準的某些部分屬于專利項目的可能性。IEC不負鑒別這些專利項目的責任。國際標準IEC614001是由IEC第88技術委員會風力發(fā)電機組工作組制定的。IEC614001第二版代替1994年發(fā)布的第一版，第一版取消。該標準版本基于下列文件FDIS投票報告8898FDIS88103RVD關于贊同本標準的完整信息，可在上表指出的投票報告中找到。附錄A，B和C是本標準必要的部分。日后，本標準將用兩種文字發(fā)布。IEC引言本標準概述了風力發(fā)電機組最低的安全要求，它不能作為完整的設計規(guī)范或結構設計手冊來使用。經(jīng)適當論證后，認為取消某條要求不會犧牲機組安全，那么這條要求就可以放棄。但這一原則不適于第6條。使用本標準，并不意味著任何個人，組織或團體可以不遵守其他適用的標準或法規(guī)。中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局20010915批準20020401實施1中華人民共和國國家標準風力發(fā)電機組安全要求WINDTURBINEGENERATORSYSTEMSSAFETYREQUIREMENTSGB1845112001IDTIEC61400119991范圍本標準規(guī)定了風力發(fā)電機組（WTGS）在特定的環(huán)境條件下，設計、安裝、維護和運行中的安全要求。本標準涉及到風力發(fā)電機組各子系統(tǒng)，如控制和保護機構，內(nèi)部電氣設備，機械系統(tǒng)。支承結構以及電氣聯(lián)接設備。本標準適用于風輪掃掠面積等于或大于40M2的風力發(fā)電機組。2引用標準下列標準所包含的條文，通過在本標準中引用而構成為本標準的條文。本標準出版時，所示版本均為有效。所有標準都會被修訂，使用本標準的各方應探討使用下列標準最新版本的可能性。GBL76251一L998低壓電氣及電子設備發(fā)出的諧波電流限值（設備每相輸入電流16A）（EQVIEC61000321995）GBL762521999電磁兼容限值對額定電流不大于L6A的設備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的電壓波動和閃爍的限制（IDTIEC61000331994）GBT1762621998電磁兼容試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗（IDTIEC61000421995）GBTL762631998電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度試驗（IDTIEC61000431995）GBTL762641998電磁兼容試驗和測量技術電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗（IDTIEC61000441995）GBTL762651999電磁兼容試驗和測量技術浪涌（沖擊）抗擾度試驗（IDTIEC61000451995）IS023941986結構可靠性基本原理IEC6020411997工業(yè)機械電氣設備第1部分通用技術條件IEC60364（全部）建筑物電氣裝置IEC60721211982環(huán)境條件分類第2部分自然環(huán)境溫度和濕度IEC6102411990建筑物防雷設計規(guī)范IEC613121L995雷電電磁脈沖防護3定義本標準采用下列定義。31年平均ANNUALAVERAGE數(shù)量和持續(xù)時間足夠長的一組測量數(shù)據(jù)的平均值，供作估計期望值用。時間周期應是一個完整的年數(shù)，以便將不穩(wěn)定因素（如季節(jié)變化等）平均在內(nèi)。GB/T1845112001232年平均風速ANNUALAVERAGEWINDSPEED按照年平均的定義確定的平均風速。33自動接通周期AUTORECLOSINGCYCLE故障消除后電網(wǎng)重新接通且WTGS也重新接通電網(wǎng)后，離合器松開需要的從001S到數(shù)秒的一段時間。34鎖定（風力機）BLOCKING（WINDTURBINES）利用機械銷或其他裝置（而不是通常用的機械制動盤）防止風輪軸或偏航機構運動。35制動器（風力機）BRAKE（WINDTURBINES）能降低風輪轉速或能停止風輪旋轉的裝置。36嚴重故障（風力機）CATASTROPHICFAILURE（WINDTURBINES）零部件嚴重損壞，導致主要功能喪失，安全受損。37特性值（材料性能）CHARACTERISTICVALUE（OFAMATERIALPROPERTY）材料具有的規(guī)定的概率值，這個值不是由假定的無限次試驗獲得。38復雜地形帶COMPLEXTERRAIN風電場場地周圍屬地開顯著變化的地帶或有能引起所流畸變的障礙物帶。39控制系統(tǒng)（風力機）CONTROLSYSTEM（WINDTURBINES）接受風力機或其他環(huán)境信息，調節(jié)風力機，使其保持在工作要求范圍內(nèi)的系統(tǒng)。310切入風速（IN）CUTINWINDSPEED風力機開始發(fā)電機，輪轂高度（324輪轂高度）處的最低風速。311切出風速（OUT）CUTOUTWINDSPEED風力機達到設計功率時，輪轂高度處的最高風速。312設計極限DESIGNLIMITS設計中采用的最大值或最小值。313潛在故障DORMANTFAILURE（ALSOKNOWNASLATENTFAULT）正常運行中未被發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)或部件的故障。314下風向DOWNWIND主風方向。315電網(wǎng)ELECTRICALPOWERNETWORK用于輸送和分配電能的專用設備、變電站、電線電纜。注電網(wǎng)各組成部分之間的界限由適當?shù)呐袆e標準如地理位置，所有權歸屬，電壓級別等來確定。316緊急關機（風力機）EMERGENCYSHUTDOWN（WINDTURBINES）保護系統(tǒng)觸發(fā)或人工干預下使風力機的迅速關機。317環(huán)境條件ENVIRONMENTALCON影響WTGS工況的環(huán)境特征（海拔高度，溫度，濕度等）。318外部條件（風力機）EXTERNALCONDITIONS（WINDTURBINES）影響風力機工作的諸因素，包括風況，電網(wǎng)條件和其他氣象因素（溫度、冰、雪等）。319極端風速EXTREMEWINDSPEEDT秒內(nèi)的平均最高風速，它可能是N年一遇（重現(xiàn)周期N年）。注本標準采用的重現(xiàn)周期N50年和N1年，采用的時限T3S和T10S。極端風速即為俗稱的“安全風速”中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局20010915批準20020401實施3。GB/T18451120015320故障風險FAILSAFE避免由故障引發(fā)產(chǎn)品產(chǎn)品嚴重破壞的設計特性。321陣風GUST超過平均風速的突然和暫短的風速變化。注陣風可用它的上升時間，即幅度持續(xù)時間表達。322水平軸風力機HORIZONTALAXISWINDTURBINE風輪軸基本上平行于風向的風力機。323輪轂（風力機）HUBWINDTURBINES將葉片或葉片組固定到輪軸上的裝置。324輪轂高度（風力機）HUBHEIGHT（WINDTURBINES）從地面到風輪掃掠面（見355掃掠面積）中心的高度。325空轉（風力機）IDLING（WINDTURBINES）風力機緩慢旋轉而不發(fā)電的狀態(tài)。326湍流慣性負區(qū)INERTIALSUBRANGE風速湍流譜的頻率區(qū)間，此區(qū)間內(nèi)渦流經(jīng)逐步破碎達到均質，能量損失忽略不計。注在典型的10M/S風速，慣性負區(qū)的頻率范圍大致從002HZ到2KHZ。327孤立運行ISOLATEDOPERATION離網(wǎng)后，分離的動力系統(tǒng)穩(wěn)定的或是暫時的運行。328極限狀態(tài)LIMITSTATE結構受力的一種狀態(tài)，如果作用力超過這一狀態(tài)，則結構不再滿足設計要求（ISO2394）注設計計算（即極限狀態(tài)的設計要求）的目的是使結構達到極限狀態(tài)的概率小于結構規(guī)定值（ISO2394）。329對數(shù)風切變律LOGARITHMICWINDSHEARLAW表示風速隨離地面高度以對數(shù)關系變化的數(shù)學式。330最大功率（風力機）MAXIMUMPOWER（WINDTURBINES）正常工作條件下，風力發(fā)電機組輸出的最高凈電功率。331平均風速MEANWINDSPEED給定時間內(nèi)瞬時風速的平均值，給定時間可從幾秒到數(shù)年不等。332機艙NACELLE設在水平軸風力機塔架頂部，包容傳動系統(tǒng)和其他裝置的部件。333電網(wǎng)聯(lián)接點（風力機）NETWORKCONNECTIONPOINT（WINDTURBINES）對單臺風力機組是輸出電纜終端，而對風電場是電網(wǎng)與電力匯集系統(tǒng)總線的聯(lián)接點。334正常關機（風力機）NORMALSHUTDOWN（WINDTURBINES）關機全過程都是在控制系統(tǒng)控制下進行的關機。335工作范圍OPERATINGLIMITS由WTGS設計者確定的支配控制系統(tǒng)和安全防護系統(tǒng)的諸多條件。336風力機停機PARKEDWINDTURBINE根據(jù)風力機結構的不同，決定是采用靜止或是空轉的停機狀態(tài)。337電力匯集系統(tǒng)（風力機）POWERCOLLECTIONSYSTEM（WINDTURBINES）匯集一個或多個風力發(fā)電機組電能的電力聯(lián)接系統(tǒng)。它包括WTGS終端與電網(wǎng)聯(lián)接點之間的GB/有電氣設備。338風切變冪律POWERLAWFORWINDSHEAR表示風速隨離地面高度以冪定律關系變化的數(shù)學式。339功率輸出POWEROUTPUT通過專用設備將電能輸送給用電設備的過程。340保護系統(tǒng)（風力機）PROTECTIONSYSTEM（WINDTURBINES）確保WTGS運行在設計范圍內(nèi)的系統(tǒng)。341額定功率RATEDPOWER在正常的工作條件下，部件、裝置或設備賦予的功率數(shù)。注（風力機）正常工作條件下，WTGS設計要達到的最大連續(xù)輸出電功率。342額定風速（R）RATEDWINDSPEED風力機達到額定功率輸出時規(guī)定的風速。343瑞利分布RAYLEIGHDISTRIBUTION經(jīng)常用于風速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，它控制平均風速分布（見366）。344參考風速（REF）REFERENCEWINDSPEED用于確定WTGS級別的基本極端風速參數(shù)。與氣候相關的其他設計參數(shù)均可從參考風速和其他基本等級參數(shù)中得到（見第6章）。注用參考風速REF設計的風力機，輪轂高度承受的50年一遇10MIN平均最大風速應小于或等于REF。345共振RESONANCE振動系統(tǒng)中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，此時強迫振動頻率非常接近振動系統(tǒng)固有振動頻率。346旋轉采樣風矢量ROTATIONALLYSAMPLEDWINDVELOCITY旋轉風力機風輪上某一固定點經(jīng)受的風矢量。注旋轉采樣風矢量湍流譜與正常湍流譜有明顯的不同。風輪旋轉時，葉片切人氣流，流譜產(chǎn)生空間變化。最終的湍流譜包括轉動頻率下的流譜和由此產(chǎn)生的諧量。347風輪轉速（風力機）ROTORSPEED（WINDTURBINES）風力機風輪繞其軸的旋轉速度。348粗糙長度ROUGHNESSLENGTH在假定垂直風廓線隨離地面高度按對數(shù)關系變化的情況下，平均風速變?yōu)?時推算出的高度。349安全壽命SAFELIE嚴重失效前的預期使用時間。350定期維護SCHEDULEDMAINTENANCE嚴格按預定的日期表進行的預防性維護。351使用極限狀態(tài)SERVICEABILITYLIMITSTATE規(guī)范管理中正常使用下的邊界條件。352靜止STANDSTILLWTGS的停止狀態(tài)。GB/T18451120017353支撐結構（風力機）SUPPORTSTRUCTURE（WINDTURBINES）由塔架和基礎組成的風力機部分。354安全風速SURVIVALWINDSPEED結構能承受的最大沒計風速的俗稱。注本標準不采用這一術語，設計時可參考極端風速（見319）。355掃掠面積SWEPTAREA垂直于風矢量平面上的，風輪旋轉時葉尖運動所生成圓的投影面積。356湍流強度TURBULENCEINTENSITY標準風速偏差與平均風速的比率用同一組測量數(shù)據(jù)和規(guī)定的周期進行計算。357湍流尺度參數(shù)TURBULENCESCALEPARAMETER縱向功率譜密度等于005的無量綱的波長。注由此。波長可以這樣確定1HUB/F0，式中F0S1F0/20005。358最大極限狀態(tài)ULTIMATELIMITSTATE通常指風力機處于能承受最大載荷的極限狀態(tài)，即與損壞和可能造成損壞的錯位或變形對應的極限狀態(tài)。359不定期維護UNSCHEDULEDMAINTENANCE不是根據(jù)確定的時間表，而是根據(jù)對某一狀態(tài)的跡象而確定的臨時性維護。360上風向UPWIND主風方向的相反方向。361垂直軸風力機VERTICALAXISWINDTURBINE風輪軸垂直的風力機。362威布爾分布WEIBULLDISTRIBUTION一種概率分布函數(shù)，見366（風速分布）。363風力田WINDFARM見364（風電場）。364風電場WINDPOWERSTATION由一批風力發(fā)電機組或風力發(fā)電機組群組成的電站，通常稱風電場。365風廓線；風切變律WINDPROFILE；WINDSHEARLAW風速隨離地面高度以對數(shù)關系變化的數(shù)學式。注通常應用（1）對數(shù)廓線（2）指數(shù)廓線。（1）/LN0ZRR（2）AR式中（Z）一高度Z處風速；Z離地面高度；ZR用于擬合風廓線的離地面標準高度；Z0粗糙長度；一一風切變指數(shù)（或冪）。GB/T18451120018366風速分布WINDSPEEDDISTRIBUTION用于描述連續(xù)時限內(nèi)風速概率分布的函數(shù)。注通常應用的函數(shù)是瑞利分布函數(shù)PR（0）和威布爾分布函數(shù)PW（0）。（3）20/EXP1AVEKWC0（4）2,1K，AVE如果式中P（0）累積概率函數(shù)，也即0的概率；0風速（極限）；AVE一一風速的平均值；C威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù)；K威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù)；伽馬函數(shù)。C和K者均可由真值推算出。如果選擇K2，也即C和AVE滿足（4）式K2的條件，則瑞利分布函數(shù)與威布爾分布函數(shù)相同。分布函數(shù)所表達的是小于0風速的累積概率。如果估算1到2之間的分布，則式P（1）P（2）給出了1與2間的各風速對時間的分布函數(shù)。對分布函數(shù)求導就能得出相應的概率密度函數(shù)。367風切變WINDSHEAR風速在垂直于風向平面內(nèi)的變化。368風切變律指數(shù)WINDSPEAREXPONENT通常用于描述風速剖面線形狀的冪定律指數(shù)。369風速WINDSPEED空間特定點的風速為該點周圍氣體微團的移動速度。注風速即風矢量的數(shù)值（見371風矢量）。370風力發(fā)電機組（WTGS）WINDTURBINEGENERATORSYSTEM將風的動能轉換為電能的系數(shù)。371風矢量WINDVELOCITY標有被研究某點氣體微團運動方向，其值等于“氣體微團”運動速度（即該點風速）的矢量。注空間任意點的風矢量，是“氣體微團”通過該點的時間的導數(shù)。372WTGS電力系統(tǒng)WTGSELECTRICALSYSTEM所有WTGS內(nèi)部電氣設備到WTGS的終端，包括接地、連接、通訊設備。由風力發(fā)電機到地線網(wǎng)絡的一段導線也包括在內(nèi)。373WTGS終端WTGSTERMINALSWTGS供電器上的一點，通過它WTGS被接到電力匯集系統(tǒng)上。它還應包括為輸送電能和通訊目的的連接。GB/T18451120019374偏航YAWING風輪軸繞垂直軸的旋轉（僅適用于水平軸風力機）。375偏航角誤差YAWMISALIGNMENT風輪軸線偏離風向的水平偏差。4符號和縮寫41符號和單位湍流標準偏差模型斜率C威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù)M/SCOH相干函數(shù)D風輪直徑MF頻率S1FD材料的計算應力值FK材料的強度值FD設計載荷FK載荷值I15輪轂高度10MIN平均15M/S風速下的湍流強度值K威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù)K修正的貝塞爾函數(shù)L均勻湍流整體尺度參數(shù)MLK速度分量的總體尺度參數(shù)MNIBINI中疲勞循環(huán)次數(shù)N由于應力（或應變）作用失效的理論循環(huán)次數(shù)（也即SN）曲線N極限狀況出現(xiàn)周期AP幸存概率PR（0）瑞利概率分布，也即0的概率PW（0）威布爾概率分布R分矢量投影值MSIBINI內(nèi)對應某一循環(huán)次數(shù)的應力（或應變）水平SI（F）能譜密度分量譜M2/S2SK單面速度分量譜M2/S2T陣風特性時間SV風速M/ST時間SV風速M/SZZ高度風速M/SAVE輪轂高度年平均風速M/SCG風輪掃掠面上極端相干陣風值M/SENN年一遇極大風速（平均3S）期望值E1、E50分別表示一年一遇和50年一遇M/SGUSTNN年一遇極大陣風期望值M/SHUB輪轂高度10MIN平均風速M/SIN切入風速M/SGB/T1845112001100風速分布模型中極限風速M/SOUT切出風速M/SR額定風速M/SRES10MIN平均參考風速M/S（Y,Z,T）用于描述瞬時水平風切變化的縱向風速分量M/S（Z,T）用于描述限陣風瞬時變化和風切變狀況的縱向風速分量M/SX,Y,Z用于描述風場的坐標系，分別為縱向風，橫向風和垂向風MZHUB風力機輪轂高度MZR離地面參考高度MZ0對數(shù)風廓線的粗糙長度M風切變指數(shù)最大風向變化模型參數(shù)變化系數(shù)伽馬函數(shù)F載荷安全系數(shù)M材料安全系數(shù)N損傷安全系數(shù)（T）風向變化過渡過程CG陣風方向與平均風速方向最大偏離ENN年一遇最大風向變化1由波長確定的湍流尺度參數(shù)，無量鋼，縱向能譜強度FS1（F）12等于005M1輪轂高縱向風速標準偏差M/SKK輪轂高風速分量標準偏差（KL，2或3）MS42縮寫A異常（安全系數(shù)）AC交流電C使用性制約DC直流電DLC設計載荷情況ECD方向變化的最大相干陣風ECG最大相干陣風EDC最大風向變化EOG最大工作陣風EWM最大風速模型EWS最大風切變F疲勞HAWT水平軸風力機N正常的或最大（安全系數(shù)）NWP正常風速廓線模型NTM正常湍流模型SIECWTGS分類T運輸和安裝（安全系數(shù)）U極限GB/T184511200111VAWT垂直軸風力機WTGS風力發(fā)電機組5基本要素51概述為了保證WTGS機構、結構、電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全，在下面的條款中給出了技術要求。這些技術要求應用于WTGS的設計、制造、安裝和維護以及相關的質量管理過程。此外，已有的WTGS的安裝、運輸和維護要求中的各種安全規(guī)程也必須遵守。52設計方法本標準要求采用結構動力學模型，以便預測設計載荷。這個模型應用第6章指出的湍流和其他極端風況以及第7章規(guī)定的設計狀況來確定風力機工作風速范圍內(nèi)的載荷。應對規(guī)定的外部條件與設計工況和載荷情況的所有相關組合進行分析。以確定具體型號WTGS設計載荷組。WTGS的整體結構試驗數(shù)據(jù)，能提高設計數(shù)據(jù)的可信度，并能驗證結構動力模型設計的合理性。應通過計算和試驗來驗證設計的合理性。如果用試驗驗證，則試驗時的極限條件必須滿足本標準規(guī)定的特性值與設計狀況。試驗條件的選擇，包括試驗載荷在內(nèi)，必須考慮相關的安全因素。53安全等級WTGS可按下面兩種安全等級中的一種進行設計一般安全等級，當失效的結果可能導致人身傷害，或造成經(jīng)濟損失和產(chǎn)生社會影響時，采用這一等級；特殊安全等級，當安全取決于局部調整或制造廠與用戶二者協(xié)商決定時，采用這一等級。一般等級WTGS的安全系數(shù)，本標準76條詳細說明。特殊等級WTGS的安全系數(shù)必須由制造廠與用戶協(xié)商同意。根據(jù)特殊安全等級設計的WTGS即為62條定義的S級WTGS。54質量保證質量保證是WTGS及其零部件設計、采購、制造、安裝、運行和維護的主要部分。建議質量體系遵照相關國家標準要求。55風力機銘牌下列內(nèi)容應突出明顯地標示在永久性的產(chǎn)品銘牌上WTGS的制造廠和國家；型式和產(chǎn)品編號；生產(chǎn)日期；額定功率；參考風速REF；輪轂高工作風速范圍INOUT；工作環(huán)境的允許溫度范圍；WTGS的等級（見表L）；WTGS輸出端額定電壓；WTGS輸出端頻率或頻率范圍，通常額定頻率偏差大于2時，為頻率允許變化范圍。6外部條件61概述在WTGS的設計中應考慮本章闡述的外部條件。GB/T184511200112WTGS要承受環(huán)境和電對它的影響，這些影響主要體現(xiàn)在載荷、使用壽命和正常工作等幾個方面。為保證一定的安全性和可靠性水平，在設計中要考慮到環(huán)境、電力和土壤參數(shù)并在設計文件中予以明確規(guī)定。環(huán)境條件可進一步劃分為風況和其他外部條件。電力的條件則可參照電網(wǎng)條件。土壤特性關系到WTGS的基礎設計。各類外部條件可再細分為正常外部條件和極端外部條件。正常外部條件通常涉及的是長期結構載荷和運行狀態(tài)。極端外部條件出現(xiàn)機會很少，但它是潛在的臨界外部設計條件。設計載荷情況由這些外部條件與風力機運行模式結合而構成。對結構整體而言，風況是最基本的外部因素。其他環(huán)境條件對設計特性，諸如控制系統(tǒng)功能、耐久性、銹蝕等有影響。根據(jù)WTGS安全等級的要求，設計中要考慮正常和極端條件，詳見下列相關條款。62風力發(fā)電機組分級設計中要考慮的外部條件由WTGS安裝場地類型決定。而WTGS等級又取決于風速和湍流參數(shù)。分級是想要達到最大限度應用的目的，使風速和湍流參數(shù)在不同的場地大體再現(xiàn)，而不是與某一特定場地精細吻合，見LL章。總的目的是要得到明顯由風速和湍流參數(shù)決定的W7IGS的等級。表1規(guī)定了確定WTGS等級的基本參數(shù)。在這些情況中，需要一個特定的（例如特定風況或特定外部條件或一個特定安全等級，見53）更高的WTGS等級，這個等級定為S級。S級WTGS的設計值由設計者選取，并在設計文件中詳細說明。特定設計中，選取的設計值所反應的環(huán)境條件要比預期的用戶使用環(huán)境更為惡劣。近海安裝的風力機的特殊外部條件要求WTGS的設計為S級。表1各等級WTGS基本參數(shù)WTGS等級SREFM/S5042537530AVEM/S1085756018018018018AI15A2222016016016016BI15A3333由設計者規(guī)定各參數(shù)表中各數(shù)值應用于輪轂高。A表示較高湍流特性級，B表示較低湍流特性級，I15湍流強度15M/S時特性值，A公式（7）中斜率參數(shù)。除了基本參數(shù)以外，在WTGS的設計中還需要一些更重要的參數(shù)規(guī)定外部條件。后面稱之為WTGS標準等級的AB中增加的參數(shù)在63，64和65條中加以說明。設計壽命應為20年。對S級WTGS，制造廠應在設計文件中闡述所采用的模型及主要設計參數(shù)值。采用第6章的模型，對其參數(shù)值應作充分的說明。S級WTGS的設計文件包含附錄A所列內(nèi)容。63風況WTGS應設計成能安全承受由其等級決定的風況。風況的設計值須在設計文件中明確規(guī)定。GB/T184511200113從載荷和安全角度出發(fā)風況可分為WTGS正常工作期間頻繁出現(xiàn)的標準風況和一年或50年一遇的極端風況兩種。在所有情況下，應考慮平均氣流與水平面夾角達8的影響。假定此夾角大小不隨高度改變而變化。631正常風況6311風速分布場地的風速分布對WTGS的設計是至關重要的，因為它決定各級載荷出現(xiàn)的頻率。對標準等級的WTGS計算設計載荷時，10MIN平均風速按瑞利分布計算。此時輪轂高概率分布為PR（HUB）1EXPHUB/2AVE2（5）6312正常風廓線模型（NWP）風廓線（Z）表示的是平均風速隨離地高度Z變化的函數(shù)。WTGS的標準級，正常風廓線假定按（Z）HUB（Z/ZHUB）A（6）指數(shù)A假定為02。風廓線用于確定穿過風輪掃掠面的平均垂直風速切實。6313正常湍流模型（NTM）“風湍流”一詞表示的是10分鐘平均風速的隨機變化。湍流模型包括風速變化效應，風向變化效應和樣機轉動的效應。標準級WTGS，隨機風矢量場能譜強度，不管是否在模型中明確地應用，都必須滿足下列要求A）縱向風速分量標準偏差特性值由下式給出1）1I15（15M/SHUB）/（1）（7）I15和值由表1給出。在I15和有特定值前提下1和湍流強度1/HUB的特性值作隨風速變化的函數(shù)見圖1。假定標準偏差不隨離地面高度變化。圖1風湍流特性B）靠近慣性負區(qū)高頻尾端，湍流縱向分量能譜強度S1（F）逐漸接近下列形式S1（F）005（1）2（1/HUB）2/3F5/3（8）湍流尺度參數(shù)由下式確定（9）MZ，HUB3071滿足上述要求的隨機湍流模型的說明由附錄B給出。在隨機湍流模型基礎上確立的簡化模型由附錄C給出。確定的簡化模型當其被驗證風輪葉片對旋轉取樣風速響應是充分衰減時使用。附錄C也給出了對這個問題的說明。1）在計算載荷時除了表2內(nèi)容外，還可以近似地使用不同的百分位數(shù)。這些百分位數(shù)的附加值，確定如下1（X1）（2M/S）I15式中X由正常概率分布函數(shù)確定，如95時，X164。GB/T1845112001146321極端風速模型（EWM）50年一遇和1年一遇極端風速E50Z14REF（Z/ZHUB）011（10）E1（Z）075E50（Z）（11）GB/T184511200115式中ZHUB輪轂高2）。假定與平均風向短期偏離為156322極端工作陣風（EOG）標準級WTGSN年一遇輪轂高陣風值GUTN由下面的關系式給出（L2）10DGSTN式中1標準偏差，由公式（7）計算；1湍流尺度參數(shù)，由公式（9）選取；D一風輪直徑；48N1；64N50。（13TTZTTTZTGUSTN和0/2COS1/3IN70,）式中（Z）由公式（6）進行計算T105SN1；T140SN50。如一年一遇，湍流種類為A類，風輪直徑42M，輪轂高30M，HUB25MS的極端工作陣風，見圖2。6323極端風向變化（EDC）N年一遇極端風向變化值護EN，用下面公式進行計算（14）10ARCTNDHUBEN式中EN限定在180范圍內(nèi)；1湍流尺度參數(shù)，由（9）式計算；D風輪直徑；48N1；2）現(xiàn)場設計準則可以這樣描述，即風速和氣動壓力隨高度而變化，但由上述關系式得到的結果同規(guī)定值差異甚少。GB/T18451120011664N50。N年一遇風向瞬時極端變化N（T），由下式給出（15）TTTEN0/COS150此處，瞬時風向極端變化持續(xù)時間T6S。最大瞬時載荷發(fā)生時，應有信號發(fā)出。風向瞬時變化結束后，認為風向保持不變。并假定風速遵從6312正常風廓線模型（NWP）。如50年一遇，湍流類型為A，風輪直徑42M，輪轂高30M，HUB25MS的極限風向變化見圖3。（N50，A類，D42M，ZHUB30M）（N50，A類，D42M，ZHUB30M，HUB25MS）6324極端相干陣風（ECG）標準級WTGS的設計需假定極端相干陣風具有CG15MS的幅值。風速由下式確定（16）TTZTZCG0/O150,此外，上升時間T10S，（Z）為6312給出的風速。應用公式（6）規(guī)定的正常風廓線。HUB25MS時極端相干陣風見圖5。6325方向變化的極端相干陣風（ECD）在這種情況下，假定風速的上升（由ECG闡述的，見圖5）與風向的變化是同步進行的。CGGB/T184511200117由下面的關系式確定（17）REFHUBHUBCGSM/472018同步的方向變化由下面關系式給出（18）TTTCG0/OS15此處上升時間T10S。應用公式（6）規(guī)定的正常風廓線。風向的變化CG與風速HUB的關系，風向的變化與時間的關系（HUB25MS時），分別見圖6和圖7。圖6ECD風向變化圖7HUB25M/S時風向變化時間歷程6326極端風速切變（EWS）50年一遇極端風速切變應用于下列兩種瞬時風速來計算瞬時垂直切變（19）TTTDZTZHUBAHUB和02COS1205,4/1瞬時水平切變（20）TTTDYZTZYAHUB和02COS1205,4/1式中02；64；T12S；1湍流尺度參數(shù)，由公式（9）計算；D風輪直徑。GB/T184511200118圖8圖9要挑選水平風速切變信號，以使最嚴重的瞬時載荷出現(xiàn)。兩種極端風切變是分別考慮的，所以不能同時應用。作為一例，50年一遇極端垂直風速切變在圖8中予以說明，圖中示出開始前的風速切變（T0S）和最大切變（T6S）。圖9則表示出風輪上部和下部風速切變的時間歷程。兩圖中均假定湍流類型為A，HUB25M/S，ZHUB30M，風輪直徑D42M。64其他環(huán)境條件除了風速外，其他環(huán)境（氣候）條件通過熱、光、化學、腐蝕、機械、電的或其他物理作用都會影響WTGS的完整性和安全性。而且綜合的氣候因素更會加劇這種影響。至少應考慮下列其他環(huán)境條件，并將它們的作用在設計中闡明。溫度；濕度；空氣密度；太陽輻射；雨、冰雹、冰雪；化學作用物質；機械作用顆粒；雷電；地震；鹽霧。近海環(huán)境，需要考慮附加特殊條件。設計中的氣候條件可依照慣用值或氣候條件變化范圍來確定。選擇設計值中，諸多氣象條件同時出現(xiàn)的可能性也應予考慮。對應一年周期里正常范圍內(nèi)氣候變化不應影響WTGS正常運行。除了相關存在因素外，642中的極端環(huán)境條件應和631中正常風況結合起來考慮。641其他正常環(huán)境條件應考慮的其他正常環(huán)境條件設備正常工作環(huán)境溫度范圍1040；最高相對濕度小于或等于95；大氣成分相當于無污染的內(nèi)陸大氣（見IEC6072121）；太陽輻射強度1000W/M2；空氣密度1225KG/M3。由設計者規(guī)定附加外部環(huán)境條件參數(shù)時，這些參數(shù)的值應在設計文件中說明，并應符合IEC6072121的要求。642其他極端環(huán)境條件WTGS設計中應考慮的其他極端環(huán)境條件是溫度、雷電、冰和地震。6421溫度標準級WTGS極端溫度范圍設計值至少應是2050。6422雷電第106條防雷措施適用于標準級風力發(fā)電機組。6423冰應給出標準級WTGS結冰時的最低要求。6424地震應給出標準級WTGS地震時的最低要求。GB/T18451120011965電網(wǎng)條件下面列出設計中要考慮的WTGS終端正常條件。當下列參數(shù)在下述范圍內(nèi)時采用正常電網(wǎng)條件。電壓，額定值L0頻率，額定值2電壓不穩(wěn)定，電壓的負量與正量的比值不超過2斷電，假定一年內(nèi)斷電20次，風力機設計的最長斷電持續(xù)時間為一星期以上來設計。7結構設計71概述風力機結構設計應以承載件結構完整性的驗證為基礎。零部件的極限強度和疲勞強度須通過計算或試驗來驗證，以表明相應安全等級的WTGS結構的完整性。應以ISO2394為基礎進行結構分析。確定一個能夠接受的安全等級，并通過計算或試驗來驗證，以示載荷未超過設計值。采用適當?shù)姆椒ㄟM行計算。設計文件中需提供計算方法的說明。說明應包括計算方法有效性的證據(jù)或相應研究驗證的參考文獻。試驗中的載荷水平應能反映相應計算中的安全系數(shù)。72設計方法應驗證風力機極端狀態(tài)未超出設計范圍。模型試驗和樣機試驗可以代替計算來驗證結構沒計的合理性，如ISO2394的規(guī)定3）。73載荷設計計算中應考慮731734闡述的載荷。731慣性力和重力載荷慣性力和重力載荷是作用于WTGS的靜態(tài)和動態(tài)載荷，它們是由振動、旋轉、地球引力以及地震的作用產(chǎn)生的。732空氣動力載荷空氣動力載荷也是靜態(tài)的和動態(tài)的載荷，它們是由氣流與WTGS的固定件或運動件相互作用引起的。空氣動力視風輪轉速，穿過風輪平面的風速、湍流、空氣密度和風力機零部件氣動類型和它們之間相互作用（包括氣動彈性）而定。733運行載荷運行載荷由WTGS的操作和控制而產(chǎn)生。與其他載荷是一樣的。均與風輪轉速的控制有關，如通過葉片變漿或其他氣動裝置進行扭矩控制，從而控制轉速。這些載荷包括由風輪起動和停止而引起的傳動機構制動瞬時載荷，發(fā)電機接通和分離引起的載荷和偏航引起的載荷。3）ISO2394定義極限狀態(tài)和使用狀態(tài)如下結構和作用于其上的力的一種狀態(tài)，一旦超過這種狀態(tài)，結構不再滿足設計要求。設汁計算的目的是要使所研究的結構處在規(guī)定極限值以下。例如最大極限狀態(tài)相當于視為剛體的結構或其一部分失去平衡（如傾覆）；自由超過極限強度（或由于交變載荷強度減少）或材料最大變形，造成結構危險剖面的斷裂；機構機理破壞失去穩(wěn)定（彎曲等）。例如使用效能和影響結構件或非結構件外表的變形造成不舒適，影響非結構件或設備的超標振動（尤其是發(fā)生共振）；減少結構耐久性的和影響使用功能或影響結構件非結構件外表的局部損傷。為了在設計中控制使用極限狀態(tài)，通常使用一個或多個約束，如規(guī)定最大變形、最大加速度、最大裂紋等。GB/T184511200120734其他載荷其他載荷，如波動載荷，尾流載荷，沖出載荷，冰載荷都可能發(fā)生。這些載荷可適當計入總載荷考慮，見第LL章。74設計工況和載荷狀態(tài)本條闡明了WTGS結構載荷狀態(tài)，并規(guī)定了設計中需考慮的最低數(shù)量。為了達到設計目的，WTGS的壽命以機組將要承受的。包含各重要條件的設計工況來體現(xiàn)。載荷狀態(tài)取決于裝配、吊裝、維護、運行狀態(tài)、設計工況與外部條件的組合方式。將具有合理發(fā)生概率的各相關載荷狀態(tài)與控制和保護系統(tǒng)動作，放在一起考慮。通常用于確定WTGS結構完整性的載荷狀態(tài)，用下面的組合形式進行計算正常設計工況和正常外部條件；正常設計工況和極端外部條件；故障設計工況和相應的外部條件；運輸、安裝和維護設計工況與相應的外部條件。如果極端外部條件和故障工況二者相關存在，可以考慮將它們組合在一起，作為一種載荷狀態(tài)。在每種設計工況中。為使WTGS結構設計的完整，要考慮幾種載荷狀態(tài)。表2所列是考慮的最少載荷情況。表中，每種設計工況通過對風、電和其他外部條件的說明都規(guī)定了設計載荷狀態(tài)。在特殊的WTGS的設計中，如需要，也可以考慮其他有關安全設計載荷狀態(tài)。表2中，對各設計工況用“F”和“U”注明相應的分析方法。F表示疲勞載荷分析，用于評定疲勞強度。U表示極限載荷分析，如超越材料最大強度極限的分析、葉尖撓度分析、穩(wěn)定分析等。標有“U”的設計工況，又分為正常（N），非正常（A），運輸和安裝（T）等類。在風力機正常壽命期內(nèi)，正常設計工況是要頻繁出現(xiàn)的。此時風力機經(jīng)常處于正常狀態(tài)或僅出現(xiàn)短時的異常或輕微的故障。非正常設計工況出現(xiàn)的可能性較小。它的出現(xiàn)往往對應產(chǎn)生嚴重故障，例如保護系統(tǒng)的故障。設計工況的形式N，A或T決定極限載荷使用的安全系數(shù)F。這些系數(shù)在76條的表3和表4中給出。表2列出了風速范圍，應考慮到風速對WTGS產(chǎn)生的最嚴重影響。將風速范圍分成若干個區(qū)段，并對每一段給出WTGS適當?shù)膲勖俜直取４_定載荷狀態(tài)時，應參考第6章闡述的風況。表2載荷情況設計工況DLC風況其他情況分析方法局部安全系數(shù)11NTMHUBR或OUTUN12NTMINHUBOUTF13ECDHUBRUN14NWPHUBR或OUT外部電故障UN15EOG1HUBR或OUT電線損傷UN16EOG50HUBR或OUTUN17EWSHUBR或OUTUN18EDC50HUBR或OUTUN1）發(fā)電19ECGHUBRUN21NWPHUBR或OUT控制系統(tǒng)故障UN22NWPHUBR或OUT保護系統(tǒng)或內(nèi)部電氣故障UA2）發(fā)電兼有故障23NTMINHUBOUT控制（保護）系統(tǒng)故障F3）起動31NWPINHUBOUTFGB/T18451120012132EOGLHUBINR或OUTUN33EDCLHUBINR或OUTUNGB/T184511200122表2完設計工況DLC風況其他情況分析方法局部安全系數(shù)41NWMINHUBOUTF4）正常關機42EOG1HUBR或OUTUN5）緊急關機53NWPHUBR或OUTUN61EWMHUBR或膩0可能電網(wǎng)損壞UN6）停機（靜止或空轉62NTMHUB07REFF7）停機兼故障71EWMHUBE1UA8）運輸、組裝、維護、修理81由制造廠加以說明T縮寫見下面。如果未確定切出風速OUT,MJETREF代替。DLC設計載荷狀態(tài)ECD方向變化的極端相干陣風（見6325）ECG極端相干陣風（見6324）EDC極端風向變化（見6323）EOG極端工作陣風（6322）EWM極端風速模型（6321）EWS極端風速切變（6326）SUBSCRIPT以年計發(fā)生一次的機會NTM正常湍流模型（見6313）NWP正常風廓線模型（見6312）F疲勞U最大N正常的和極端的A非正常的T運輸和安裝疲勞安全系數(shù)（見763）741發(fā)電（DLC1119）這種設計工況，WTGS處在運行狀態(tài)，并被接有電力負載。WTGS總布局應考慮風輪不平衡的影響。設計計算中應考慮制造中規(guī)定的最大不平衡重量的氣動不平衡（如葉片漿距和偏航角）。另外，理論最佳運行狀態(tài)偏差，如偏航角偏差，控制系統(tǒng)軌跡誤差等，在分析運行荷載時應予考慮。計算中應假設各種情意最不利的組合，例如風向變化與偏航角偏差的組合（DLC18）或陣風與電負荷損失（DLC15）的組合。設計載荷情況DLC11和12包含了由大氣湍流造成的載荷要求。DLC13和1619規(guī)定了WTGS使用壽命期間可能出現(xiàn)的臨界事件的瞬態(tài)情況。DLC14和15考慮的則是外部故障和電負荷損失的瞬態(tài)情況。742發(fā)電兼有故障（DLC2123）控制系統(tǒng)或保護系統(tǒng)故障，電氣系統(tǒng)內(nèi)部故障（如發(fā)電機短路），WTGS大的負荷都有可能在發(fā)電過程中發(fā)生。對DLC21控制系統(tǒng)產(chǎn)生的故障（認為是正常現(xiàn)象）應進行分析。對DLC22保護系統(tǒng)或內(nèi)部電氣系統(tǒng)出現(xiàn)的故障（認為是罕見的現(xiàn)象）應進行分析。如果發(fā)生故障后未能引起立刻關機，由此產(chǎn)生的荷載可導致嚴重疲勞破壞，這種情況可能持續(xù)的時間，應在DLC23中估計到。GB/T184511200123743起動（DLC3133）這種設計工況包括WTGS從靜止或空轉狀態(tài)到發(fā)電狀態(tài)的瞬間作用于其上的所有載荷。744正常關機（DLC4142）這種設計工況包括WTGS從正常發(fā)電到靜止或空轉狀態(tài)的瞬間作用于其上的所有載荷。745緊急關機（DLC51）由緊急關機造成的載荷增長應予考慮。746停機（靜止或空轉）（DLC6162）風力機停機時，風輪停止不動或空轉，此時應考慮極限風況。如果某些零件產(chǎn)生嚴重疲勞損壞（例如由空轉葉片重力造成疲勞破壞），應考慮對應各種風速的空轉時數(shù)即不發(fā)電時數(shù)。電網(wǎng)損壞對停機后的風力機的影響也應加以考慮。747停機兼有故障（DLC71）WTGS停機中，由于電網(wǎng)或WTGS自身故障造成的不正常現(xiàn)象，要進行分析。任何故障，電網(wǎng)虧損造成的WTGS正常特性變化可能造成的結果，都應成為分析對象。故障原因應與極端風速模型（EWM）和一年一遇的外部條件結合起來分析。748運輸、組裝、維護和修理（DLC81）制造廠應指定WTGS運輸、組裝、維護和修理中的風況和設計工況。如果在WTGS上有大的載荷產(chǎn)生，那么就應考慮規(guī)定一個最大允許風況。75載荷計算對每種設計載荷情況都要考慮731734中敘述的載荷。也要考慮下列相關問題由WTGS自身引起的流場的擾動（尾流誘導速度、塔影效應等）；三維流對葉片氣動特性的影響（例如三維失速和葉尖氣動損失）；不穩(wěn)定空氣動力影響；結構動力與振動的耦合模型；氣動彈性影響；WTGS控制系統(tǒng)和保護系統(tǒng)動作的影響。76最大極限狀態(tài)分析761方法安全系數(shù)取決于載荷和材料的不確定性和易變性。分析方法的不確定性以及失效零件的重要性。7611安全系數(shù)為保證載荷與材料的安全設計值，載荷與材料的不確定性和易變性用公式（21）與（22）確定的載荷與安全系數(shù)進行補償。（21）KFDF式中FD載荷的設計值；F載荷安全系數(shù)；FK載荷的實際值。載荷的實際值不容易估計出。（22）KMDF1式中FD材料的設計值；M材料安全系數(shù)；FK材料性能值。GB/T184511200124本標準中應用的載荷安全系數(shù)還要考慮下列因素載荷實際值