1、風力發電機組產品說明書 FD108C-000101ASM 目 錄序號章-節名 稱頁數備注1前言121機組技術特點232機組技術參數342.1總體數據353機組結構和零部件說明563.1機組結構組成綜述573.2風輪583.2.1設計特點693.2.2輪轂特點6103.2.3葉片特點6113.3傳動系統7123.3.1結構描述7133.3.2傳動系統特點7143.4機架和機艙罩8153.5偏航系統9163.5.1偏航系統結構描述9173.5.2偏航系統特點10183.6變槳系統11193.6.1變槳系統描述11203.6.2變槳系統特點12213.7塔架12223.8運行及安全系統13233.9

2、安全防護裝置13244電氣系統14254.1發電機變頻器系統14264.2在低壓條件下的技術數據16274.3變頻器的技術數據16284.4發電機的技術數據17294.5雷電保護區域17304.5.1安全等級要求IEC 6102418314.5.2探測潛在的雷擊點（滾球法）18324.5.3EMC導向的雷電保護區域概念18334.6接地系統22344.6.1基礎和環形接地電極22354.6.2風力發電機組及中壓變壓器接地系統23364.6.3機艙內接地23374.6.4接地電阻要求23385控制系統23395.1主控系統24405.2安全鏈25415.3變槳控制25425.4轉速傳感器2543

3、5.5偏航計數傳感器26445.6風速26455.7風向26465.8振動傳感器26475.9溫度傳感器26485.10剎車磨損傳感器27495.11緊急停機27505.12快速停機27515.13正常停機27526遠程監控系統27536.1實時監視功能28546.2歷史數據查詢28556.3風機控制29566.4日志和快照記錄29576.5分析統計報表29586.6第三方數據接口29596.7系統對時30606.8功率管理模塊（可選）30616.9雙機熱備等故障保護功能（可選）30626.10特殊功能定制30637主控系統30647.1主控制系統組成31657.2使用環境31667.3主控制

4、系統的主要功能31677.4啟動與停機控制32687.5并/脫網控制32697.6偏航和解纜控制32707.7變槳控制32717.8變頻器控制33727.9中央監控通訊33737.10故障報警34747.11箱變信號監控34757.12低電壓穿越34767.13接收網調指令34777.14其他34788狀態監測系統(可選)35798.1振動傳感器36808.2CMS數據采集站36818.3CMS現場服務器36風力發電機組產品說明書 FD108C-000101ASM前言東汽2MW弱風型風力發電機組是東方汽輪機有限公司自主研發，具有獨立知識產權的新機型。該機型采用模塊化設計，結構簡單，易于維護，價

5、格低廉。該機型承襲了東汽現有機型的控制策略、電氣系統、偏航系統、塔架、機架等成熟結構和技術，并采用了更大的風輪直徑，產品經濟適用，能滿足風力資源欠豐富地區低風速風電場的開發需求。共36頁 第37頁風力發電機組產品說明書 FD108C-000101ASM1 機組技術特點2MW弱風型風力發電機組的主要技術特點如下：a) 2MW弱風型風力發電機組采用水平軸、三葉片、變槳距調節、主軸兩點支撐結構、雙饋異步發電機系統。b) 承襲了東汽現有機型的所有優點，并在此基礎上進行優化設計，使機組性能有了進一步的提高。c) 采用電氣驅動變槳結構，實現單葉片獨立變槳。制動系統采用葉片順槳實現空氣制動，降低風輪轉速，同

6、時配備轉子制動器做輔助剎車，安全性高。d) 傳動鏈采用兩點支撐結構，齒輪箱與主機架之間采用性能優越的液壓彈性支承連接，能有效降低傳動鏈的各種沖擊載荷，提高了系統的減震性能，延長齒輪箱的使用壽命。e) 變速恒頻系統。欠功率狀態下（風機低于額定風速運行狀態）為轉速控制，調整發電機轉子轉差率，使其盡量運行在最佳葉尖速比上，以輸出最大功率；額定功率狀態下（風機高于額定風速運行狀態）為功率控制，通過葉片的變槳矩控制，實現功率的恒定輸出。f) 塔底與機艙之間采用光纖通信，提高了可靠性，便于實現遠程控制。電氣系統分別由不同的電源供電，抗干擾能力強。g) 機艙采用了人性化的設計方案，工作空間較大，方便運行人員

7、檢查維修，同時還設計了電動小吊車，方便工具及備件從地面和機艙的起吊。h) 變頻器采用轉子電路部分功率變頻技術，采用六極帶滑環的雙饋異步發電機，性能好，成本低。i) 自動偏航系統能夠根據風向標所提供的信號自動確定風機的方向。當風向發生變化時，控制系統可根據風向標信號，通過偏航驅動使機艙自動對準風向。偏航系統在工作時帶有阻尼控制，通過優化的偏航速度，使機艙偏航旋轉更加平穩。j) 發電機、變流器采用空冷技術，冷卻效率高，體積小、重量輕，防護等級高。2 機組技術參數2.1 總體數據運行數據切入風速3 m/s 額定風速10 m/s 切出風速20m/s 等級類型IEC S系統壽命20 年 溫度范圍生存環境

8、溫度-30+50 運行環境溫度-20+40風輪葉片數量3風輪軸向水平軸與塔架位置關系上風向風輪直徑107.708m掃風面積9136m² 輪轂高度84.865m轉速范圍6.7814.9rpm額定轉速13.3rpm 轉動方向 (順風觀察) 順時針 功率控制方法變槳變速風輪軸傾角5°葉片長度52.5 m 錐角-3° 葉片材料玻璃鋼（GRP）變槳系統原理電氣驅動，單個葉片變槳距功率控制方式風輪轉速控制和變槳控制最大變槳速度7 °/s葉片軸承類型外齒式的雙排同徑四點接觸球軸承齒輪箱額定傳動力矩1795kNm齒輪類型1級行星齒，2級平行齒輪傳動比90.2額定功率25

9、00kW制動系統葉片制動葉片順槳機械制動碟式剎車電氣系統發電機類型雙饋異步發電機額定功率2150kW額定電壓3相690 VAC/50 Hz速度范圍6121380rpm保護等級IP54變流器類型脈沖寬帶調節IGBT變頻器偏航系統驅動4套電動齒輪驅動 偏航角速度0.32°/s軸承外齒式單排四點接觸球軸承驅動單元數目4套制動7套偏航剎車器控制系統類型嵌入式PLC信號傳輸光纖遠程控制PC機-圖形界面塔架頂部法蘭外徑3045mm底部法蘭外徑4300mm結構類型錐形整體鋼筒結構塔架高度82.857m防護措施油漆保護機艙罩結構類型封閉式材料玻璃纖維輪轂輪轂類型剛性、鑄造輪轂材料球墨鑄鐵 機架主機架

10、類型焊接結構主機架材料結構鋼重量葉片（每只，包含葉片連接螺栓）11.5t輪轂全封閉系統（不包括葉片和葉片連接螺栓）23.5t風輪58t機艙84t塔筒(不含基礎環)176t3 機組結構和零部件說明本節將介紹風力發電機組的各個零部件及各個功能模塊，詳細介紹各個部件的技術特點。3.1 機組結構組成綜述 2MW弱風型風力發電機組主要部件包括：葉片、輪轂、變槳系統、傳動系統（主軸、主軸軸承及軸承座、齒輪箱、轉子制動器、聯軸器）、發電機、控制系統、偏航系統、機架、塔架、測風系統等。具體如下圖1所示：聯軸器連接葉片輪轂傳動系統轉子制動器發電機偏航系統連接塔架齒輪箱控制柜變槳系統圖1 2MW弱風型風力發電機組

11、機艙內部結構圖-3.2 風輪風輪用于將空氣的動能轉化為風輪轉動的機械能。2MW弱風型風力發電機組的風輪直徑為107.708米，重量約58噸，主要由葉片、導流罩、輪轂、變槳驅動裝置、變槳控制系統、變槳潤滑系統等部件組成。2MW弱風型風力發電機組采用三葉片，上風向的布置形式；采用電氣變槳裝置，每一只葉片配有一個獨立的變槳軸承，變槳軸承連接葉片和鑄鐵結構的輪轂。葉片槳距角可根據風速和功率輸出情況自動調節。風機維護時，風輪可通過鎖緊銷進行鎖定。整個風輪通過高強度螺栓與主軸連接，主軸通過軸承座固定在機架上。3.2.1 設計特點a) 機組功率調節采用變槳距控制。在額定功率點后，風機輸出功率保持恒定，同時變

12、槳距控制在風機運行過程中能有效降低機組所受載荷。b) 變槳范圍從0°到92°。變槳速度在0.1°/s7°/s內，根據不同的工況，可自動控制變槳速度，順槳速度可達7º/ s。風輪轉速在6.7814.9rpm的范圍內進行變速運行。c) 采用帶有外齒圈的變槳軸承，有效地減小了輪轂的外形尺寸及重量，使結構更加緊湊。3.2.2 輪轂特點輪轂采用球墨鑄鐵鑄造而成，經過嚴格的磁粉探傷和超聲波探傷，具備完整的涂覆層。整個輪轂受力部分全部采用高強度的緊固件連接，可有效保證輪轂在極端惡劣工況下的安全性。輪轂內有充足的空間，可方便地進行檢修維護工作。3.2.3 葉片

13、特點葉片的外形采用了最新的空氣動力學翼型優化成果，并且按高精度的要求制造，實現最大風能的捕獲。三葉片通過變槳軸承采用高強度螺栓連接在輪轂法蘭上。葉片有如下特點：a) 葉片的材料為玻璃纖維增強環氧樹脂復合材料，該材質的特點是密度小、強度高。密度為1.62.0g/cm3，比鋁輕，強度比高級合金鋼高。具有良好的耐腐蝕性，在酸、堿、有機溶劑及海水等介質中性能穩定；具有良好的電絕緣性；不受電磁作用的影響，不反射無線電波；具有保溫、隔熱、隔聲、減振等特點。葉片的工作溫度范圍寬。葉片外表面采用工業級聚氨酯涂層。b) 葉片根部聯接螺栓等金屬結構，全部采用了有效的涂覆層。每一個葉片與輪轂之間的接口尺寸完全一樣，

14、可確保葉片相互替換而不會影響風輪的運行。葉片還配備有防雨罩，可防止雨水進入輪轂。靠近葉尖處設有配重室，以保證整個風輪的質量平衡。c) 葉尖和葉中均裝有雷電接閃器，在葉根法蘭位置設置了雷電記錄裝置，可以自動記載葉片的最大雷擊電流。3.3 傳動系統3.3.1 結構描述傳動系統實現將風輪捕獲的能量傳遞給發電機。主要部件如下圖2所示包括：主軸、齒輪箱、轉子制動器、聯軸器、發電機等。轉子制動器軸承座主軸齒輪箱聯軸器發電機圖2 2MW弱風型風力發電機組傳動系統3.3.2 傳動系統特點a) 傳動系統采用兩點支撐結構，安裝于機架上，兩個主軸軸承均為雙列調心滾子軸承，其中靠近風輪側的軸承為浮動軸承，靠近齒輪箱側

15、的軸承為固定軸承。兩點支撐結構能很好地平衡系統的振動沖擊，改善齒輪箱受載情況，保證結構的穩定性。b) 兩個主軸軸承分別通過兩個獨立軸承座支撐。靠近風輪側的主軸軸承座體內有一套風輪鎖緊裝置，機組在進行調試、維護、檢修時，可通過該鎖緊裝置把整個傳動系統固定鎖死，工作人員可以安全地在機艙和輪轂內工作。軸承座采用球墨鑄鐵材料，具有良好的抗震性。軸承座通過迷宮式油封和“V”型圈對軸承的潤滑油脂進行雙重密封，有效地阻止了油脂的泄露，使機艙保持清潔而又不受污染。c) 風機主軸采用鍛件。主軸的前端帶有法蘭，與輪轂相連。主軸的后端直接插入齒輪箱的行星齒輪架，并通過脹緊套安全可靠地與齒輪箱連接在一起。d) 齒輪箱

16、的結構形式為一級行星齒輪和兩級平行軸齒輪傳動。齒輪箱中齒的嚙合具有高效率和低噪音的特點。液力彈性支撐與齒輪箱懸置設備中的扭矩支承元件整合在一起，直接與機架連接。齒輪箱上的液力彈性支撐裝置不僅運用了彈性支承，同時也非常有效地隔離了聲音和振動從齒輪箱到機架的傳遞。e)齒輪箱與發電機之間采用柔性聯軸器進行連接。該聯軸器能夠補償齒輪箱輸出軸與發電機輸入軸末端之間的軸向、徑向及角度偏移。此外，在聯軸器上集成有一個力矩限制器，在可能發生的發電機突然短路情況下，能有效阻止產生的瞬時力矩轉移到齒輪箱，以保護齒輪箱不受損壞。f) 在齒輪箱高速軸端安裝了一個轉子制動器，該制動器在風機維護時手動操作，輔助鎖緊風輪。

17、g) 所有的傳動系統零部件都是來自國內外知名的、長期從事該行業的供應商，他們的產品以高質量和高可靠性著稱。正如對于其他設備零部件同樣適用一樣，它們具備完全符合圖紙設計要求的腐蝕保護。所有主要零部件在發貨前都要在廠內經過全面的性能測試。3.4 機架和機艙罩葉輪和發電機的靜態及動態載荷通過機架傳遞到塔架。另外，機艙罩內有傳動系統、控制柜、偏航系統、發電機、主控柜等，外部還有測風系統。根據性質不同，機艙可分為三個部分：1）傳遞載荷的主機架部分；2）供維護人員使用的工作平臺；3）由玻璃纖維原料制造的機艙罩。機架結構特點如圖3所示，機艙罩殼外形特點如圖4所示。圖3 2MW弱風型風力發電機組機架傳動系統兩

18、點支撐軸承結構（兩個主軸軸承）使機艙底架具有十分緊湊和輕巧的結構。機架采用鋼制的焊接組裝件，具有極高的剛度且具有很高的阻尼。圖4 2MW弱風型風力發電機組機艙外形圖機艙罩具有緊湊的外部尺寸，精巧的流線型外觀設計。盡管機艙的冷卻和通風設備尺寸較大，它們都隱蔽的整合在機艙內。設計時在機艙內考慮了足夠大的活動空間，輪轂中的變槳距裝置能直接從機艙進入以方便維修。整個機艙罩采用隔音設計以達到吸聲的目的。3.5 偏航系統3.5.1 偏航系統結構描述2MW弱風型風力發電機組偏航系統為主動式偏航系統，能自動對風，使風輪的掃風面與風向垂直，以最大限度的捕獲風能。偏航系統由偏航軸承、偏航剎車器、偏航電機和偏航齒輪

19、箱等部件組成。具體結構如圖5所示。圖5 2MW弱風型風力發電機組偏航系統在機艙后部有3個互相獨立的傳感器1個風向傳感器(即風向標)及2個風杯式風速傳感器(即風速儀 )。風向傳感器的信號反映出風機與主風向之間有偏離，當風向持續發生變化時，控制器根據風向傳感器傳遞的信號控制4個偏航驅動裝置轉動機艙對準主風向，偏離主風向的誤差在±4度內。偏航過程如下：a) 平均風速小于6m/s時，且偏航角大于等于16°時，等待120s，開始偏航。b) 平均風速大于7m/s時，且偏航角大于等于10°時，等待60s，開始偏航。c) 正常運行時，平均風速由小于6m/s增加到小于等于

20、7m/s時，且偏航角度大于等于16°時，等待120s，開始偏航。d) 正常運行時，平均風速由大于7m/s降低到大于等于6m/s時，且偏航角度大于等于10°時，等待60s，開始偏航。e) 正常啟機時，平均風速大于等于6m/s小于等于7m/s時，且偏航角度大于等于10°時，等待60s，開始偏航。f) 當偏航角度在25°以上時，立即偏航。3.5.2 偏航系統特點2MW弱風型風力發電機組采用主動偏航對風形式。該系統具有以下特點：a) 2MW弱風型風力發電機組配有一個風向標，能非常準確地判定瞬時風向。風輪對風的方向校準非常重要，因為它能保證最大的能量產出并同時避免

21、由于斜向入流引起的附加負載。b) 機艙底架通過帶有外齒輪的四點接觸軸承連接到塔架上。機艙的偏航系統通過四個電動機帶動減速齒輪完成,制動裝置采用七個偏航制動器。c) 偏航制動裝置通過液壓裝置（也作為傳動系統安全剎車的動力源）提供必要的制動力。為了在各種情況下保證機組的安全運行，液壓系統配有蓄能器，這些蓄能器能保證在萬一出現電力供應故障的情況下仍具有必要的制動力。d) 偏航軸承采用“負游隙”設計的四點接觸球軸承，以增加整機的運轉平穩性，增強抗沖擊載荷能力。e)偏航制動器為液壓驅動剎車，靜止時，偏航制動器的剎車閘將機艙牢固鎖定；偏航時，偏航制動器仍然保持一定的余壓，使得整個偏航過程中始終有阻尼存在，

22、以保證偏航運動更加平穩，避免可能發生的振動現象。f) 位于偏航電機驅動軸上的電磁剎車具有失效保護功能，在出現外部故障（如斷電）時，電磁制動系統仍能使機組的偏航系統處于可靠的鎖定狀態。g) 偏航齒采用硬齒面技術，其中外齒圈齒面采用了特殊工藝，以提高齒面硬度值，避免了長期運行產生磨損。h) 2MW弱風型風力發電機組偏航系統設計有手動和自動兩種操作模式。在偏航過程中，風機還設置有自動解纜程序，從而保證電纜不會因為過多的纏繞而被破壞。具體解纜設置為：1）風速小于啟動風速時，扭纜角度大于430°，自動解纜。2）扭纜角度大于760°，自動解纜。3）當扭纜角度大于800°（可自

23、定）觸發安全鏈停機。i) 優化設計偏航控制系統，對偏航的路徑選擇進行智能判斷，機組在風速較小的狀態下，自行解纜，避免了高風速段偏航解纜造成的發電量損失。3.6 變槳系統3.6.1 變槳系統描述變槳系統是2MW弱風型風力發電機組實現恒頻的執行機構。通過對葉片槳距角的調節，實現功率和轉速的恒定。變槳系統由軸控柜、超級電容柜、變槳電機、變槳齒輪箱和變槳軸承等組成。如圖6所示。圖6 2MW弱風型風力發電機組變槳系統3.6.2 變槳系統特點2MW弱風型風力發電機組采用電氣驅動單葉片獨立變槳形式。該系統具有以下特點：a) 葉片通過螺栓連接到變槳軸承外圈上，變槳軸承為雙列、四點接觸球軸承，其內圈連接到風輪輪

24、轂上，外圈與葉片相連。每只葉片都配有獨立的變槳裝置，變槳裝置由變槳電機、變槳齒輪箱、軸控柜、超級電容柜、變槳軸承等組成，能夠進行獨立調節。b) 在風速低于額定風速時，風輪在恒定的葉片槳距角和變轉速下運行，使其在最佳的空氣動力學范圍內連續工作并達到最大的風機效率。c) 在風速高于額定風速時，變槳距控制系統工作以保持風輪在恒定的功率輸出下工作。這種先進的控制理念使得風機上的載荷大大降低。 d) 為了保證整個風機的安全性，在電網出現故障時，變槳裝置以超級電容作為后備電源為變槳系統供電，完成緊急順槳。e) 除了控制功率輸出以外，變槳裝置也是機組安全系統最主要的執行機構。在風機出現故障并觸發快速停機程序

25、時，變槳系統控制葉片以7°/s的速度順槳到90°位置，保證機組安全停機。3.7 塔架塔架采用錐形圓筒鋼結構形式。塔架與基礎、塔架的段與段之間以及塔架與機艙的連接均采用高強度螺栓連接。塔架的底部配有一扇門，能使外部空氣進入塔架內，同時具有防沙、防雨、防蚊蟲、防盜等功能。每段塔架內部均設有平臺，各平臺均有照明裝置和應急照明裝置。控制系統的終端和變頻器安裝在塔架底部的獨立平臺上，安裝在門的入口位置。這樣可以在不需要任何攀爬的情況下就能對重要的設備功能進行控制。發電機的電能通過最佳屏蔽的導電軌傳送到塔架底部。塔架內裝有光纖以便所有控制信號能從主控計算機傳送到塔架頂部。塔架通過多層噴

26、涂來達到最佳的防腐蝕效果。所有金屬板和焊縫都采用超聲波或X射線進行探傷檢驗。3.8 運行及安全系統2MW弱風型風力發電機組是是全天候自動運行的設備，整個運行過程都處于嚴密控制之中。其安全保護系統分三層結構：主控系統，獨立于主控的安全鏈，器件本身的保護措施。在機組發生超常振動、過速、電網異常、出現極限風速等故障時保護機組。對于電流、功率保護，采用兩套相互獨立的保護機構，諸如電網電壓過高，風速過大等不正常狀態出現后，控制系統會在系統恢復正常后自動復位，機組重新啟動。具體運行過程為：a) 當10min平均風速超過3m/s（可設置），風機將自動啟動。當高速軸轉速接近并網轉速（750rpm）時，并入電網

27、。b) 隨著風速的增加，發電機的出力隨之增加，當風速達到10m/s時，達到額定出力，若超出額定風速機組將進行恒功率控制。c) 當10min平均風速超過20m/s（可設置），將實現正常停機（變槳系統控制葉片進行順槳，高速軸轉速低于脫網轉速612rpm時，風機脫網）。d) 當30s平均風速超過24m/s（可設置），實現正常停機；當1s平均風速超過28m/s（可設置）時，實現正常停機。e) 當遇到一般故障時，實現正常停機。f) 當遇到特定故障時，實現緊急停機（變流器脫網，葉片以7°/s的速度順槳）。3.9 安全防護裝置2MW弱風型風力發電機組配置了安全防護裝置，它包括滅火器、急救包及逃生裝

28、置，旨在服務工作人員在遇到突發事件時應急所用，確保工作人員及機組的安全。滅火器：如果發生火災，立即從危險區域疏散，同時斷開火災現場電源。要使用適當的滅火器滅火，一旦火災不能撲滅/控制，要通知消防部門幫助。滅火器應定時檢查，若發現位置挪動、壓力不足、已經噴射使用過、零部件缺失或損壞等情況時，應立即更換或采取措施并做好檢查記錄。滅火器的維修、再充裝應由已取得維修許可證的專業單位承擔。滅火器不論已經使用過還是未經使用，已達到使用期限的，必須更換。急救包：應用于緊急情況下的救護工作，在日常情況下，請不要隨意拿走急救包中的藥品，緊急時刻取用后應及時歸還。急救包中的藥品請按有效期及使用情況及時更換和補充。

29、逃生裝置：應用于緊急情況下人員的逃生，逃生裝置的質保期為6年，到期后應請相關有資質的單位進行檢查是否可繼續使用并確定下一次的檢查日期；若不能使用，應及時更換。風機在獲準投入運行之前，確保所有的安全設備存在且處于良好工作狀態，而且，風機相關工作要用到的所有安全設備也要工作狀況良好，這是非常重要的要求。4電氣系統電氣系統是用于獲得最佳能量產出和一流電能質量的關鍵結構。雙饋繞線式異步發電機使得風機能在變化的轉速下工作，而不需要通過大功率變頻器將全部功率轉送出來。雙饋異步發電機變頻器系統是目前世界上MW級風機使用最多的模式。其主要的特點為：雙饋異步發電機可靠性高，結構緊湊，體積小，重量輕（較永磁式同步

30、發電機），變頻器功率小，只需要風機功率的1/5左右。風機具有低的風力特性（低起動風速、高效率），低噪音傳播，特別是在低風速時，向電網供電的特性都有明顯改善。變速發電機在部分功率條件下提供了相當平滑的電能，在額定功率條件下提供了幾乎完全平滑的電能。這使得風機運轉時的噪音明顯減小，并大大降低了該結構上的動力載荷。陣風通過風輪的加速得到緩沖，因此風機能夠向電網輸出平滑的電能。輸入電網的電壓和頻率保持絕對的恒定。此外，變頻器控制系統適用于所有的電網條件，甚至能夠支持較弱的電網。如果接入電網的選擇受限，那么在業主選擇風機系統時，這將具有優勢。并且在取得一個更好的電網連接成本方面，本系統具有顯著優點。4.

31、1 發電機變頻器系統2MW弱風型風力發電機組使用變速發電機變頻器系統。在變槳系統的共同作用下，通過變速運行能夠保證在電能產出、效率、機械力和電能質量等方面達到最佳允許值。系統最大程度地避免了出現浪涌和峰值負荷。為發電機提供的運行控制裝置允許在偏載時有平滑的能量輸出，而功率波動最小。在額定負載范圍內，風機能夠在幾乎恒定的功率下運行。風機產生無功功率的多少也允許按照用戶和電網運營商的要求在風機無功功率能力范圍內進行管理。雙饋風機變速恒頻的功能是基于雙饋繞線式異步發電機帶使用脈寬調制IGBT技術的變頻器實現的。無論風輪轉速如何，系統保證按照與電網匹配的電壓和頻率持續發電。根據風速大小，風輪轉速和功率

32、能夠自動進行調節。在低于同步轉速時，發電機定子向電網輸送100的電能。此外，變頻器通過發電機的滑環向轉子提供轉差功率。在高于同步轉速時，發電機定子和轉子同時向電網輸送電能。當發電機轉速位于額定轉速時，發電機通過定子將大約83的功率輸送給電網，剩余的功率（大約17）由發電機轉子通過變頻器輸送到電網。與其他系統相比，該系統具備低損耗的優點，因而能保證較高的總效率。此外，由于使用的零件數少，設計緊湊，該系統還具有非常出色的可利用率。該發電機采用完全封閉式包裝，保護等級為 IP 54，冷卻方式為空氣冷卻IC616/IC666。發電機產生的熱量通過消聲通道經空-空熱交換器傳到外界環境中。變頻器通過內含先

33、進算法的微處理器控制電力電子器件，并采用最新的IGBT脈寬調制技術。由此獲得接近無閃變的電能，可調節的無功功率管理，低失真和最低諧波含量，提供一個新的高質量“風電”定義。較低的短路容量使可用的電網容量得到更好的利用，能夠避免在某些情況下的昂貴電網容量放大措施。發電機變頻器系統如圖7所示：圖7 雙饋繞線式風力發電機組 控制系統先進 風能利用率高 整機價格比直驅式發電機便宜30% MW級機型，目前世界最流行的機型 發電機的定子直接與電網連接，轉子經過變頻器與電網連接 發電機為雙饋異步發電機，轉速范圍大，可在同步轉速的±30%內運行 變頻器的功率為總功率的2030%，變頻器的功率損耗小，價

34、格便宜 該類機型已被Repower、Dewind、GE、Nodex、Vestas等公司廣泛采用4.2 在低壓條件下的技術數據額定功率： P = 2000kW額定轉速： n = 1200 RPM (發電機轉速)額定視在功率： S = 2105kVA 功率因數： 0.95電感（欠激勵）到0.95電容（過激勵） 默認情況下功率因數為1(cos=1)額定頻率： 50 Hz±1%額定電壓： 690 V±10% 在中壓系統中的變壓器必須保證線電壓不會降到永久低于額定電壓。額定電流： I = 1673A (功率因數為1時)4.3 變頻器的技術數據理念： 用于雙饋異步發電機的變頻器帶有直流

35、環節功能： 通過機側和網側模塊傳輸轉子功率，控制/調節有功功率和無功功率功率半導體器件： IGBT保護： IP 54，電感區域：IP 21冷卻： 強制風冷4.4 發電機的技術數據理念： 異步、雙饋發電機，通過變頻器將轉子功率傳輸到電網當中。定子繞組與電網同步，這樣可以直接進行軟并網。額定功率/速度： Pel =2150kW 在 n = 1200 RPM 時速度范圍： n = 612 到1380 RPM 存在一個與各轉速相關的特殊情況下的最大功率值，通常因為設計原因不能超過此功率值。類型： 六極、三相、異步、雙饋發電機中心高： 630mm保護： IP 54冷卻： IC616/IC666，空空冷卻

36、傳感器： 用于監控軸承的溫度PT 100 用于監控線圈的溫度PT 100 電刷磨損警告以上參數可以用于海拔2000米以下、室外溫度小于50以下。如果環境有差異，必要時應當降容運行以保護電氣系統。4.5 雷電保護區域2MW弱風型風力發電機組雷電保護系統采用接閃器方式吸引雷電，通過避雷器和接地系統釋放到大地。除此之外，電容、電感、電氣或輻射性的干擾被減少到安全水平。針對雷電不同的危害程度，雷電保護概念把風力發電機組劃分成各種保護區域，危害程度越小，保護區域的數字代號越大。選擇區域的準則是要使雷電危害程度不能超過使用設備的額定抗干擾度。4.5.1 安全等級要求IEC 610242MW弱風型風力發電機

37、組采用級安全等級。以下為典型的級安全雷電電流值，符合IEC 61024-1“設備雷電保護”標準：表1 級安全雷電流參數典型值符號測量單位值峰值IkA200總負載QtotalC300脈沖負荷QpulseC100特征能量SEKJ/10000平均上升率di/dtkA/s2004.5.2 探測潛在的雷擊點（滾球法）采用雷電球方式可以探測哪些地方的建筑物或設備可能遭到雷擊。根據相應的安全等級，制定與保護建筑物或需要保護的設備的雷電等級相符的球，雷電球的范圍要與雷電擊穿半徑相符，所有的能接觸到的點都是潛在的雷擊點。表2 雷電球半徑要求等級雷擊半徑雷擊相關的電流非常嚴格的要求20m3.7kA嚴格要求30m6

38、.1kA標準要求45m10.6kA2MW弱風力發電機組采用半徑為20m的雷電球。4.5.3 EMC導向的雷電保護區域概念風電機組所實施的雷電保護方法是基于面向雷電保護區域的EMC原理。它意味著整個系統在安全分類確定后，必須再分成各種雷電保護區域，雷電保護區域的定義取決于是否有可能被雷電直接擊中、雷電流的強度和由此帶來的在這個區域的電磁場；雷電保護區的任務是要把傳導干擾和磁場干擾降低到規定限值內。各個防雷區交界處應用較嚴格的保護區。下列為雷電保護區域的應用：LPZ0A這個區域的元件必須能夠承受直擊雷擊中，其雷擊電流與選擇的雷電保護等級相一致，承受無衰減的雷電電流電磁場，承受全部或部分雷電流。LP

39、Z0B這個區域的元件不需要承受直擊雷擊中，其雷擊電流與選擇的雷電保護等級相一致，承受無衰減的雷電電流電磁場，承受全部或部分雷電流。LPZ 1區域內物體不會直接遭受雷擊，流經各導體的電流比LPZ 0B和LPZ 0A區小；本區內的電磁場作用力可能衰減（取決于所提供的屏蔽措施）。區域內的沖擊電流由分流和浪涌保護器來限制。LPZ 2電磁場由附加的屏蔽措施（如金屬柜體）進一步衰減，導體上的沖擊電流通過分流和附加的浪涌保護器來進一步限制。4.5.3.1 主要設備的雷電保護區域分配列表設備雷電保護區域雙饋異步電機LPZ 0B雷電電流通過帶碳刷的放電間隙來釋放LPZ 0B塔內的電纜/導電軌LPZ 1齒輪箱LP

40、Z 0B 液壓系統LPZ 0B主軸內的電纜LPZ 1機艙LPZ 0B主機架LPZ 0B輪轂LPZ 0B輪轂控制柜及電源柜LPZ 1接閃器LPZ 0 A 葉片LPZ 0 A主軸LPZ 0B 傳感器電纜（帶屏蔽）LPZ 1頂箱（主控系統）LPZ 1塔筒外部LPZ 0 A塔筒內部LPZ 1變頻器LPZ 2氣象架LPZ 0 A4.5.3.2 風機中雷電保護區域總圖圖8 雷電保護區域總圖4.5.3.3 機艙內電纜籠基于法拉第籠原理，在機艙內增加電纜籠，其主要功能是，在防雷保護分區（LPZ）內，減小雷電磁場。整個電纜籠用70mm2的銅線進行相互連接，然后用95mm2的銅線連接至主機架上，最后沿防雷路徑引入

41、大地。電纜放置在機艙罩殼內的電纜溝里。網格的尺寸不應大于5m×5m。只有電纜連接點和交叉點用螺栓連接在表面，如圖9 等電位連接網示意圖所示。這里也使用了并聯通路的概念。圖9 等電位連接網圖示4.6 接地系統接地系統的作用是將雷電電流安全地引入地下，并提供等電位連接。接地系統應該在建造地基時進行安裝。接地體能夠保證整個接地系統可靠，低電阻。在依照系統接地要求安裝接地系統時，必須考慮當地的土壤狀況和電阻率。接地網必須用閉環導體制成。如果整個接地系統的接地電阻超過要求，則還應該通過額外的接地棒擴大接地系統范圍，這些接地棒連接到環狀接地電極的終端連接片上。通過環狀接地電極可以大大降低跨步電壓

42、和接觸電壓。當發生雷電侵襲時，有人接近塔架基座，可以避免觸電的危險。4.6.1 基礎和環形接地電極圖10 塔基接地示意圖4.6.2 風力發電機組及中壓變壓器接地系統中壓變壓器（箱變）聯結組別為Dyn5或Dyn11，在二次側接地。風機電網的連接方式設計為TN-C，并給變頻器供電。變頻器把PEN線分成PE和N。在此情況下，N不再用于下一級輸出回路。根據這種劃分，電路到定子時就變成一個TN-S電路，不包括N線。結果，電路接線方式共同組成了TN-C-S電路，其特點是偶然的故障接地就轉化成了短路故障。結果此故障將使短路保護動作。因此，在這種情況下，無需附設接地監控。風機的接地系統必須和中壓變壓器的接地系

43、統連接。中壓變壓器至塔筒內等電位連接導體的接地線電纜型號：2×240mm2、600/1000VAC，共2根，（具體根據箱變與塔筒間距離而定）。必須按規定接線，否則會影響風機長期穩定運行。連接接地線前必須對等電位連接導體表面進行除銹、打磨光滑處理，確保接線接觸良好。4.6.3 機艙內接地在機艙內各柜體就地接地，通過螺栓連接到機架上，連接處的漆膜必須打磨干凈。4.6.4 接地電阻要求共同接地電阻的測量是在風機基建完成后，在適當的計算方法和接地系統建設情況下，風機防雷接地電阻測量值必須低于10；不考慮室外跨步電壓，風機強電（發電機定、轉子接地）、弱電（控制接地）、防雷接地（環形接地+基礎接

44、地）三電共地接地電阻應不大于4；考慮室外跨步電壓對人身安全的影響，接地電阻應不大于2。如果整個接地系統的接地電阻超過要求，則還應該通過額外的接地棒擴大接地系統范圍，這些接地棒連接到環狀接地電極的終端連接片上。根據當地電力部門的規定，接地電阻值的大小有必要更低。5控制系統2MW弱風型風力發電機組所有的監視和控制功能都能通過控制系統來實現，它們通過各種連接到控制模塊的傳感器來監視、控制和保護。控制系統給出葉片變槳角和發電機系統轉矩值，因而作用給電氣系統的分散控制單元的上位機和旋轉輪轂的葉片變槳調節系統。采用最優化的能量場算法，使風機不遭受沒必要的動態壓力。它包括電網電壓、頻率、相位、轉軸轉速、齒輪

45、箱、發電機、現場的各種溫度、振動、油壓、剎車襯套的磨損、電纜的扭轉和氣象數據的監視。嚴重故障的冗余檢查，以及在緊急情況下，甚至在控制系統不運行情況下，為確保最大的安全，還能有應急照明。運行數據可以通過鏈接到遠程通訊模塊或因特網的PC機進行歷史數據的調用，也就是說，風機的完整的狀況信息可以被熟悉的操作人員和維護人員獲知使用。但是要提供安全密碼等級，正確的安全密碼才允許遠程控制。控制系統的基本功能并網運行的2MW弱風型風力發電機組發電機組的控制系統具備以下功能：1. 根據風速信號自動進入啟動狀態或從電網切出。2. 根據功率及風速大小自動進行轉速和功率控制。3. 根據風向信號激動偏航對風。4. 發電

46、機超速或轉軸超速，能緊急停機。5. 當電網故障，發電機脫網時，能確保機組安全停機。6. 電纜扭曲到一定值后，能自動解纜。7. 當機組運行過程中，能對電網、風況和機組的運行狀況進行檢測和記錄，對出現的異常情況能夠自行判斷并采取相應的保護措施，并能夠根據記錄的數據，生成各種圖表，以反映風機的各項性能。8. 對在風電場中運行的風力發電機組還應具備遠程通訊的功能。5.1 主控系統主控系統位于塔頂的機艙主控柜內，控制模塊通過光纖數據傳輸電纜和Canopen通訊的方式分別與塔基變頻器柜上的顯示操作屏和變槳控制系統相連。主控柜中包含有高度集成的控制模塊、超速模塊、轉速模塊、各種空氣開關、電機啟動保護開關、繼

47、電器、接觸器等。主控系統連續不斷的發出轉矩給定值到變頻器控制系統，發出葉片角度給定值到變槳控制系統，變槳控系統的同步控制器驅動輪轂中的變槳控制電機來進行各種調劑和控制。每個系統都帶有自己的監視功能，變頻器能獨立工作且能自行停止，它能給定模擬信號到主控系統，主控系統在給定相應的信號到變槳系統，然后驅動葉片變化角度。5.2 安全鏈安全鏈是一個獨立硬回路，由所有能夠觸發緊急停機的觸電串聯而成，任何一個觸發都會導致緊急停機。以下是構成緊急停機的信號點：1. 位于機艙控制柜上的緊急停機按鈕，機艙內便攜式控制盒停機按鈕，變頻器控制柜上的緊急停機按鈕；2. 葉片維護開關；3. 低速軸超速信號，齒輪箱轉速超速

48、信號；4. 振動超限；5. 主控系統觸發的內部安全鏈；6. 電纜纏繞，順時針、逆時針極限。5.3 變槳控制變槳控制系統采用槳距角閉環調節完成對每個槳葉的槳距角控制，槳距角的變化速度不超過7°/s，槳距角控制范圍0°90°。交流伺服驅動系統驅動一個帶轉角度反饋的伺服電機，伺服電機連接減速箱，通過主動齒輪與輪轂外齒圈相連，帶動槳葉進行轉動，實現對每個槳葉節距角的直接控制。輪轂外齒圈內安裝有第二個轉角傳感器，直接檢測外齒圈轉動的角度，即槳距角的實際值，該傳感器作為冗余控制的參考值，當電機輸出軸、聯軸器或轉角傳感器出現故障時，會出現兩個轉角傳感器所測數據不一致的情況，主控

49、制器即可據此判斷此類故障。在輪轂內法蘭邊上裝有兩個限位開關，起92°和95°的限位作用。智能充電器將通過滑環過來的交流電源整流成直流電源給超級電容充電。正常情況下從滑環過來的交流電源向伺服驅動器回路供電，如果電網供電系統出現故障，超級電容向伺服驅動器供電，在一段設定的時間內將以最大的收槳速度調節葉片到順槳位置。5.4轉速傳感器風力發電機組傳動鏈上轉速測量點有：發電機輸入端轉速、齒輪箱輸出端轉速、風輪轉速和通訊滑環處。發電機輸入端轉速傳感器一個，齒輪箱輸出端轉速傳感器一個，風輪轉速傳感器兩個，通訊滑環轉速傳感器一個。偏航系統有兩個轉速傳感器安裝在機艙與塔筒連接的齒輪上，用來識

50、別偏航旋轉方向。5.5偏航計數傳感器從機艙到塔筒間布置的柔性電纜由于偏航控制會變得扭曲。偏航計數器傳感器作為電纜扭曲的硬件保護器件，當電纜的扭曲到達限定位置會觸發風機安全鏈進行保護。5.6 風速風力發電機組配有兩個裝在相配支架上的風速計，一個加熱，一個不加熱，支架有一個接地環對風速計提供避雷功能。電纜鋪設在穿線管中。5.7 風向風向計也安裝在同一個支架上，能360°范圍測量，為了防止結冰，風向計能根據環境溫度采取適度的自動加熱。5.8 振動傳感器安裝在主機架下部，為重力型加速度傳感器，它直接鏈接到緊急停機回路上。此外，有振動傳感器監視塔基和驅動鏈，如果測量值超限，立刻正常停機。5.9

51、 溫度傳感器溫度PT100 A軸承 B軸承 定子線圈 油箱 高速軸 1# 高速軸 2# 齒輪箱進口油 主軸軸承箱（主軸軸承溫度） 機艙下面（外部溫度） 機艙控制柜附近（機艙內部）溫度 PTC 定子線圈5.10 剎車磨損傳感器剎車磨損傳感器安裝在齒輪箱剎車器上，只有剎車被完全釋放后，開關才能動作，微動開關指示剎車襯套的磨損。當剎車片磨損到一定值后，傳感器給出一個信號，要求風機正常停機，如果再次運行則要求手動復位下，在這信號后還可以進行3次啟動或3天運行。然后必須要求更換新的剎車襯套，更換后，并要求能被主控制系統識別檢測到。5.11 緊急停機緊急停機安全鏈打開，將觸發最高級別剎車程序，風輪葉片以7

52、°/秒的速度收槳，變槳控制驅動器由從滑環處過來的交流電源提供，當電網電壓出現異常跌落時，則變槳控制驅動器由超級電容提供，直到葉片到92°位置，限位開關動作。如果超過92°沒有觸發將發出故障信號，葉片還繼續偏轉到95°，限位開關動作。5.12 快速停機風輪葉片以每秒7°的速度旋轉到92°的位置。變槳控制驅動裝置由從滑環處過來的交流電源提供，當電網電壓出現異常跌落時，則變槳控制驅動器由超級電容提供。5.13 正常停機在對設備沒有安全影響，又不需要立即執行的非主要故障，執行正常停機。風輪葉片以3.5°/s的速度旋轉到90°的位置。6 遠程監控系統2MW弱風型風力發電機組遠程監控系統具有對風電場內的風機進行實時監測和控制，以保證風機運行在安全狀態的