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金风GW150-3.0机组产 品技术说明（1445） 共 3 0 页 2 / 30 目 次 前言 4 1 范围 .5 2 规范性引用文件 .5 3 总体设计方案 .5 3.1 机组总体描述 5 3.2 机组设计等级 7 3.3 风力发电机组结构及机舱布置图 7 3.4 金风 GW150-3.0 风力发电机组特性 .8 4 机组详细技术说明 .8 4.1 叶轮 8 4.2 发电机 10 4.3 机舱 12 4.4 制动系统 13 4.5 偏航系统 13 4.6 塔架技术说明 13 4.7 基础技术说明 13 4.8 机组运行及安全系统 14 4.9 控制系统 14 4.10 全功率变流器 15 4.11 变桨系统 15 4.12 防雷保护 16 4.13 监控系统 18 4.14 系 统 EMC 设计 20 5 并网技术说明 .20 5.1 运行电压范围 21 5.2 运行频率范围 21 5.3 有功功率控制 21 5.4 无功功率控制 22 5.5 低电压穿越 22 5.6 高电压穿越 23 5.7 风机及风电场运行时电能质量 23 6 环境适应性技术说明 .23 3 / 30 6.1 环境温度适应性 23 6.2 低温环境适应性设计 24 6.3 海拔高度说明 24 6.4 潮湿环境说明 24 7 主要零部件生产及检验标准 .24 8 机组技术参数 .27 8.1 主要技术参数 27 8.2 主要材料规格 29 8.3 机组振动的设计标准 29 8.4 机组主要部件尺寸重量 29 9 人员安全保护 .30 10 保留条款 .30 图 1 金 风 GW150-3.0 风力发电机组外形图 .6 图 2 金 风 GW150-3.0 风力发电机组结构 .7 图 3 叶轮外形尺寸示意图 8 图 4 变桨系统示意图 9 图 5 叶片试验 10 图 6 发电机轮廓图 10 图 7 永磁同步发电机内 /外转子结构外径对比 .11 图 8 机舱外形尺寸示意图 12 图 9 金 风 GW150-3.0 风力发电机组控制系统通讯拓扑图 .14 图 10 全功率变流器系统原理图 .15 图 11 金风 GW150-3.0 风力发电机组变桨系统原理图 .16 图 12 机组防雷系统图 17 图 13 基础部分接地示意图 17 图 14 叶片防雷击系统示意图 18 图 15 金风科技直驱机组监控系统结构图 19 图 16 金风机组与电网连接示意图 21 图 17 风力发电机组低电压穿越能力要求 23 表 1IEC 风力发电机组设计等级表 7 表 2 金风 VMP 系统无功功率/电压控制默认设置22 表 3 金风 GW150-3.0 风力发电机组主要技术参数27 表 4 主要材料规格表 29 表 5 机组振动设计标准 29 表 6 机组主要部件尺寸重量 29 4 / 30 金风 GW150-3.0 机组产品技术说明（1445） 1 范围 本文件规定了金风GW150-3.0风力发电机组（1445）的技术描述。 本文件适用于金风GW150-3.0风力发电机组（1445）的投标。 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 所 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 19963-2011 风电场接入电力系统技术规定 IEC 61400-1-2005 风 力 发 电 机 组 第 一 部 分 设 计 要 求 Wind turbine generator systems, Part1 Design requirements IEC 61400-24-2010 风力发电机组 第二十四部分雷电防护 W ind turbine generator systems, Part 24 Lightning protection GL 2010 风 力 发 电 机 组 认 证 指 南 Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2010 3 总体设计方案 3.1 机组总体描述 金风GW150-3.0 风力发电机组保持金风科技传统优势的永磁直驱技术路线，采取平台化设计理念， 以差异化设计的发电机和叶轮系统满足机组运行要求；电气系统模块化设计便于后期容量扩容和技术扩 容，软件系统接口统一。真正实现了模块化设计和生产，提升产品竞争力。 金风GW150-3.0 风力发电机组采用水平轴、三叶片、上风向、变速变桨调节、直接驱动、外转子永 磁同步发电机、全功率变流器并网的总体设计方案，如图1所示。 功 率 控 制 方 式 采 用 变 速 变 桨 控 制 ， 在 额 定 风 速 以 下 采 用 变 速 调 节 ， 额 定 风 速 以 上 采 用 变 桨 调 节 。 变 桨采用柔性的齿型带传动，控制叶片桨距角。 发 电 机 采 用 外 转 子 永 磁 同 步 发 电 机 ， 叶 轮 直 接 连 接 发 电 机 转 子 ， 低 速 运 转 ， 无 需 电 网 励 磁 。 发 电 机 散热采用主动式风冷设计。 全 功 率 变 流 器 采 用 AC-DC-AC变 换 方 式 ， 将 发 电 机 发 出 的 低 频 交 流 电 经 整 流 环 节 （ AC/DC） 转换为 直流电，再经逆变环节（DC/AC）转 换 为 与 电 网 同 频 率 的 交 流 电 ， 最 后 经 变 压 器 升 压 并 入 电 网 。 全 功 率变流器适应50Hz/60Hz电网，机组功率因数调节范围宽（感 性 0.95～容性0.95）。 全 功 率 变 流 器 的 散 热系统采用主动式液体冷却设计，有效提高了散热效率。 5 / 30 图 1 金风 GW150-3.0 风力发电机组外形图 变 桨 系 统 能 够 根 据 控 制 系 统 要 求 进 行 叶 片 桨 距 角 调 整 ， 实 现 转 速 扭 矩 控 制 、 风 机 功 率 调 节 、 顺 桨 停 机等功能。变桨系统由变桨电机、变桨齿轮箱、驱动轮、齿形带、变桨轴承等组成。 偏 航 系 统 能 够 根 据 风 向 标 所 提 供 的 信 号 自 动 确 定 风 力 发 电 机 组 的 方 向 。 当 风 向 发 生 偏 转 时 ， 控 制 系 统 根 据 风 向 标 的 检 测 信 号 ， 控 制 偏 航 驱 动 装 置 使 机 舱 偏 航 对 风 。 偏 航 系 统 在 工 作 时 带 有 阻 尼 控 制 ， 按 照 优化的偏航速度，使机组偏航旋转更加平稳。 液压系统由液压泵、电动机、液压阀、蓄能器、油箱、联结管路等组成，为偏航制动系统及发电机 转子制动系统提供动力源。 偏 航 自 动 润 滑 系 统 由 润 滑 泵 、 分 配 器 、 润 滑 小 齿 轮 、 润 滑 管 路 等 组 成 ， 用 于 偏 航 轴 承 滚 道 及 齿 面 的 注 脂 润 滑 。 发 电 机 主 轴 自 动 润 滑 系 统 （选配） 由 润 滑 泵 、 分 配 器 、 润 滑 管 路 等 组 成 ， 用 于 发 电 机 主 轴 承 滚 道 的 注 脂 润 滑 。 变 桨 轴 承 自 动 润 滑 系 统 （选配） 由 润 滑 泵 、 分 配 器 、 润 滑 管 路 等 组 成 ， 用 于 变 桨 轴 承 滚道 的注脂润滑。 制动系统采用叶片顺桨实现气动刹车，降低叶轮转速。 机 舱 采 用 了 人 性 化 设 计 方 案 ， 发 电 机 采 用 中 空 轴 设 计 ， 机 舱 内 工 作 空 间 大 ， 便 于 运 行 人 员 检 查 维 修 ； 机 舱内配备有电动提升装置，方便工具及备件的提升。 电控系统以可编程控制器为核心，控制电路由PLC中心控制器及其功能扩展模块组成。 6 / 30 3.2 机组设计等级 IEC 61400-1-2005定义了四种风力发电机组设计等级，以适应于不同的风区，见表 1 表 1IEC 风力发电机组设计等级表 风力机等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ S Vref m/s 50 42.5 37.5 A Iref- 0.16 B I ref- 0.14 C I ref- 0.12 由设计者自定 注 Vref 风电场 50 年一遇的 10 分钟最大风速； A较高湍流特性级； B中等湍流特性级； C较低湍流特性级； Iref参考风速为15m/s 时的湍流强度特性值； S 由设计者自定的等级。 根 据 项 目 现 场 的 地 理 情 况 及 其 风 资 源 数 据 对 应 的 风 区 等 级 、 湍 流 强 度 等 数 据 ， 金 风 科 技 可 为 客 户 科 学性地选择具备最优适应性的风力发电机组。 3.3 风力发电机组结构及机舱布置图 金风GW150-3.0 风力发电机组主要部件包括叶片、变桨系统、轮毂、发电机、偏航系统、测风系 统、润滑系统、底座、塔架等，如图2所示仅做示意，以实际执行设计图纸为准。 1. 叶片 2.变桨系统 3.轮毂 4.发电机转子 5.发电机定子 6.发电机开关柜 7.偏航系统 8. 测风系统 9. 提升机 10.发电机散热系统 11.机舱罩 12.底座 13.塔架 图 2 金风 GW150-3.0 风力发电机组结构 7 / 30 3.4 金 风 GW150-3.0 风力发电机组特性 3.4.1 技术优势 对比目前市场上现有直驱机组，金风GW150-3.0风力发电机组具有以下优点 a 直驱永磁技术风能利用效率高，环境友好，维护量小； b 更大的叶轮直径及更高的叶尖速比有利于机组捕获更多的风能； c 变速变桨控制策略适应风的随机变化； d 自适应主动偏航系统能自动校正风向标的安装误差，提高机组对风的准确性； e 全功率变流技术，具有优越的故障电压、频率穿越性能，并网性能友好； f 全面的整机载荷、强度核算及关键零部件的冗余设计保证机组的高可靠性； g 变桨系统超级电容容值检测技术，定期进行变桨储能系统性能检测，极大降低风机的风险； h 后备电源、自动润滑、自动散热、自动控制系统保证机组稳定运行； i 模块化的结构设计可灵活组织吊装施工； j 完备的质量控制和工厂检验体系，调试便捷，运行稳定可靠； k 完善的风电场中央监控、远程监控系统和在线监测系统，便于运行维护管理。 3.4.2 对比目前市场上现有双馈机组的优点 随 着 风 电 产 业 的 不 断 发 展 ， 接 入 电 网 的 风 电 装 机 容 量 不 断 增 加 ， 对 风 力 发 电 机 组 并 网 性 能 的 要 求 越 来 越严格。 金风GW150-3.0 风力发电机组基本运行模式为独立于电网电压的恒定功率因数运行。 金风 GW150-3.0风 力 发 电 机 组 采 用 全 功 率 变 流 装 置 ， 机 组 的 输 出 特 性 表 现 为 电 压 源 特 性 （变流装置） ， 与电源（发电机）无关。 4 机组详细技术说明 4.1 叶轮 叶轮外形示意如图3（尺寸仅做示意）所示。 图 3 叶轮外形尺寸示意图 8 / 30 叶轮系统包括叶片、变桨系统、轮毂。 叶 片 由 变 桨 轴 承 与 铸 铁 结 构 的 轮 毂 连 接 ， 将 风 的 动 能 部 分 捕 捉 转 换 为 驱 使 叶 轮 转 动 的 机 械 能 。 每 支 叶 片 均 配 置 有 一 套 独 立 的 变 桨 机 构 ， 主 动 对 叶 片 的 桨 距 角 进 行 调 节 。 叶 片 材 料 使 用 强 化 玻 璃 钢 纤 维 增 强 树脂。每支叶片配备雷电保护系统，通过引雷装置将叶片上的雷击电流经由塔架导入地下。 叶 片 桨 距 角 可 根 据 风 速 和 功 率 输 出 情 况 ， 通 过 变 桨 系 统 调 节 。 变 桨 系 统 由 变 桨 驱 动 电 机 驱 动 变 桨 减 速 器 ， 通 过 齿 形 带 转 动 变 桨 轴 承 ， 调 整 叶 片 桨 距 角 。 变 桨 驱 动 系 统 上 的 齿 形 带 ， 采 用 含 有 碳 纤 维 芯 体 的 高 强 度 橡 胶 材 料 ， 无 需 润 滑 ， 免 维 护 ， 并 且 对 外 来 的 冲 击 载 荷 敏 感 度 较 低 ， 如 图 4所 示 。 图 4 变桨系统示意图 叶轮通过一个双列圆锥滚子轴承和一个圆柱滚子轴承同主轴连接，主轴固定在机舱底座上。 风机维护时，叶轮可通过锁定销进行锁定。 1. 变桨系统技术特点 变 桨 系 统 调 节 叶 片 的 桨 距 角 ， 从 而 调 节 机 组 的 输 出 功 率 ； 达 到 额 定 功 率 后 ， 保 持 机 组 输 出 功 率 恒 定 。 增 加 结 构 阻 尼 ， 有 效 地 消 除 叶 片 在 高 风 速 下 运 行 时 的 摆 振 ； 通 过 变 桨 距 控 制 有 效 地 降 低 了 机 组 运 行 中 承 受的载荷。 2. 叶片 根据客户需求，可实现增功装置（涡流发生器、T型板等）和降噪装置（锯齿尾缘等）配置。 4.1.2.1 叶片制造工艺特点 叶 片 制 造 采 用 真 空 吸 注 工 艺 ， 叶 片 成 型 过 程 中 ， 底 层 为 胶 衣 层 ， 可 以 和 基 体 直 接 固 化 在 一 起 ， 增 加 了 结合力。 叶 片 主 梁 采 用 抽 真 空 成 型 ， 消 除 了 大 梁 工 艺 制 造 过 程 中 可 能 出 现 的 缺 陷 ， 保 证 了 产 品 质 量 ， 提 高 了 叶片刚性。 采用精密的定位工装，保证螺栓孔之间的位置精度。 工艺要求保证每组叶片的重量公差与质量矩公差得到控制，使叶轮在转动时的不平衡度达到最小。 9 / 30 4.1.2.2 叶片选材 选 用 特 殊 结 构 胶 ， 保 证 各 项 性 能 指 标 的 高 要 求 。 玻 璃 布 及 纤 维 和 胶 经 过 了 大 量 的 性 能 实 验 和 疲 劳 实 验 后进行筛选定型。 金属件和其它零部件也都选用低温性能好，性能指标高的材料。 4.1.2.3 叶片试验 叶片经过了静强度、刚度、频率试验和测试，如图5所示。 并按GL标准结合航空产品实验技术进行了叶片疲劳试验，寿命超过20年。 图 5 叶片试验 3. 轮毂 轮毂采用球形结构，由球墨铸铁铸造而成，在-40℃以下的环境依旧具有较高的强度与冲击韧性。 4.2 发电机 金风GW150-3.0 风力发电机组采用的永磁同步发电机，具有结构简单、运行可靠、效率高、体积小 等优点，发电机外形如图6所示。 图 6 发电机轮廓图 10 / 30 发电机由定子、转子、动定轴和其他附件组成。 定 子 采 用 钢 板 焊 接 支 撑 结 构 ， 由 定 子 支 架 、 铁 芯 和 绕 组 以 及 其 他 附 件 组 成 ； 转 子 由 转 子 支 架 和 永 磁 体 组成。 定 子 绕 组 采 用 双 绕 组 六 相 输 出 结 构 ， 在 转 子 磁 极 上 独 特 排 列 方 式 使 其 振 动 、 噪 声 更 低 ， 采 用 的 分 数 槽设计能更好地消除谐波影响；定子绕组采用V PI真 空 浸 漆 方 式 ， 良 好 的 绝 缘 结 构 和 绝 缘 处 理 工 艺 保 证 了定子绕组的绝缘可靠性。 发电机的轴向尺寸设计紧凑，维护人员可以轻松通过发电机内部进入叶轮进行作业。发电机同底座 之间的门体，配备有先进的安全锁，并通过电控系统程序保障进出叶轮的人员安全。 发 电 机 冷 却 采 用 主 动 式 风 冷 ， 机 舱 内 的 冷 却 风 由 发 电 机 的 进 风 口 进 入 ， 经 绕 组 端 部 、 磁 极 和 径 向 通 风 沟 后 进 入 集 风 装 置 ， 由 位 于 发 电 机 两 侧 的 冷 却 电 机 排 放 到 机 舱 外 ， 该 冷 却 系 统 简 单 可 靠 、 故 障 率 低 。 发 电 机 进 风 口 及 机 舱 尾 部 的 通 风 窗 均 设 计 有 防 尘 滤 网 ， 可 有 效 过 滤 空 气 中 的 灰 尘 与 水 汽 ； 冷 却 电 机 可 根 据 发 电 机 功 率 调 整 转 速 双 速 运 行 ， 提 高 了 冷 却 系 统 的 总 体 效 率 。 金风GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 采 用 的 永 磁 同 步 发 电 机 为 外 转 子 结 构 ， 与 采 用 内 转 子 结 构 的 同 功 率 电 励 磁 发 电 机 相 比 ， 尺 寸 和 外 径 均 相 对 较 小 ， 重 量 减 轻 ， 易 于 公 路 运 输 ； 而 且 外 转 子 形 式 可 以 通 过 外 部 冷 空 气 来 冷 却 转 子 内 部 的 永 磁 体 ， 降 低 了 永 磁 体 的 工 作 温 度 ， 进 一 步 提 高 的 电 机 的 可 靠 性 。 图 7显 示 了 两 种 结 构 的 对 比 。 图 7 永磁同步发电机内/外转子结构外径对比 4.2.1 永磁特性说明 钕 铁 硼 永 磁 被 称 为 第 三 代 稀 土 永 磁 ， 是 迄 今 磁 性 能 最 高 的 永 磁 材 料 。 随 着 永 磁 材 料 生 产 制 造 技 术 的 发 展 ， 永 磁 材 料 的 性 能 不 断 提 高 和 完 善 ， 特 别 是 钕 铁 硼 永 磁 体 热 稳 定 性 和 耐 腐 蚀 性 的 改 善 ， 加 上 永 磁 电 机 研 究 开 发 的 逐 步 成 熟 ， 可 以 通 过 永 磁 体 的 选 用 、 设 计 以 及 电 机 的 磁 路 结 构 设 计 、 控 制 等 手 段 避 免 永 磁 体的 性能衰减。 金 风 GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 采 用 的 永 磁 同 步 发 电 机 使 用 高 磁 性 能 烧 结 钕 铁 硼 永 磁 材 料 ， 具 备 足 够 高 的 矫 顽 力 ， 可 以 避 免 磁 体 高 温 失 磁 。 为 保 证 永 磁 体 的 磁 性 能 可 靠 ， 金 风 科 技 研 发 部 门 进 行 了 大 量 的 研 究 工 作 11 / 30 a 永 磁 体 的 选 择 经 过 了 高 温 短 路 去 磁 的 磁 性 能 校 核 计 算 ， 工 作 点 在 退 磁 曲 线 的 拐 点 之 上 且 留 有 安 全 系 数 。 同 时 我 们 选 用 的 是 具 有 较 高 的 矫 顽 力 值 的 永 磁 体 材 料 ， 具 有 高 抗 去 磁 能 力 ， 避 免 出 现 不 可逆退磁； b 制 订 了 严 格 、 高 标 准 的 永 磁 体 订 货 技 术 条 件 ， 通 过 量 化 的 技 术 指 标 和 严 格 的 过 程 质 量 控 制 以 及 科 学的成品抽样送检测试，对永磁材料的性能进行把关； c 由 于 钕 铁 硼 永 磁 体 含 有 活 泼 的 稀 土 元 素 ， 具 有 易 氧 化 、 易 锈 蚀 的 性 能 ， 为 了 提 高 永 磁 体 的 抗 腐 蚀 特 性 ， 在 制 造 工 艺 上 采 用 了 性 能 可 靠 的 进 口 灌 封 胶 及 灌 封 工 艺 ， 提 高 了 永 磁 体 的 密 封 性 能 。 通 过 严 格 控 制 胶 的 固 化 温 度 ， 使 得 磁 体 表 面 形 成 均 匀 、 致 密 的 保 护 胶 膜 层 ， 显 著 增 强 了 永 磁 体 的 抗 腐 蚀 能 力 ； d 发 电 机 设 计 充 分 考 虑 特 殊 工 况 时 产 生 的 反 向 磁 场 对 永 磁 体 的 退 磁 作 用 ， 选 取 的 永 磁 体 各 项 性 能 参 数 标 准 ， 能 保 证 在 过 载 、 高 温 短 路 、 雷 击 时 永 磁 体 工 作 点 都 在 拐 点 之 上 ， 不 会 产 生 永 久 退 磁 现 象 ； e 机 组 控 制 系 统 具 有 温 度 、 过 流 、 欠 电 压 等 多 项 保 护 功 能 ， 在 非 正 常 工 况 下 ， 机 组 的 控 制 系 统 为 发 电机提供完善、可靠的保护。 4.3 机舱 根据功能的不同，机舱可分为三个部分 a 传递载荷的铸件部分； b 维护人员使用的工作平台； c 由 玻 璃 纤 维 原 料 制 造 的 壳 体 。 机舱外形如图8所示。 图 8 机舱外形尺寸示意图 机 舱 的 底 座 可 将 叶 轮 和 发 电 机 的 静 态 和 动 态 载 荷 传 递 到 塔 架 ； 机 舱 内 设 置 有 控 制 柜 、 提 升 机 、 偏 航 系统、热交换系统等；机舱顶部安装有测风系统。 12 / 30 4.4 制动系统 金风GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 采 用 三 套 独 立 的 叶 片 变 桨 系 统 ， 即 使 在 一 套 变 桨 系 统 出 现 故 障 不 能 顺 桨 的 情 况 下 ， 另 外 两 支 叶 片 也 能 独 立 实 现 变 桨 空 气 制 动 使 机 组 安 全 停 机 。 机 械 刹 车 安 装 在 发 电 机 内 部 ， 通 过 液 压 系 统 加 压 刹 车 ， 释 压 松 闸 ， 可 控 制 发 电 机 的 转 子 的 转 动 位 置 ， 便 于 维 护 叶 轮 时 对 发 电 机 的 转 子 进 行 锁 定 。 该 机 械 刹 车 为 维 护 型 刹 车 ， 不 参 与 机 组 控 制 和 保 护 。 4.5 偏航系统 金风GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 采 用 主 动 偏 航 对 风 设 计 。 在 机 舱 顶 部 设 置 有 风 速 仪 和 风 向 标 ， 风 向 标 信 号 反 映 出 风 机 与 主 风 向 之 间 的 偏 离 ， 当 风 向 持 续 发 生 变 化 时 ， 控 制 器 根 据 风 向 标 传 递 的 信 号 控 制 四 个 偏 航 驱 动 装 置 转 动 机 舱 对 准 主 风 向 。 该系统具有以下特点 a 偏 航 轴 承 采 用 “零 游 隙 ”设 计 的 四 点 接 触 球 轴 承 ， 以 增 加 整 机 的 运 转 平 稳 性 ， 增 强 抗 冲 击 载 荷 能 力； b 采 用 了 力 矩 特 性 较 软 的 多 极 电 机 驱 动 ， 结 合 风 电 场 的 工 况 ， 可 优 化 机 组 偏 航 转 速 ， 保 证 较 小 的 冲击； c 偏 航 制 动 器 为 液 压 制 动 器 ， 静 止 时 偏 航 制 动 器 将 机 舱 牢 固 锁 定 ； 偏 航 时 ， 偏 航 制 动 器 仍 然 保 持 一定的余压，使偏航运动更加平稳，避免可能发生的振动现象； d 位 于 偏 航 电 机 驱 动 轴 上 的 电 磁 刹 车 具 有 失 效 保 护 功 能 ， 在 出 现 外 部 故 障 （如 断 电 、 液 压 系 统 失 压）时，电磁制动系统仍能使机组的偏航系统处于可靠的锁定状态； e 偏航减速箱的齿轮采用渗碳淬火、磨削加工的硬齿面技术，避免长期磨损，可以延长寿命； f 偏航齿也采用硬齿面技术，其中外齿圈齿面采用特殊工艺，提高齿面硬度值至 H RC50 以 上 ， 避免了长期运行产生磨损； g 机 组 的 控 制 系 统 能 够 在 机 组 处 于 风 速 较 小 的 状 态 下 ， 自 行 偏 航 解 缆 ， 避 免 了 高 风 速 段 偏 航 解 缆 造成的发电量损失。 4.6 塔架技术说明 锥形钢制塔架为风力发电机组的主要支撑结构，机舱的偏航轴承通过螺栓直接连接在塔架法兰上， 使机组的上部荷载通过塔架传递到基础。 考虑生产制造和运输原因，塔架为分段设计，塔架和基础通过法兰连接。 塔 架 内 装 有 爬 梯 和 防 跌 落 保 护 装 置 ， 可 根 据 客 户 要 求 配 备 爬 升 助 力 装 置 或 升 降 电 梯 。 塔 架 内 沿 高 度 方 向 每 隔 一 段 距 离 有 供 休 息 的 平 台 ， 顶 部 平 台 装 有 进 入 机 舱 内 的 爬 梯 ， 塔 架 和 机 舱 内 部 都 装 有 照 明 灯 ， 方 便维护人员上下通行。 电 机 侧 动 力 电 缆 和 控 制 电 缆 通 过 塔 架 内 部 下 行 ， 控 制 电 缆 采 用 光 纤 、 电 缆 ， 抗 干 扰 能 力 强 。 为 防 止 偏航过程中因电缆扭转导致损坏，设有一定长度的扭缆段，并对扭缆段电缆进行了有效的防护。 金风GW150-3.0 风力发电机组可选择配备混合塔架。 4.7 基础技术说明 金风推荐采用预埋基础环形式的传统扩展基础，该基础在施工中可对基础环法兰位置调节及定位， 有效地保证施工后与塔架联接的同轴度和平面度，从而很好地控制风力机组的垂直度。 项目实际基础设计需根据实地地质详勘报告做专项设计。 13 / 30 4.8 机组运行及安全系统 金风GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 具 备 全 天 候 自 动 运 行 能 力 ， 机 组 安 全 保 护 系 统 分 三 层 结 构 自 动 保 护 、 安全链保护系统、器件本身的保护措施。 自动保护涉及机组整机及零部件的各个方面，在机组发生超常振动、过速、电网异常、出现极限风 速 等 状 况 时 保 护 机 组 对 机 组 并 网 点 采 用 变 流 器 、 主 控 系 统 两 套 相 互 独 立 、 互 为 冗 余 的 保 护 机 制 ， 对 机 组 输 出 功 率 及 电 网 电 压 、 电 流 、 频 率 进 行 监 测 保 护 ； 风 速 过 大 、 环 境 温 度 超 限 等 不 正 常 状 态 出 现 后 ， 机 组保护 停机，在环境条件满足机组运行要求后自动复位，机组重新启动恢复运行。 安 全 链 保 护 系 统 独 立 于 机 组 控 制 系 统 ， 在 机 组 出 现 触 发 风 机 运 行 安 全 的 紧 急 情 况 出 现 的 情 况 下 执 行 ， 如 发 电 机 转 速 过 速 、 变 桨 位 置 超 出 限 制 位 置 开 关 、 振 动 加 速 度 限 制 开 关 、 电 缆 扭 缆 限 制 开 关 、 急 停 开 关 等 任 何 一 个 环 节 触 发 ， 安 全 链 即 断 开 ， 风 机 立 即 紧 急 停 机 。 器 件 本 身 的 保 护 措 施 保 护 风 电 机 组 及 主 要 部 件 免 受 外 部 环 境 的 影 响 ， 如 “三 防 ”（ 防 腐 、 防 潮 、 防 霉变）、防雷击、防紫外线辐射及散热措施等。 4.9 控制系统 金风GW150-3.0 风力发电机组的控制系统由 PLC中心控制器及其功能扩展模块组成，通讯拓扑结构 如图9所示。 图 9 金风 GW150-3.0 风力发电机组控制系统通讯拓扑图 14 / 30 金风GW150-3.0 风 力 发 电 机 组 的 控 制 系 统 由 主 控 柜 、 机 舱 控 制 柜 、 轮 毂 测 控 柜 、 变 流 柜 、 三 套 变 桨 柜 、 发 电 机 开 关 柜 、 水 冷 柜 、 传 感 器 及 连 接 电 缆 等 组 成 ， 实 时 监 测 风 速 、 风 向 、 叶 轮 转 速 、 发 电 机 转 速 、 发 电 机 输 出 电 流 、 液 压 系 统 状 况 、 偏 航 系 统 状 况 、 电 网 电 压 、 电 网 频 率 ， 机 组 输 出 功 率 、 功 率 因 数 、 关 键 设 备 的 温 度 、 环 境 温 度 等 信 息 ， 控 制 系 统 根 据 传 感 器 提 供 的 信 号 ， 实 现 正 常 运 行 控 制 、 运 行 状 态 监 测 记录和安 全保护三个方面的职能。控制系统配备有多种通讯接口，满足就地和远程通讯需求。 4.10 全功率变流器 金风GW150-3.0 风力发电机组全功率变流器采用双 PWM结构，冷却方式为水冷，与永磁同步发电 机具有很好的适应性，六相可控IGBT整流、滤波缓冲电路等设计有效减少或抑制了电机侧的谐波转矩 脉动，同时降低了对电机绕组du/dt的影响。变流器控制上采用了模块化设计、分布式控制，每个功率 模块都能够独立执行控制、保护、监测等功能。 全功率变流器连接在电网与发电机之间，实现电网与发电机的频率解耦和电压解耦，有效地改善风 场电网接入点的电能质量，具备优异的低电压穿越能力。变流器电机侧通过P WM整 流 器 调 节 ， 可 以 实 现 永 磁 同 步 发 电 机 的 最 大 扭 矩 、 最 大 效 率 、 最 小 损 耗 控 制 ； 实 时 监 测 电 机 频 率 ， 通 过 震 动 扭 矩 补 偿 技 术 有 效地消除风力发电机组的低频震动；灵活的控制性能提高了机组运行的稳定性。 变流器系统结构如图10所示。 图 10 全功率变流器系统原理图 通 过 变 流 器 控 制 策 略 的 优 化 ， 金 风 GW150-3.0风 力 发 电 机 组 各 项 电 能 质 量 指 标 均 优 于 国 内 相 关 技 术 标 准 要 求 ， 电 网 适 应 性 好 ， 具 有 更 宽 范 围 的 无 功 功 率 调 节 能 力 及 对 电 网 电 压 支 撑 能 力 ； 变 流 器 先 进 的 控 制 策 略 和 特 殊 设 计 的 制 动 单 元 使 风 机 系 统 具 有 很 好 的 高 电 压 穿 越 及 低 电 压 穿 越 能 力 ； 特 殊 设 计 的 信 号 采 集 技 术 和 接 口 技 术 、 直 流 环 节 的 均 压 接 地 等 措 施 提 高 了 变 流 系 统 的 电 磁 兼 容 性 ， 有 效 减 少 了 对 控 制 信 号 的电 磁干扰。 4.11 变桨系统 变 桨 系 统 是 风 力 发 电 机 组 的 重 要 组 成 部 分 ， 系 统 原 理 图 见 图 11。 每 支 叶 片 均 配 备 独 立 的 电 动 变 桨 系 统 ， 变 桨 电 机 采 用 交 流 异 步 电 机 ， 通 过 闭 环 频 率 控 制 调 节 变 桨 速 率 。 相 比 采 用 直 流 电 机 的 变 桨 系 统 ， 在 保 证 调 速 性 能 的 前 提 下 ， 避 免 了 直 流 电 机 存 在 碳 刷 容 易 磨 损 、 维 护 工 作 量 大 、 成 本 增 加 的 缺 点 。 15 / 30 图 11 金风 GW150-3.0 风力发电机组变桨系统原理图 变桨控制柜主电路采用交流- 直流- 交 流 回 路 ， 由 逆 变 器 为 异 步 交 流 变 桨 电 机 供 电 。 每 支 叶 片 独 立 的 变 桨 控 制 柜 ， 都 配 备 一 套 由 超 级 电 容 组 成 的 备 用 电 源 ， 当 因 电 网 故 障 或 其 他 原 因 掉 电 时 ， 备 用 电 源 直 接 给 变 桨 控 制 系 统 供 电 ， 在 保 证 变 桨 控 制 柜 内 部 电 路 正 常 工 作 的 前 提 下 ， 足 以 确 保 叶 片 的 顺 桨 并 停 机 。 相 比 采用密封铅酸蓄电池作为备用电源，采用超级电容的变桨系统具有下列优点 a 充电电流大，充电时间短； b 交流变直流的整流模块同时作为充电器，无须再单独配置充放电管理电路； c 超级电容的容量随使用年限的增加减小的较少； d 寿命长； e 无须维护； f 体积小，重量轻等优点。 4.12 防雷保护 风 力 发 电 机 组 的 防 雷 保 护 重 点 在 于 遭 受 雷 击 时 迅 速 将 雷 击 电 流 引 入 大 地 ， 最 大 限 度 地 保 障 设 备 和 人 员的安全，使损失降低到最小的程度。金风GW150-3.0风力发电机组的防雷系统遵循I EC 62305标 准 所 规定的I 级保护等级要求设计，将风力发电机组的内外部分划分为多个电磁兼容性防雷保护区，机舱内 外 、 塔 身 内 外 和 主 控 室 内 外 分 为 LPZ0、L PZ1和LPZ2 三 个 区 ， 如 图 12所 示 。 针 对 不 同 防 雷 区 域 采 取 有 效 的 防 护 手 段 ， 主 要 包 括 雷 电 接 受 和 传 导 系 统 、 过 电 压 保 护 和 等 电 位 连 接 等 措 施 ， 这 些 都 充 分 考 虑 了 雷 电 的 特点而设计，实践证明这一方法简单而有效。 16 / 30 图 12 机组防雷系统图 叶片内部，雷电传导部分将雷电从接闪器导入叶片根部的金属法兰，通过轮毂传至机舱。 在 机 舱 顶 部 测 风 支 架 上 装 有 避 雷 针 ， 在 遭 受 雷 击 的 情 况 下 将 雷 电 流 通 过 接 地 电 缆 传 到 机 舱 底 座 ， 避 免雷电流沿传动系统的传导。 机舱底座为球墨铸铁件，机舱内的零部件都通过接地线与之相连。 机 舱 底 板 与 上 段 塔 架 之 间 、 塔 架 各 段 之 间 塔 架 除 本 身 螺 栓 连 接 之 外 还 增 加 了 导 体 连 接 。 偏航轴承处采用扭缆设计，将防雷电缆与塔筒防雷接地耳板相连。 机组的接地按照G L规范设计，符合IEC 62305或G B 50057-2010的 规 定 ， 基 础 部 分 采 用 接 地 圆 环 使 单台机组的接地工频电阻≤4Ω 。 多 台 机 组 的 接 地 进 行 互 连 ， 通 过 延 伸 机 组 的 接 地 网 可 进 一 步 降 低 接 地 电 阻 ， 使 雷 电 流 迅 速 流 散 入 大 地 而 不 产 生 危 险 的 过 电 压 ， 如 图 13所 示 。 图 13 基础部分接地示意图 17 / 30 4.12.1 叶片雷电接受和传导设计 作 为 风 力 发 电 机 组 中 位 置 最 高 的 部 件 ， 叶 片 是 雷 电 袭 击 的 首 要 目 标 ， 同 时 叶 片 又 是 风 力 发 电 机 组 中 最 昂 贵 的 部 件 ， 因 此 叶 片 的 防 雷 击 保 护 至 关 重 要 。 研 究 结 果 表 明 叶 片 的 完 全 绝 缘 不 能 降 低 被 雷 击 的 风 险 而 只能增加受损伤的程度，还有，在很多情况下雷击的位置在叶尖的背面。 根据IEC 61400-24-2010标 准 对 叶 片 进 行 防 雷 击 设 计 在 叶 尖 及 叶 片 中 部 安 装 有 金 属 接 闪 器 ， 用 铜 质 电缆导线将接闪器和轮毂部位的防雷引下线可靠地连接，见图14。 图 14 叶 片 防 雷 击 系 统 示 意 图 4.12.2 过压保护和等电位系统 金风GW150-3.0 风力发电机组的防雷系统中所采取的过压保护和等电位连接措施遵循IEC 62305和 国标GB 50057-2010等相关标准规定。 在不同保护区的交界处，通过防雷及电涌保护器对有源线路（包括电源线、数据线、测控线等）进 行等电位连接。 为 预 防 雷 电 效 应 ， 对 机 舱 内 的 金 属 设 备 如 金 属 结 构 件 、 金 属 装 置 、 电 气 装 置 、 通 讯 装 置 和 外 来 的 导 体在靠近地面处作了等电位连接，连接母线与接地装置。 汇 集 到 机 舱 底 座 的 雷 电 流 ， 传 送 到 塔 架 ， 由 塔 架 本 体 将 雷 电 流 传 输 到 底 部 ， 并 通 过 两 个 接 入 点 传 输 到 接地网。 4.12.3 隔离保护 对于容易受到雷电感应过电压损害的控制系统，金风GW150-3.0风力发电机组采取了更加严密的隔 离保护措施 a控 制 柜 体 采 用 薄 钢 板 制 成 ， 具 有 良 好 的 屏 蔽 作 用 ； b控制电源采用隔离变压器； c各传感器和计算机输入端口采用光隔或压敏电阻进行隔离抗干扰保护。 d电缆在敷设时采取了良好的屏蔽处理。 4.13 监控系统 金风科技拥有功能完善的风力发电机组中央监控系统及远程
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