風電機組試驗臺的設計與改造

陳亮

摘 要：風電產品質量是關乎風機企業生存發展的重要因素，為了避免質量問題導致二次吊裝，必須對風電機組進行工廠測試和功率試驗。因此，搭建一個功能完善、操作便捷、安全可靠的風機試驗臺已成為工廠建設的首要任務。該文根據2.0 MW風機試驗臺的兩次項目實施方案和經驗，對試驗臺的結構進行簡要介紹，并論述了改進方案和改進效果。

關鍵詞：風力發電 試驗臺 技術改造

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我國風電產業發展迅猛，截至2009年底我國累計風電裝機容量居世界第二位，新增風電裝機已躍居世界之首[1]。由于大型風電機組制造與吊裝成本非常高，加之行業競爭日趨激烈，廠商紛紛想方設法保證風機質量，避免質量問題導致二次吊裝帶來巨大損失。因此，搭建一個適合風電機組運行測試的的風機試驗臺成為工廠建設的首要任務。

2 風電試驗臺實施方案

原風電試驗臺總占地面積1000 m2，由基礎、臺架、拖動電機、陪試齒輪箱、電氣控制系統、數據采集系統、監控系統幾部分組成。

（1）基礎

2.0 MW風力發電機組機艙總重76 t，額定轉速1800 rpm，額定扭矩11400 Nm，為保證拖動電機、臺架以及齒輪箱等部件的穩定性，減少震動，本試驗臺建立了以鋼筋混水泥地基和T型槽鋼地軌組成的地面基礎。

（2）臺架

試驗臺傳動部件間均為彈性連接，并且采用方向性要求較低的萬向節聯軸器，齒輪箱與發電機支架采用橡膠墊減震器減小振動傳遞，使得整個試驗臺架對振動要求較低，只需避免臺架的固有頻率fn與轉子轉動頻率fe相耦合即可。

假設試驗臺基礎為無限大，則電動機臺位的固有頻率：

ωn-轉子額定轉速；∑k-系統剛度；∑m-電機與支架總質量 （1）

經試驗測量，電機轉速為900～1000 rpm時振動最大，即共振頻率fn=15 Hz，其他工況下電動機的臺架振動小于2 mm/s2，風電整機振動小于1 mm/s2。

（3）電氣控制系統

試驗臺采用了西門子交流驅動Master Driver系列變頻器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M組成的變頻調速系統和自動化控制系統。具有調節精度高、控制穩定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特點。

（4）數據采集與監控系統

傳感器與采集系統是試驗臺必不可少的一部分，所有的產品特性和參數都是通過傳感器來檢測，并且通過采集系統以數據的形式反映出來。本兆瓦級風機試驗臺可實現以下測試功能[2-7]：

1）風機全風況運行測試（啟動、升速、并網、發電、脫網等）

2）部分功率、全功率、過載和故障狀態測試；

3）產品運轉性能測試，包括振動、噪聲和溫升情況；

4）并網諧波含量分析和電能質量分析；

5）風機效率測試；

6）風機保護系統功能測試；

3 試驗臺改進方案

新試車臺經過重新設計，總結使用過程中的各類問題，提出了改進措施，優化產品試驗工藝，使新試驗臺更加高效率、低功耗、人性化。

（1）臺架基礎改進

針對風機試驗臺整體較高帶來安裝調試不便的問題，在新設計中通過地坑將臺位整體降低1.5 m，解決了吊裝和調試過程中人員爬高的問題，操作便利，減少了安全隱患。

（2）冷卻控制系統優化

發電機熱平衡是影響試車時間的最關鍵因素，試驗過程既要保證測試完整性，也要將實驗時間盡量縮小到最短，以提高生產效率和降低能耗。本次設計改造將發電機尾翼冷卻風扇改為自動控制調節。對比以往恒功率風扇冷卻，具有如下優點：

1）高低速切換，使發電機冷卻水溫既不會太低，也不會超過極限值；

2）閉環控制，通過在試驗中調試優化，將發電機水溫維持在極限值附近，提高繞組溫升速度，在保證冷卻功率的情況下，將溫度平衡時間縮至最短。

（3）機械部件的改制

低速端聯軸器是作為連接陪試齒輪箱與整機的機械部件，其運行環境為低轉速、無振動、大扭矩運行。根據聯軸器轉矩計算公式：

Tca=KT K-工況系數；T-輸出軸名義轉矩 （2）

在試驗時，低速端輸出扭矩約為1345.5 kNm，由于試驗臺工作時扭矩變化較小，故工況系數K取Ⅱ類平穩性工況K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，據此公稱扭矩，并為減少占用空間，在新試驗臺搭建時對低速十字軸萬向節聯軸器進行了重新選型采購，尺寸縮短為3200 mm，重量8.9 T，價格降低了20%。既節省了使用空間，又降低了成本。

4 結語

新試驗臺經過重新設計改造，分別從機械和電氣控制方面做出了優化設計，使新試驗臺在發揮原有試驗功能的前提下，安裝更加簡便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。實現了節能降耗、提高效率的目的。

參考文獻

[1] 李俊峰，施鵬飛，高虎，等.中國風電發展報告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，風力發電機組控制器試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，電能質量電力系統頻率偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，電能質量三項電壓不平衡[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] GB12326-2008，電能質量電壓波動和閃變[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，電能質量公用電網諧波[S].北京：中國標準出版社，1993.

[7] GB12325-2008，電能質量供電電壓允許偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.endprint

摘 要：風電產品質量是關乎風機企業生存發展的重要因素，為了避免質量問題導致二次吊裝，必須對風電機組進行工廠測試和功率試驗。因此，搭建一個功能完善、操作便捷、安全可靠的風機試驗臺已成為工廠建設的首要任務。該文根據2.0 MW風機試驗臺的兩次項目實施方案和經驗，對試驗臺的結構進行簡要介紹，并論述了改進方案和改進效果。

關鍵詞：風力發電 試驗臺 技術改造

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我國風電產業發展迅猛，截至2009年底我國累計風電裝機容量居世界第二位，新增風電裝機已躍居世界之首[1]。由于大型風電機組制造與吊裝成本非常高，加之行業競爭日趨激烈，廠商紛紛想方設法保證風機質量，避免質量問題導致二次吊裝帶來巨大損失。因此，搭建一個適合風電機組運行測試的的風機試驗臺成為工廠建設的首要任務。

2 風電試驗臺實施方案

原風電試驗臺總占地面積1000 m2，由基礎、臺架、拖動電機、陪試齒輪箱、電氣控制系統、數據采集系統、監控系統幾部分組成。

（1）基礎

2.0 MW風力發電機組機艙總重76 t，額定轉速1800 rpm，額定扭矩11400 Nm，為保證拖動電機、臺架以及齒輪箱等部件的穩定性，減少震動，本試驗臺建立了以鋼筋混水泥地基和T型槽鋼地軌組成的地面基礎。

（2）臺架

試驗臺傳動部件間均為彈性連接，并且采用方向性要求較低的萬向節聯軸器，齒輪箱與發電機支架采用橡膠墊減震器減小振動傳遞，使得整個試驗臺架對振動要求較低，只需避免臺架的固有頻率fn與轉子轉動頻率fe相耦合即可。

假設試驗臺基礎為無限大，則電動機臺位的固有頻率：

ωn-轉子額定轉速；∑k-系統剛度；∑m-電機與支架總質量 （1）

經試驗測量，電機轉速為900～1000 rpm時振動最大，即共振頻率fn=15 Hz，其他工況下電動機的臺架振動小于2 mm/s2，風電整機振動小于1 mm/s2。

（3）電氣控制系統

試驗臺采用了西門子交流驅動Master Driver系列變頻器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M組成的變頻調速系統和自動化控制系統。具有調節精度高、控制穩定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特點。

（4）數據采集與監控系統

傳感器與采集系統是試驗臺必不可少的一部分，所有的產品特性和參數都是通過傳感器來檢測，并且通過采集系統以數據的形式反映出來。本兆瓦級風機試驗臺可實現以下測試功能[2-7]：

1）風機全風況運行測試（啟動、升速、并網、發電、脫網等）

2）部分功率、全功率、過載和故障狀態測試；

3）產品運轉性能測試，包括振動、噪聲和溫升情況；

4）并網諧波含量分析和電能質量分析；

5）風機效率測試；

6）風機保護系統功能測試；

3 試驗臺改進方案

新試車臺經過重新設計，總結使用過程中的各類問題，提出了改進措施，優化產品試驗工藝，使新試驗臺更加高效率、低功耗、人性化。

（1）臺架基礎改進

針對風機試驗臺整體較高帶來安裝調試不便的問題，在新設計中通過地坑將臺位整體降低1.5 m，解決了吊裝和調試過程中人員爬高的問題，操作便利，減少了安全隱患。

（2）冷卻控制系統優化

發電機熱平衡是影響試車時間的最關鍵因素，試驗過程既要保證測試完整性，也要將實驗時間盡量縮小到最短，以提高生產效率和降低能耗。本次設計改造將發電機尾翼冷卻風扇改為自動控制調節。對比以往恒功率風扇冷卻，具有如下優點：

1）高低速切換，使發電機冷卻水溫既不會太低，也不會超過極限值；

2）閉環控制，通過在試驗中調試優化，將發電機水溫維持在極限值附近，提高繞組溫升速度，在保證冷卻功率的情況下，將溫度平衡時間縮至最短。

（3）機械部件的改制

低速端聯軸器是作為連接陪試齒輪箱與整機的機械部件，其運行環境為低轉速、無振動、大扭矩運行。根據聯軸器轉矩計算公式：

Tca=KT K-工況系數；T-輸出軸名義轉矩 （2）

在試驗時，低速端輸出扭矩約為1345.5 kNm，由于試驗臺工作時扭矩變化較小，故工況系數K取Ⅱ類平穩性工況K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，據此公稱扭矩，并為減少占用空間，在新試驗臺搭建時對低速十字軸萬向節聯軸器進行了重新選型采購，尺寸縮短為3200 mm，重量8.9 T，價格降低了20%。既節省了使用空間，又降低了成本。

4 結語

新試驗臺經過重新設計改造，分別從機械和電氣控制方面做出了優化設計，使新試驗臺在發揮原有試驗功能的前提下，安裝更加簡便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。實現了節能降耗、提高效率的目的。

參考文獻

[1] 李俊峰，施鵬飛，高虎，等.中國風電發展報告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，風力發電機組控制器試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，電能質量電力系統頻率偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，電能質量三項電壓不平衡[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] GB12326-2008，電能質量電壓波動和閃變[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，電能質量公用電網諧波[S].北京：中國標準出版社，1993.

[7] GB12325-2008，電能質量供電電壓允許偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.endprint

摘 要：風電產品質量是關乎風機企業生存發展的重要因素，為了避免質量問題導致二次吊裝，必須對風電機組進行工廠測試和功率試驗。因此，搭建一個功能完善、操作便捷、安全可靠的風機試驗臺已成為工廠建設的首要任務。該文根據2.0 MW風機試驗臺的兩次項目實施方案和經驗，對試驗臺的結構進行簡要介紹，并論述了改進方案和改進效果。

關鍵詞：風力發電 試驗臺 技術改造

中圖分類號：TM614 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我國風電產業發展迅猛，截至2009年底我國累計風電裝機容量居世界第二位，新增風電裝機已躍居世界之首[1]。由于大型風電機組制造與吊裝成本非常高，加之行業競爭日趨激烈，廠商紛紛想方設法保證風機質量，避免質量問題導致二次吊裝帶來巨大損失。因此，搭建一個適合風電機組運行測試的的風機試驗臺成為工廠建設的首要任務。

2 風電試驗臺實施方案

原風電試驗臺總占地面積1000 m2，由基礎、臺架、拖動電機、陪試齒輪箱、電氣控制系統、數據采集系統、監控系統幾部分組成。

（1）基礎

2.0 MW風力發電機組機艙總重76 t，額定轉速1800 rpm，額定扭矩11400 Nm，為保證拖動電機、臺架以及齒輪箱等部件的穩定性，減少震動，本試驗臺建立了以鋼筋混水泥地基和T型槽鋼地軌組成的地面基礎。

（2）臺架

試驗臺傳動部件間均為彈性連接，并且采用方向性要求較低的萬向節聯軸器，齒輪箱與發電機支架采用橡膠墊減震器減小振動傳遞，使得整個試驗臺架對振動要求較低，只需避免臺架的固有頻率fn與轉子轉動頻率fe相耦合即可。

假設試驗臺基礎為無限大，則電動機臺位的固有頻率：

ωn-轉子額定轉速；∑k-系統剛度；∑m-電機與支架總質量 （1）

經試驗測量，電機轉速為900～1000 rpm時振動最大，即共振頻率fn=15 Hz，其他工況下電動機的臺架振動小于2 mm/s2，風電整機振動小于1 mm/s2。

（3）電氣控制系統

試驗臺采用了西門子交流驅動Master Driver系列變頻器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M組成的變頻調速系統和自動化控制系統。具有調節精度高、控制穩定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特點。

（4）數據采集與監控系統

傳感器與采集系統是試驗臺必不可少的一部分，所有的產品特性和參數都是通過傳感器來檢測，并且通過采集系統以數據的形式反映出來。本兆瓦級風機試驗臺可實現以下測試功能[2-7]：

1）風機全風況運行測試（啟動、升速、并網、發電、脫網等）

2）部分功率、全功率、過載和故障狀態測試；

3）產品運轉性能測試，包括振動、噪聲和溫升情況；

4）并網諧波含量分析和電能質量分析；

5）風機效率測試；

6）風機保護系統功能測試；

3 試驗臺改進方案

新試車臺經過重新設計，總結使用過程中的各類問題，提出了改進措施，優化產品試驗工藝，使新試驗臺更加高效率、低功耗、人性化。

（1）臺架基礎改進

針對風機試驗臺整體較高帶來安裝調試不便的問題，在新設計中通過地坑將臺位整體降低1.5 m，解決了吊裝和調試過程中人員爬高的問題，操作便利，減少了安全隱患。

（2）冷卻控制系統優化

發電機熱平衡是影響試車時間的最關鍵因素，試驗過程既要保證測試完整性，也要將實驗時間盡量縮小到最短，以提高生產效率和降低能耗。本次設計改造將發電機尾翼冷卻風扇改為自動控制調節。對比以往恒功率風扇冷卻，具有如下優點：

1）高低速切換，使發電機冷卻水溫既不會太低，也不會超過極限值；

2）閉環控制，通過在試驗中調試優化，將發電機水溫維持在極限值附近，提高繞組溫升速度，在保證冷卻功率的情況下，將溫度平衡時間縮至最短。

（3）機械部件的改制

低速端聯軸器是作為連接陪試齒輪箱與整機的機械部件，其運行環境為低轉速、無振動、大扭矩運行。根據聯軸器轉矩計算公式：

Tca=KT K-工況系數；T-輸出軸名義轉矩 （2）

在試驗時，低速端輸出扭矩約為1345.5 kNm，由于試驗臺工作時扭矩變化較小，故工況系數K取Ⅱ類平穩性工況K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，據此公稱扭矩，并為減少占用空間，在新試驗臺搭建時對低速十字軸萬向節聯軸器進行了重新選型采購，尺寸縮短為3200 mm，重量8.9 T，價格降低了20%。既節省了使用空間，又降低了成本。

4 結語

新試驗臺經過重新設計改造，分別從機械和電氣控制方面做出了優化設計，使新試驗臺在發揮原有試驗功能的前提下，安裝更加簡便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。實現了節能降耗、提高效率的目的。

參考文獻

[1] 李俊峰，施鵬飛，高虎，等.中國風電發展報告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，風力發電機組控制器試驗方法[S].北京：中國標準出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，電能質量電力系統頻率偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，電能質量三項電壓不平衡[S].北京：中國標準出版社，2008.

[5] GB12326-2008，電能質量電壓波動和閃變[S].北京：中國標準出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，電能質量公用電網諧波[S].北京：中國標準出版社，1993.

[7] GB12325-2008，電能質量供電電壓允許偏差[S].北京：中國標準出版社，2008.endprint