风力发电机说明书FT000107-IT R1

G52/G58_850KW风力发电机说明书

编号：FT000107-IT.R01

1． G52/G58_850KW风力发电机说明

Gamesa制造的G52/G58 – 850 kW风力发电机是有三个叶片的上风安装转子发电机，该发电机由一变桨距调整系统和一主动偏转系统控制。

G52/G58 – 850 Kw是具有动力相等、电气和机械特性相同的两台风力发电机，两台风力发电机之间的区别在于G52特别适合于具有较大风能潜力（年均风速在大约8.5到

10m/sec.）的地方，风力等级为Ia和IIa。然而，在其它地方风速可能要小一些（年均风速为

6.5m/sec.），在这样的地方，具有更大直径的G58可以获取更多的能量，但它只限于风能潜力较小（IIIb级）的地方。

G52/G58 – 850 kW风力发电机有直径分别为52m和58m的转子，并且使用能够使风力发电机适应可变转子速度工作的控制系统。

转子包括三个带可沿整个扇面变化桨距的叶片、桨距变化支承和延展性铸铁轮毂。叶片的长度为25.3m（G52）28.3m（G58），叶片是用预浸料坯技术由玻璃纤维制成。每块叶片包括粘到支持梁上的两片壳体。特殊钢衬垫连接叶片到相应的支承。叶片支承包括4点接触球支承，支承用螺栓连接到叶片轮毂。通过机舱内的液压系统控制叶片的啮合角变化，允许从-5°转到90°。该系统还给机械制动系统提供压力。

发电机的变桨距调整系统由Optitip系统控制，部分控制。该系统可以根据动力生产和噪声发生，在任何时候对叶片工作角提供非常精细的调节。

在风速高时，无论空气温度和湿度如何，Ingecon系统和变桨距系统都可维持动力为常值。在风速低时，通过选择转速（rpm）和桨距的优化组合，Optitip系统和Ingecon控制优化能量生产。

主轴通过齿轮箱传送动力到发电机。齿轮箱包括4种组合状态：一阶段的行星齿轮和三个平行轴。动力通过卡登联轴器从齿轮箱传到发电机。

发电机是双反馈绕线式发电机，它有使用滑环的缠绕转子。发电机有2对电极，因此同步转速是1500rpm，但是，在转子电流的控制下，发电机可以工作在可变的转速下，转速的变化范围为从900rpm到1950rpm。

风力发电机的主制动器是空气动力制动器。冗余的机械制动器是盘式制动器，它是通过液压进行操作并且安装在齿轮箱的高速输出轴上。

风力发电机的所有功能由控制器起动并管理，控制器是基于PLC的。风力发电机的控制系统安装在机舱内。

偏转系统包括两个齿轮马达，马达由风力发电机的控制器根据安装在机舱顶部的风向标发来的信息进行操作。偏转系统的马达转动旋转系统的齿轮，旋转系统与安装在塔的顶部的偏转齿轮的轮齿相啮合，因而，机舱在磨擦力的作用下开始转动。

机舱外壳由聚合物玻璃纤维制成，它可保护机舱内部的各组件免受雨、雪、灰尘、太阳辐射等的破坏。从塔内通过中心开口可以到达机舱。

机舱内部包含有一台125Kg的维护吊车。

对于G52和G58两种型号，风力发电机塔都提供有三种不同的高度（44m、55m和65m），且它的外形为向上逐渐变细的金属管状，且分成两到三段。塔用特殊的防腐蚀保护漆漆过。

2． 风力发电机的组成

G52/G58风力发电机侧视图

1 基本框架 2 主轴 3 轮毂 4 叶片 5 叶片支承 6 齿轮箱 7 齿轮连接棒 8 盘式制动器 9 发电机 10 万向联轴器 11 液压单元 12 偏转马达 13 偏转齿轮 14 扭矩传感器 15 顶部控制器

G52/G58风力发电机顶视图

3． 气候条件

G52被设计用在年均风速达到10m/sec且有高湍流（10分钟典型风力偏转，平均18%，达到15m/sec），平均等级为IA的地点。

G58被设计用在年均风速达到6.5m/sec且有高湍流（10分钟典型风力偏转，平均16%，达到15m/sec），平均等级为IIIA的地点。

环境温度在-20°C到40°C之间。

风力发电机在风场中安装时，各风力发电机之间在主风向上的距离至少应该在5倍转子直径（260m）以上。

相对湿度可达100%。防腐相当于ISO 12944-2的C5-M类腐蚀（外部）和C2到C3（内部）。

4． 电网条件

风力发电机必须连接的电网的条件是690 V, 50 Hz。运行时的电流波动范围必须在额定值的+10到-10%以内。频率的变化范围是+2到-3Hz。

电网在所述的范围内必须足够稳定，如果频繁的电压或者频率变化超过工作限度，那么可能导致机器机械部件的损坏。在风力发电机的整个寿命周期内，平均每个星期只能出现一次电力系统断电。

对于独立的小电网，有必要查验电网的实际状态。

风力发电机的控制系统使功率保持在850KW，即便风速超过了额定风速（对于G52额定风速为大约15m/sec，对于G58额定风速为大约13m/sec）。

由于电网的网络同步程序，在所有工作条件下，从控制面板的输出可以得到单一的690V的功率因数为一且从输出到电网的连接顺畅。

必须有一个最大阻值为10Ω的对地连接。而且，建议将风力发电机连接到TN网络。接地系统必须适应地形条件。接地中性阻抗必须符合当地有关管理部门的要求。

5． 发电系统说明

G52/G58_850KW风力发电机是一有三个变桨距叶片的,且转速可变的风力发电机。 由于发电机和变换器的组合形成一种被称为“双输入机器”的组件，发电系统可以工作在可变的转速。

在感应式发电机中，定子是唯一连接到电网的电路。转子电路被限制在风力发电机的旋转部分之中，被短接，与外部没有连接。双绝缘机器通过控制转子电流的大小和频率，来建立起机械扭矩和旋转速度的理想值。为了可以接触到转子系统，电力系统把感应式发电机和缠绕转子组合起来，转子可经由滑环通电，滑环连接到控制转子电流的频率变换器。

发电系统确保风力发电机的速度和机械扭矩能够一直供应稳定的电功率到电网。

由于加在发电机的工作方法（有对转子电流的大小和频率的调节）的原因，对于电网来说它被看作感应式发电机。对转子电流进行控制的结果是，有可能通过定子进而通过功率因数控制电压和电流的相差，功率因数可通过控制系统作为一个可定义参数强加给系统。因此，没有必要用到无功功率补偿设备，在电网上的功率损耗就会下降。

感应式发电的另一结果是，这种发电系统能够平滑地连接到电网中，这也是这种发电方式的一大特点。这种平滑的连接是通过一种“电网同步”程序得到的，由此，定子上产生的电压与电网中的电压大小相等、相位相同，因此，它以零连接电流和简单的接触器连接到电网，而不需要另外的设备。

G52/G58_850KW风力发电机的发电系统还有另外的优势。机械扭矩控制的结果是，可以减轻传动系统上的载荷，因而可以将突然的暴风所产生的多余能量贮存为转子的转动能量。同样，转子噪声水平相比风速比较低时由于转速低所产生的噪声也相应的可以降低，风速低时，由风力发电机引起的噪声相对于风引起的噪声，将会非常清楚。

5．1 发电机

如前所述，发电机是带有缠绕转子和滑环的感应式发电机，转子和滑环连接到频率变换器，频率变换器控制转子的电流。

发电机可以有星形或者三角形定子连接，这就允许它在轻载时（风速低时的一种频率状态）得到较大范围的速度变动和较少的发电机损耗。稳定的旋转速度是从900rpm到1620rpm，尽管它可动态地达到1950rpm。

发电机有短路和过载保护。定子和支承等处的温度通过PT100被连续地监控。

通过连接在轴上位于联接一侧的轴向风扇对发电机提供通风，风扇通过发电机的后部从机舱吸入空气又将其排到壳体的外面。滑环隔间也起到了风扇的作用。

更详细的信息包含在本手册有关发电机的特定章节。

5．2 频率变换器

频率变换器包括两个4象限IGBT电抗器，一个基于DC电容器的连续阶，电气保护和与

连接和发电功能有关的控制。

一个变换器负责通过滑环（转子终端盒）注入电流到发电机的转子，另一个变换器负责注入从转子到电网传输的能量，基于借助电容器电池以直流电的形式进行能量储备。

变换器实现IGBT设备的控制，并处理电气测量和保护。这一控制是通过用于信号处理（DSP）的两块微处理器实现的，因而两微处理器在每一变换器桥上并行工作。

保护电气设备还包括：

（1） 连接到电网的星形、三角形和通用连接接触器。

（2） 发电机定子电路的必要保护。

（3） 变换电源的保护。

（4） 输入到480V转换器的自动变压器。

（5） 在发电机中对谐波电流进行滤波的电抗器。

（6） 对谐波电流进行滤波的电抗器保证与电网电磁兼容的滤波器。

（7） IGBT的电子保护（硒堆）。

6． 控制系统说明

风力发电机控制器位于机舱内部的一个电盒内。

处理器和它的输入/输出卡从不同的风力发电机功能中获取信号，然后计算最佳控制动作并给出指令给动作器（马达、电动阀、继电器等）以保证安全运行并决定获取本地点可用能量的最佳方法。

6．1 控制功能

（1） 机舱相对于主风向的偏转控制。监测并纠正塔的电缆的缠绕状态。

（2） 液压：管理提供机械能量给变桨起动器和紧急制动器的液压马达。

（3） 监测环境传感器：风、温度。

（4） 监测机械部件和齿轮箱的液压马达的旋转状态并监测塔的振动状态。

（5） 监测发电机和变换器功能。与电网连接或断开。

（6） 设定点无功功率的产生。

（7） 调节速度和要产生的有功功率。

（8） 定位且监测叶片的倾斜。

（9） 产生且管理报警和运行状态。

（10） 与远程控制交换数据。

（11） 能量的产生，时间和可用性米数。

（12） 与风力发电机底座的本地操作控制面板交换数据，用于机舱内的维修。

（13） 管理和维护机器的参数。

6．2 控制和操作面板

可以查看风力发电机的运行数据，也可以从地面控制器起动或者停止机器。也可以将一个便携式显示屏连接到“顶部”以执行这些任务。

图3 控制面板的不同模式

6．3 运行条件

风力发电机的旋转速度和叶片的啮合角根据到达机器的风速一直在变。控制系统负责选择这些变量的合适的值。根据风速的不同，可以分为四种状态：

（1） 低风速，发电机与电网断开并准备连接到电网。

（2） 中风速，发电机连接到电网但没有产生额定功率。

（3） 高风速，发电机产生额定的功率。

（4） 非常高的风速，发电机断开，风力发电机停转。

低风速

当风速低于机器的起动风速但与起动风速接近时，控制系统定位叶片到接近45°的啮合角，这将提供足够高的起动扭矩。在风速非常低时，机器不对自己进行定位以节约能量。

当风速增加时，机器对自己进行定位，转子速度增加，倾斜角减小直到达到合适的条件以使发电机连接到电网。

中风速

风速高于起动风速但低于额定风速时，Ingecom-W控制系统选择旋转速度和倾斜角，为每一风速提供最大电功率。

高风速

当风速高于额定风速，包含在风中的能量足够产生额定的功率，倾斜角增加以调节功率到额定值。

非常高的风速

如果风速高于停止风速，发电机断开，控制系统展平叶片（接近83°）直到风速下降到低于重起动风速，这时机器又开始产生功率。

6．4 风力发电机的远程操作和远程控制

控制模块与位于风场或客户中心站的办公室内的远程控制系统通信。有可能看到风力发电机的详细数据（当前运行值、产量、利用率、报警…），也可通过远程控制操作机器。

操作机器包括要求停止或起动，这包括应答可能发生的某些低优先级报警。在任何情况下，所有报警将报告给远程控制，但是有必要在风力发电机的本地操作面板应答重要报警以检查机器并诊断故障。

远程控制可以收集产量统计并管理报警和事件记录。

如果机器可以被远程起动，在检查和维修时，有必要能够通过访问服务菜单终止远程操作。

更改记录

版本 日期 编写 备注

原始版本

包括G52/G58的参考引用

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/2nd4.html