用于风电机组塔架地基基础设计的WTF软件
摘要：本文介绍了风电机组塔架地基基础设计软件（简称WTF软件）。该软件由圆形扩展基础设计、圆形承台桩基础设计、八边形扩展基础设计、八边形承台桩基础设计、方形扩展基础设计和方形承台桩基础设计六部分构成，是《风电机组地基基础设计规定（试行）》（FD003-2007）的配套软件。通过输入地质资料和风机荷载等参数，软件可生成基础设计报告和配筋图，是一套专门为风电场风电机组地基基础设计而研制开发的软件。
关键词：风电机组；基础设计；荷载；设计报告
Software for Wind Turbine Tower Foundation Design
Chen Yongan1 Chen Guanfu2 Wang Jun1
(1.Beijing Millennium Engineering Software Co. Ltd. , Beijing 100085;1. HYDROCHINA INTERNATIONAL ENGINEERING CO.,LTD., Beijing 100101)
Abstract: Abstract: Wind Turbine Tower Foundation Design Software for Wind Farmn(WTF) is introduced in this paper. This software consists of circular spread foundation design、circular pile foundation design、octagonal spread foundation design、octagonal pile foudation design、square spread foundation design and pile foundation design, which is matching with 《design regulations on subgrads and foundation for wind turbine generator system》（FD003-2007）.WTF can make reports and chart by providing subgrade data and wind turbine loads,and it is special software for wind turbine tower foundation design.
Key words: wind turbine generator system; foundation design; Load, WTF reports
1引言
风能作为清洁的可再生能源，其开发在国内外受到广泛青睐。我国风资源十分丰富，理论蕴藏量超过10亿千万瓦，风能开发潜力巨大，市场前景十分广阔。根据国家发展和改革委员会关于开展全国大型风电场建设前期工作的要求，中国水电工程顾问集团公司负责全国大型风电场建设技术管理、监督检查和成果验收。
风电机组基础具有承受360度方向重复荷载和大偏心受力的特殊性，对地基基础的稳定性要求极高。近年来我国的风电事业蓬勃发展，一大批大中型风电场都要相继建成或开始建设，风力发电机组基础设计问题十分突出，必须引起足够的重视。
近年来，中国水电工程顾问集团公司制定了一系列风电场工程管理办法和有关技术规定，2007年由水电水利规划设计总院编制的《风电场工程等级划分及设计安全标准（试行）》FD002-2007和《风电机组地基基础设计规定（试行）》FD003-2007正式公布，为了对《设计规定》进行配套、扩充，提高设计效率、降低设计成本，促进风电机组地基基础设计标准化，
北京木联能软件技术有限公司和中国水电工程顾问集团公司还同步推出了联合开发的配套设计软件，即CFD风电工程软件-机组塔架地基基础设计软件（WTF），规范和软件的推出不仅填补了我们国家在风电机组地基基础设计中的空白，而且将国内风机基础结构设计的进程尤其是在设计标准化方面向前推进了一大步。
本文主要对圆形扩展基础和圆形承台桩基础两个计算模块进行说明。
2系统总体结构及流程
2.1系统总体结构
WTF软件是可运行于windows环境和vista环境下的单机版软件，开发工具是目前较流行的Delphi编写，采用access作为数据库平台。总体结构为C/S结构（图1），软件由圆形扩展基础、圆形承台桩基础、八边形扩展基础、八边形承台桩基础、方形扩展基础和方形承台桩基础6个设计模块组成，通过输入地质力学参数和风机荷载参数，用户可自行选择基础地板地面和顶面的配筋形式以及台柱配筋，最后生成计算报告和配筋图。
2.2圆形扩展基础设计总体流程
扩展基础主要有基础底板、台柱、法兰筒（或连接螺栓）等三部分组成。塔筒通过法兰筒（或连接螺栓）与台柱连接，底板将台柱承受的上部结构荷载传至地基，三者共同工作，使基础形成整体。因此，完整的设计应包括底板、台柱和连接设计。
WTF软件系统总体流程图如下：
2.3圆形承台桩基础设计总体流程
圆形承台桩基础主要有圆形承台、台柱、基桩和法兰筒（或连接螺栓）等部分组成。塔筒通过法兰筒（或连接螺栓）与台柱连接，承台将台柱承受的上部结构荷载传至基桩和土层，共同工作，使基础形成整体。因此，完整的设计应包括承台、台柱、基桩和连接设计。
WTF软件系统总体流程图如下
3圆形扩展基础设计模块主要功能
3.1尺寸参数及荷载
尺寸拟定原则：
作用在基础上的荷载主要有风机上部结构传至塔筒底部的荷载水平力Fx和Fy（合成为Fr），水平弯矩Mx和My（合成为Mr）,竖向力Fz、竖向弯矩Mz，以及基础自重G1、回填土重G2、多遇地震作用Fe1和罕遇地震作用Fe2等。
荷载效应组合考虑了标准组合（含修正标准值）、基本组合和偶然组合。荷载工况有极端荷载工况、正常运行荷载工况、多遇地震工况、罕遇地震工况和疲劳强度验算工况。设计内容、荷载效应组合、荷载工况和考虑的主要荷载见表3.1-3。采用基本组合时，主要荷载的分项系数见3.1-4。
3.2扩展基础的设计步骤
1）基础方案的比较与选择
从不同角度考虑基础方案的适应性：
（1）满足地基承载力要求；
（2）满足风机基础变形要求；
（3）满足风机基础使用要求。
2）基础埋置深度的确定
综合考虑以下条件：
（1）风机基础的功能和使用要求；
（2）基础的类型和构造；
（3）工程地质和水文地质条件；
（4）防止地基土冻胀和融陷的不利影响；
（5）避免受到不利环境的侵蚀。
3）确定基础底板平面尺寸
根据设计经验初步拟定基础平面尺寸；对承载力复核（含下卧层）、脱开面积复核、抗滑稳定和抗倾覆稳定复核、沉降和倾斜验算，进行底板尺寸合理性初判；初判合格后，进行基础抗弯配筋、抗冲切和抗剪计算，确定基础底板尺寸，最终确定基础底板尺寸。
4）地基承载力复核
上部结构传至塔筒底部的荷载采用修正标准值，其余荷载采用标准值。地基承载力采用特征值，可根据基础底面的实际受压宽度和埋深进行深度修正。
根据《高耸结构设计规范》GB50135-2006，在极端工况下，圆形底面积脱开面积小于1/4，可表示为e/R≤0.43。
地震工况下的地基承载力需乘以抗震调整系数，有关要求见《建筑抗震设计规范》GB50011-2001第4.2节。在多遇地震作用下基础底面不宜出现拉应力，即不允许脱开。
5）软弱下卧层承载力复核
上部结构传至塔筒底部的荷载采用修正标准值，其余荷载采用标准值。软弱下卧层地基承载力采用其埋深进行深度修正。
需注意的是，计算下卧层顶面自重应力的埋深与计算该处附加应力的埋深是不同的，前者至地面，后者至基础底面。
地震工况下的地基承载力需乘以抗震调整系数。
6）变形计算
所有荷载采用标准值。
规范中沉降计算公式为轴心荷载作用下的中心点沉降计算，对于大偏心，本规定采用实际受压面积代替基底全面积，但仍不能较好地反映大偏心受力下的沉降规律。
对于倾斜计算方法，规范无明确规定，采用受弯方向的角点沉降差除以边长。
另外，沉降计算时，应考虑地基变形的非线性，压缩模量应取土自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算。
对于梯形分布的基底反力，将其分解为均布＋三角形分布。基底脱开的三角形基底反力分布，将其分解为三角形分布－均布。
对于风电基础，倾斜控制应比平均沉降量控制要严。。
7）抗倾覆稳定复核
上部结构传至塔筒底部的荷载采用修正标准值。
8）抗滑稳定性复核
上部结构传至塔筒底部的荷载采用修正标准值。
3.3基础底板设计
1）底板配筋计算和裂缝宽度计算
只进行极端荷载工况下的底板配筋计算。分别进行极端荷载工况和正常运行荷载工况下的裂缝宽度验算，并需符合不同的要求，但有人建议只进行正常运行荷载工况下的裂缝宽度验算，因为正常运行荷载工况为正常使用极限状态，极端荷载工况为承载能力极限状态。
配筋计算时所有荷载采用设计值，即标准值×分项系数。裂缝宽度计算所有荷载采用标准值。沿悬挑长度可以选择不同位置的截面进行受弯配筋计算，本程序只给出了悬挑根部截面的底板配筋计算和裂缝宽度计算。
底板受压侧底面的计算弯矩等于基底反力引起的弯矩减去自重引起的弯矩，这时自重为有利荷载，荷载分项系数为1.0。底板受拉侧顶面的计算弯矩等于自重引起的弯矩减去基底反力引起的弯矩。
防止出现少筋情况，大块体混凝土采用工民建混凝土构件的最小配筋率限制，要求偏严。鉴此，单侧的纵向钢筋的最小配筋率不应小于0.20%，且每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2。
（1）径向配筋
计算底板下部半径R2 处单位弧长的径向弯矩设计值，据此计算径向配筋。
对于底面径向配筋，≥Φ，悬挑根部径向钢筋弧长方向间距必须≥50mm，悬挑外缘径向钢筋弧长方向间距必须≤300mm；对于顶面径向配筋，≥Φ8，悬挑外缘径向钢筋弧长方向间距必须≤300m m。
（2）环向配筋
计算底板下部单位宽度的环向弯矩设计值，据此计算环向配筋。
对于底板底面环向向配筋：≥Φ10，悬挑根部径向钢筋弧长方向间距必须≥100mm，悬挑外缘径向钢筋弧长方向间距必须≤250mm；对于顶板底面环向向配筋：≥Φ8，悬挑根部径向钢筋弧长方向间距必须≥100mm，悬挑外缘径向钢筋弧长方向间距必须≤250mm。
（3）台柱部位配筋
计算台柱部位两个正交方向单位宽度矩设计值，据此计算配筋。
台柱部位的双向配筋：≥Φ10，@≤200。
（4）裂缝宽度计算
风荷载是风电机组正常运行的基本荷载，风荷载经风机传至塔筒底部的荷载的遇合系数均为1.0。钢筋应变不均匀系数按不作为直接承受重复荷载的构件取值。
2）底板抗冲切计算
只进行极端荷载工况下的抗冲切计算。
所有荷载采用设计值，即标准值×分项系数。考虑了沿塔筒边缘（等效正方形）的冲切和沿台柱边缘的冲切。
有些底板型式采用不变高底板，从塔筒边缘引45度线时，引线可能出现在截面之外。这时，建议调整截面型式。
3）底板抗剪计算
根据原冶金部（82）冶基设字第143号文“颁发《带悬挑钢筋混凝土圆板试验报告》的技术鉴定书”提出的意见，通过试验证明，对圆板基础，剪切破坏并不存在。因此，在确定圆板基础厚度时，只考虑冲切控制已足够安全。
3.4疲劳强度验算
疲劳荷载上限为荷载均值加一半的带宽，疲劳荷载下限为荷载均值减一半的带宽。
4圆形承台桩基础设计模块主要功能
4.1尺寸参数及荷载
4.2桩基础设计步骤
桩基础设计的目的是使作为支撑上部结构的地基和基础结构必须具有足够的承载能力，使其变形不超过上部结构安全和正常使用所允许的范围；作为传递荷载的结构，桩和承台还必须具有足够的刚度、刚度和耐久性。
桩基础设计时，承载力极限状态验算包括基桩竖向抗压或抗拔承载力计算和水平承载力计算，承载力群桩效应计算，桩身强度和承台的承载力验算，桩端平面以下的软卧下卧层承载力验算，整体稳定性验算，抗震承载力验算等。正常使用极限状态的颜色包括沉降、水平变位、裂缝宽度验算等。
1）设计方法
桩基础设计可参照的规范较多，如《建筑桩基技术规范》JGJ94-1991，《建筑地基基础设计规范》GB5007－2002，《上海地基基础设计规范》DGJ08-11-1999等，由于根据可靠度套改的不同和设计方法上的差异，相互之间有些差异。本软件的基桩和承台计算均采用《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。
2）桩型选择和持力层选择
应考虑上部结构的要求、地质条件、环境要求、施工条件及质量控制以及工程造价等因素，合理地选择桩材料、成桩、沉桩工艺、桩的长度（结合持力层选择）、桩的截面尺寸等。桩的主要类型有预制钢筋混凝土桩、钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩和钢管桩等。
3）桩的布置
桩的布置包括桩的中心距、桩的合理排列以及桩端进入持力层的深度等内容。
为了避免基桩施工可能引起土的松弛效应和挤土效应对相邻基桩的不利影响，以及群桩效应对桩基承载力的不利影响，布桩时应根据土类、成桩工艺和桩端排列等确定桩的最小中心距。
布桩时，为了使群桩合力点与长期荷载中心重合，并使桩基受水平力和力矩较大方向有较大的截面系数，同一结构单元宜尽量避免采用不同类型的基桩。
一般应选择较硬土层作为桩端持力层，桩顶全截面进行持力层的深度应按不同土层采用不同的深度规定
4.3基桩布置拟定与复核
在进行基桩内力和变形计算之前，根据上部结构和使用功能的要求可以拟定承台底面的埋深，在选定了桩端持力层以后，桩的有效长度便可以拟定，在根据桩基础受力特点以及地质条件等，拟定桩的中心距和合理排列。根据计算基桩内力和变形计算，以及基桩承载力，复核基桩的初步布置。
1）桩内力和变形计算
根据初拟桩的布置，按《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的附录C《考虑承台、基桩协同工作和土的弹性抗力作用计算受水平荷载的基桩》进行。
在附录B的基础上，还作了如下调整：
（1）不计承台侧面地基土水平抗力。
（2）不计承台底土的竖向抗力和水平摩阻力。
（3）计算地基土水平抗力系数的比例系数m时，基桩主要影响深度范围的土层可为1、2、3、4层。
（4）计算桩顶荷载效应时采用上部结构传至基础的荷载采用修正标准值。
计算内容包括承台变位（竖向位移、水平位移、转角），任意基桩顶内力（竖向力、水平力、弯矩）、基桩桩身内力分布和桩身最大水平、最大弯矩等。
2）单桩承载力和桩基变形计算
由土层的地质资料和力学参数，按《设计规定》第9.3.5条和第9.3.8条计算单桩竖向承载力，根据《建筑桩基技术规范》JGJ94－2008，单桩竖向承载力不考虑群桩效应。
3）桩布置复核
根据计算的单桩承载力，当计算的桩顶竖向压力、拔力、水平力均满足《设计规定》要求，且沉降和倾斜也《设计规定》要求时，拟定的桩布置是合理的，可进行桩身强度和承台承载力计算。
4.4承台底板设计
1）底板配筋计算和裂缝宽度计算
只进行极端荷载工况下的底板配筋计算。分别进行极端荷载工况和正常运行荷载工况下的裂缝宽度验算，并需符合不同的要求，但有人建议只进行正常运行荷载工况下的裂缝宽度验算，因为正常运行荷载工况为正常使用极限状态，极端荷载工况为承载能力极限状态。
配筋计算时所有荷载采用设计值，即标准值×分项系数。裂缝宽度计算所有荷载采用标准值。沿悬挑长度可以选择不同位置的截面进行受弯配筋计算，本程序只给出了悬挑根部截面的底板配筋计算和裂缝宽度计算。
防止出现少筋情况，大块体混凝土采用工民建混凝土构件的最小配筋率限制，要求偏严。鉴此，单侧的纵向钢筋的最小配筋率不应小于0.20%，且每米宽度内的钢筋截面面积不得小于2500mm2；但全部纵向钢筋的最小配筋率不应小于0.60%的规定取消。
2）底板抗冲切计算
只进行极端荷载工况下的抗冲切计算。
所有荷载采用设计值，即标准值×分项系数。考虑了沿台柱边缘的冲切。
3）底板抗剪计算
只进行极端荷载工况下的底板抗剪计算。按不配置箍筋和弯起钢筋的一般板类受弯构件计算。
4）桩身强度验算
由计算得到的桩顶竖向力、沿桩长分布的弯矩和水平力，即可进行桩身强度验算。
对于钢筋混凝土预制桩，厂家将提供弯矩、竖向抗压和抗拔的抗力限值，用计算的桩顶受力进行比较即可。
4.5承台底板疲劳强度验算
疲劳荷载上限为荷载均值加一半的带宽，疲劳荷载下限为荷载均值减一半的带宽。基础底板纵向受拉钢筋应力幅、受压区边缘纤维的混凝土应力及中和轴剪应力的计算方法和限值要求见《混凝土结构设计规范》。
5结论
WTF软件目前已经在大唐吉林向阳风电场一期、甘肃酒泉千万千瓦级风电基地20个风电场可行性研究设计阶段、张北坝头风电场工程优化设计、华能文昌风电场等诸多工程中得到了
广泛的应用，并且软件在1年多的实际应用工程中得到了极大的改善，计算准确、结果经济合理、便于方案对比和出图等多方面得到了广大用户的认可。尤其在中国风电事业快速发展的今天，我们希望WTF软件能够为中国风电行业的健康发展做出更大的贡献。
参考文献：
[1] 水电水利规划设计总院，风电机组地基基础设计规定（试行），FD003-2007，北京：中国水利水电出版社，2008年1月
[2]宫靖远等.风电场工程技术手册[M].北京，机械工业出版社,2004,5:200-208.
[3]刘蔚,甘肃酒泉千万千瓦级风电基地20个风电场可行性研究设计阶段风机基础设计研究[J].西安.
收稿日期：2008-11-10
第一作者简介：陈永安（1981-），男，河北滦县人，从事水利水电及风电软件需求分析、大坝安全监测研究方面工作。
图3 圆形承台桩基础设计流程图
图2 圆形扩展基础设计流程图
图1 风机基础设计的思路
（1.北京木联能软件技术有限公司，北京100085; 2.中国水电顾问集团国际工程有限公司，北
京100101）
关键词：塔架风电地基基础
风电专业考试题库 以下试题的难易程度用“★”的来表示，其中“★”数量越多表示试题难度越大，共526题。 一、填空题 ★1、风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。 （切入风速） ★2、严格按照制造厂家提供的维护日期表对风力发电机组进行的预防性维护是。（定期维护） ★3、禁止一人爬梯或在塔内工作，为安全起见应至少有人工作。（两） ★4、是设在水平轴风力发电机组顶部内装有传动和其他装置的机壳。（机舱） ★5、风能的大小与风速的成正比。（立方）E=1/2（ρtsυ3）式中：ρ!———空气密度（千克/米2）；υ———风速（米/ 秒）；t———时间（秒）；S———截面面积（米2）。 ★6、风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫。（额定风速）★7、叶轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积称为。 （扫掠面积） ★8、风力发电机的接地电阻应每年测试次。（一） ★9、风力发电机年度维护计划应维护一次。（每年） ★10、SL1500齿轮箱油滤芯的更换周期为个月。（6） ★11、G52机组的额定功率KW。（850） ★★12、凡采用保护接零的供电系统，其中性点接地电阻不得超
过。（4欧） ★★13、在风力发电机电源线上，并联电容器的目的是为了。（提高功率因素） ★★14、风轮的叶尖速比是风轮的和设计风速之比。（叶尖速度）★★15、风力发电机组的偏航系统的主要作用是与其控制系统配合，使风电机的风轮在正常情况下处于。（迎风状态） ★★16、风电场生产必须坚持的原则。 （安全第一，预防为主） ★★17、是风电场选址必须考虑的重要因素之一。（风况） ★★18、风力发电机的是表示风力发电机的净电输出功率和轮毂高度处风速的函数关系。（功率曲线） ★★19、风力发电机组投运后，一般在后进行首次维护。 （三个月） ★★20、瞬时风速的最大值称为。（极大风速） ★★21、正常工作条件下，风力发电机组输出的最高净电功率称为。 （最大功率） ★★22、在国家标准中规定，使用“downwind”来表示。 （主风方向） ★★23、在国家标准中规定，使用“pitch angle”来表示。 (桨距角) ★★24、在国家标准中规定，使用“wind turbine”来表示。 （风力机） ★★25、风力发电机组在调试时首先应检查回路。（相序）
哈尔滨工业大学 《交流永磁同步电机理论》课程报告题目：永磁同步风力发电机的设计 院 (系) 电气工程及其自动化 学科电气工程 授课教师 学号 研究生 二〇一四年六月
第1章小型永磁发电机的基本结构 小型风力发电机因其功率低，体积小，一般没有减速机构，多为直驱型。发电机型式多种多样，有直流发电机、电励磁交流发电机、永磁电机、开关磁阻电机等。其中永磁电机因其诸多优点而被广泛采用。 1.1小型永磁风力发电机的基本结构 按照永磁体磁化方向与转子旋转方向的相互关系，永磁发电机可分为径向式、切向式和轴向式。 （1）径向式永磁发电机径向式转子磁路结构中永磁体磁化方向与气隙磁通轴线一致且离气隙较近，漏磁系数较切向结构小，径向磁化结构中的永磁体工作于串联状态，只有一块永磁体的面积提供发电机每极气隙磁通，因此气隙磁密相对较低。这种结构具有简单、制造方便、漏磁小等优点。 径向磁场永磁发电机可分为两种：永磁体表贴式和永磁体内置式。表贴式转子结构简单、极数增加容易、永磁体都粘在转子表面上，但是，这需要高磁积能的永磁体（如钕铁硼等）来提供足够的气隙磁密。考虑到永磁体的机械强度，此种结构永磁电机高转速运行时还需转子护套。内置式转子机械强度较高，但制造工艺相对复杂，制造费用较高。 径向磁场电机用作直驱风力发电机，大多为传统的内转子设计。风力机和永磁体内转子同轴安装，这种结构的发电机定子绕组和铁心通风散热好，温度低，定子外形尺寸小；也有一些外转子设计。风力机与发电机的永磁体外转子直接耦合，定子电枢安装在静止轴上，这种结构有永磁体安装固定、转子可靠性好和转动惯量大的优点，缺点是对电枢铁心和绕组通风冷却不利，永磁体转子直径大，不易密封防护、安装和运输[1]。表贴式和径向式的结构如图1-1 a)所示。 a)径向式结构 b)切向式结构
1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。
2 规范性引用文件 下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范
高等教育自学考试毕业设计（论文） 风力发电机设计题目 级机电一体化工程09专业班级 姓名高级工程师指导教师姓名、职称
所属助学单位 2011年 4月1 日 目录 1 绪论………………………………………………………………………………… 1 1.1 风力发电机简介 (1) 1.2 风力发电机的发展史简介 (1) 1.3 我国现阶段风电技术发展状况 (2) 1.4 我国现阶段风电技术发展前景和未来发展 (2) 2 风力发电机结构设计……………………………………………………………… 3 2.1 单一风力发电机组成 (3) 2.2 叶片数目 (3) 2.3 机舱 (4) 2.4 转子叶片 (5) 3 风力发电机的回转体结构设计和参数计算 (5) 3.1联轴器的型号及主要参数 (5) 3.2 初步估计回转体危险轴颈的大小 (5) 3.3 叶片扫描半径单元叶尖速比 (6) 4 风轮桨叶的结构设计……………………………………………………………… 6 4.1桨叶轴复位斜板设计 (6) 4.2托架的基本结构设计 (6) 5 风力发电机的其他元件的设计 (6) 5.1 刹车装置的设计 (6) 6 风力发电机在设计中的3个关键技术问题 (7) 6.1空气动力学问题 (7) 6.2结构动力学问题 (7) 6.3控制技术问题 (7)
7 风力发电机的分类………………………………………………………………… 7 8 风力发电机的选取标准 (8) 9 风力发电机对风能以及其它的技术要求………………………………………… 8 9.1风力发电机对风能技术要求 (8) 9.2风力发电机建模的技术是暂态稳定系统 (9) 9.3风力电动机技术之间的能量转换 (10) 10 风力发电机在现实中的使用范例 (10) 结论 (12) 致谢 (13) 参考文献 (14) 摘要 随着世界工业化进程不断加快，能源消耗不断增加，全球工业有害物质排放量与日俱增，造成了能源短缺和恶性疾病的多发，致使能源和环境成为当今世界两大问题。因此，风力发电的研究显得尤为重要。 我国风电场内无功补偿的方式是在风电场汇集站内装设集中无功补偿装置，这造成风电场无功补偿的投资很大。文章结合实例，通过对不同发电量下风电场的无功损耗和电压波动情况进行计算，提出利用风力发电机的无功功率可基本实现风电场的无功平衡，风电场母线电压的变化是无功补偿设备选型的依据，对于发电量变化引起的母线电压变化不超出电网要求的风电场，应利用风力发电机的无功功率减小汇集站内无功补偿装置的容量，降低无功补偿的投资。 关键词：风力发电、风电场、无功补偿、电压波动
天津大港沙井子风电四期工程 桩基施工方案 1.适用范围 本方案适用于天津大港沙井子四期风电工程风机桩基工程的沉桩施工。2.编制依据 《建筑工程施工质量验收统一标准》（GB50300-2013） 《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2016） 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011） 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008） 《预制钢筋混凝土方桩》（04G361） 《建设工程施工安全强制性条文》 《施工现场临时用电技术规范》（JGJ46——2012） 《建筑施工安全检查标准》（JGJ 59—2011） 《电力建设施工质量验收及评定规程（第1部分：土建工程）》(DLT 5210.1－2012) 《工程建设标准强制性条文：房屋建筑部分》（2013年版） 3.工程概况 国电天津大港沙井子风电场位于大港区南部，大港区位于天津东南部,系天津市东南部滨海行政区,现辖原北大港区及南郊部分地区,大港区南面与河北省的黄骅市接壤,周边分别与塘沽、津南、西青和静海毗临。大港地区是退海之地,以后逐渐形成现在的滨海平原。天津大港沙井子风电四期工程机位位于北排河排、沧浪渠河滩（堤）上，共安装21台风机，其中1#-19#风机布置在翟庄子周围，20#、21#风机机位布置在窦庄子村东侧。 本期工程共安装21台联合动力UP115/2000MW级风力发电机组。风机叶轮直径115米，轮毂高度100米。 本场区内无活动断裂分布，第四系松散堆积物厚度大，场区抗震设防烈度为7度，根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)，可忽略发震断裂错动对地面建筑的影响。通过上述报告分析，场区内不存在地震时可能发生崩塌、滑坡、泥石流、地陷、地裂等灾害的地段。场区内地层从上而下呈层状分布，除个别地层
1.5兆瓦风力发电机组塔筒及基础设计 摘要：风能资源是清洁的可再生资源，风力发电是新能源中技术最成熟、开发条件最具规模和商业化发展前景最好的发电方式之一。塔筒和基础构成风力发电机组的支撑结构，将风力发电机支撑在60—100m的高空，从而使其获得充足、稳定的风力来发电。塔筒是风力发电机组的主要承载结构，大型水平轴风力机塔筒多为细长的圆锥状结构。一个优良的塔筒设计，可以保证整机的动力稳定性，故塔筒的设计不仅要满足其空气动力学上得要求，还要在结构、工艺、成本、使用等方面进行综合分析。基础设计与基础所处的地质条件密不可分，良好的地质条件可以为基础提供可靠的安全保证，从风机塔筒基础特点的分析可以看出，风机塔筒基础的重要性及复杂性是不言而喻的。在复杂地质条件下如何确定安全合理的基础方案更是重中之重。 关键词：1.5兆瓦；风力发电机组；塔筒；基础；设计 1、我国风机基础设计的发展历程 我国风机基础设计总体上可划分为三个阶段，即2003年以前小机组基础的自主设计阶段，2003— 2007年MW机组基础设计的引进和消化阶段，2007年以后MW机组基础的自主设计阶段， 在2003年以前，由于当时的鼓励政策力度不大，风电发展缓慢，2002年末累计装机容量仅为46.8万kw，当年新增装机容量仅为6.8万kw，项目规模小、单机容量小，国外风机厂商涉足也较少，风机基础主要由国内业主或厂商委托勘测设计单位完成，设计主要依据建筑类的地基规范。 从2003年开始，由于电力体制改革形成的电力投资主体多元化以及我国开始实施风电特许权项目，尤其是2006年《可再生能源法》生效以后，国外风机开始大规模进入中国，且有单机容量600kw、750kw很快发展到850kw、1.0MW、1.2MW、1.5MW 和2.0MW，国外厂商对风机基础设计也非常重视，鉴于国内在MW风机基础设计方面的经验又不够丰富，不少情况下基础设计都是按照厂商提供的标准图、国内设计院
课程设计(综合实验)报告( 2012 – 2013 年度第二学期) 名称：《风力发电机组设计与制造》 课程设计报告 院系：可再生能源学院 班级：风能xxxxx班 学号： xxxxxxxxxxxx 学生姓名： xxxxxx 指导教师：田德、王永 设计周数： 2 成绩： 日期：20xx年 x月x日
目录 任务书 (4) 一设计内容 (4) 二目的与任务 (4) 三主要内容 (4) 四进度计划 (7) 五设计（实验）成果要求 (7) 六考核方式 (8) 总体参数设计 (8) 一额定功率 (8) 二设计寿命 (8) 三额定风速、切入风速、切除风速 (8) 四重要几何尺寸 (8) 1风轮直径和扫掠面积 (8) 2轮毂高度 (8) 五总质量 (9) 六发电机额定转速和转速范围 (9) 七叶片数B (9) 八功率曲线和C T曲线 (9) 1功率曲线 (9) 2C T曲线 (10) 九确定攻角Α，升力系数C L，叶尖速比Λ，风能利用系数C P (10) 十风轮转速 (12) 十一其他 (12) 十二风电机组等级选取 (12) 叶片气动优化设计 (13) 一优化过程 (13) 二叶片优化结果 (14) 主要部件载荷计算 (14) 一叶片载荷计算 (15) 1作用在叶片上的离心力F C (15) 2作用在叶片上的风压力F V (15)
3作用在叶片上的气动力矩 (16) 4作用在叶片上的陀螺力矩M K (16) 二主轴载荷计算 (16) 三塔架载荷计算 (17) 1暴风工况风轮气动推力计算 (17) 2塔架的强度设计（考虑塔架高度折减系数的强度计算） (18) 主要部件功率 (20) 一发电机 (20) 二变流器 (21) 三齿轮箱 (21) 四联轴器 (21) 五偏航 (22) 风电机组布局 (22) 设计总结 (24) 参考文献 (25) (25)
风电机组检测与控制课程设计指导书 河北工业大学 风能与动力工程系
一、设计目的 风电机组齿轮箱是双馈型风力发电机组的重要组成部分，是机组中的能量传递机构。齿轮箱的可靠性直接影响了风力发电机组的正常运行。随着国内政策对清洁能源大力支持，特别是对风能发电应用技术的开发，风电机组的单机容量越来越大，因此齿轮箱的稳定性、故障分析和可靠性研究成为了风力发电领域的一个重要环节。而在风电机组运行过程中，对齿轮箱进行在线监测和定期维护至关重要。 根据所学知识，通过文献检索，针对齿轮箱进行在线状态监测和维护相关内容进行设计。 二、设计内容 1、齿轮箱常见故障及原因分析； 2、齿轮箱在线状态监测； 3、齿轮箱维护。 三、时间安排 2015年1月19日交纸质版 四、要求 1、字数要求：5000字左右； 2、报告格式参考“课程设计格式要求”； 3、2-3名同学一组。
风电机组检测与控制 课程设计报告 设计题目：关于风电机组齿轮箱的研究姓名： 时间：2015年1月10日
目录 1系统概论 (1) 2 齿轮箱常见故障及原因分析 (4) 2.1 断齿 (4) 2.2 点蚀 (4) 2.3 齿面胶合 (4) 2.4.齿根疲劳裂纹 (5) 2.5 齿面接触疲劳 (5) 2.6 轴承损坏 (5) 2.7 断轴 (6) 3、齿轮箱在线状态监测 (7) 4 风力发电机组齿轮箱的维护 (9) 4 结束语 (11)
1 系统概述 1．1 齿轮箱的发展概况 面对当前不可再生能源短缺的境况，许多国家都致力于发展清洁能源，主要有风能、太阳能等，但规模最大的是风力发电。随着风力发电技术的日趋成熟，市场的逐步扩大，风力发电已成为增长最快的可再生能源之一，并具备了与常规能源竞争的能力。而风电产业的飞速发展促成了风电装备制造业的繁荣，风电齿轮箱作为风电机组中最重要的部件，倍受国内外风电相关行业和研究机构的关注。风机增速齿轮箱作为风力发电机组的配套产品，是风力发电机组中一个重要的机械传动部件，它的功能是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机，使其得到相应的转速进行发电，它的研究和开发是风电技术的核心，并正向高效、高可靠性及大功率方向发展。在风力发电机组出现的故障中齿轮箱的损坏率在机组部件中最高的由于风力发电机的组装在风电场，齿轮箱受变载荷、强阵风的冲击，环境温度变化较大，齿轮箱故障所占比重较大。随着风力机组的不断升级，风力发电机容量的增大，齿轮箱故障所带来的损失越来越大发生故障是不可避免的若出现故障，对发电机组带来的影响很大，维修也非常困难。所以齿轮箱故障诊断的研究是非常必要的。目前，主要有三种风力发电机，一种依靠齿轮箱增速的双馈异步风力发电机，一种是永磁直驱风力发电机组，第三种是半直驱风力发电机，第一种的生产技术较为成熟，而 1且在风电场中是主流机型，使用较多的机型。双馈感应发电机所加装的电力电子变流器的功率占风力机组的 30，虽然没有了齿轮箱，风力机的故障发生率以及维护成本都大幅下降，但为了将直驱风力发电机组联接电网，要给它加装一个全功率的电力电子变流器，而变流器的价格非常高，增加了发电成本。鉴于以上两个原因风电机组齿轮箱故障研究有重要现实意义。 1.2风力发电机组齿轮箱的介绍 1.2.1风力发电机组齿轮箱的结构及作用 齿轮箱风力发电机组中的齿轮箱是一个重要的机械部件，其主要功用是将风轮在风力作用下所产生的动力传递给发电机并使其得到相应的转速。通常风轮的转速很低，远达不到发电机发电所要求的转速，必须通过齿轮箱齿轮副的增速作用来实现，故也将齿轮箱称之为增速箱。根据机组的总体布置要求，有时将与风轮轮毂直接相连的传动轴（俗称大轴）与齿轮箱合为一体，也有将大轴与齿轮箱分别布置，其间利用涨紧套装置或联轴节连接的结构。为了增加机组的制动能力，常常在齿轮箱的输入端或输出端设置刹车装置，配合叶尖制动（定浆距风轮）或变浆距制动装置共同对机组传动系统进行联合制动如图 2-1 为齿轮箱剖面结构，图 2-2 为风机齿轮箱的内部结构. 图2-3为齿轮箱外部结构。
风电机组整机系统振动检测与故障诊断
目录 1 风电机组加阻减振控制策略 (1) 1.1塔筒前后振动控制 (1) 1.2塔筒侧向振动控制 (1) 1.3传动链扭转振动控制 (1) 2 塔筒 (2) 2.1塔筒前后弯曲振动（1） (2) 2.2塔筒前后弯曲振动（2） (5) 2.3塔筒前后弯曲振动（3） (9) 3 机舱 (14) 3.1机舱相对塔筒扭转振动（1） (14) 3.2机舱相对塔筒扭转振动（2） (19) 4 传动链 (25) 4.1传动链扭转振动（1） (25) 4.2传动链扭转振动（2） (31)
1 风电机组加阻减振控制策略 1.1 塔筒前后振动控制 对于大型风力发电机组，叶片桨距角的变化直接影响塔筒的振动幅度和载荷，且塔筒前后一阶模态为主要模态。塔筒前后振动的动态特性可以近似为简单的二阶谐波阻尼系统，如果变桨距动作引起的附加力与塔筒的前后振动速度成正比，可明显地增加有效阻尼，削减外力。由于测量加速度比测量速度更容易，机舱的加速度传感器可很容易得到塔筒的前后振动加速度，积分后即得到塔筒前后振动的速度，将振动速度通过一个带增益的二阶滤波器即可得到该阻尼信号，在原有桨距角需求的基础上加入该阻尼信号，从而有效抑制塔筒的振动。 1.2 塔筒侧向振动控制 塔筒侧向振动的动态特性与塔筒前后振动类似。塔筒顶部的侧向振动一般由传动链扭矩反作用引起，塔筒侧向结构阻尼本身很小，可通过在原有发电机给定转矩上添加附加转矩实现增大阻尼的效果。同样可借助机舱振动加速度传感器，将测量到的塔筒侧向加速度积分后再作用增益即可得到附加转矩，并将附加转矩范围限定在发电机允许最大转矩的10%以内。 1.3 传动链扭转振动控制 在变桨距阶段，变速风电机组只有很小的阻尼，因为转矩不再随着转速的变化而变化，在非常低的阻尼下会导致齿轮箱有较大的转矩振动。增加传动链的阻尼可以通过在原有转矩给定值的基础上增加一个很小的附加转矩波动。这个转矩波动要与传动链的扭转速度相反，才能增加等效阻尼。附加转矩可将发电机转速通过一个带通滤波器近似获得。值得注意的是，风轮平面内一阶模态、塔筒侧向二阶模态和风轮转速的多倍频，特别是3P、6P，都可以激发传动链的扭振。 摘自：《变速变桨风力发电机组的桨距控制及载荷优化》，重庆大学，何玉林
编订：__________________ 单位：__________________ 时间：__________________ 风电机组控制安全系统安全运行的技术要求(正式) Standardize The Management Mechanism To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level. Word格式 / 完整 / 可编辑
文件编号：KG-AO-5841-15 风电机组控制安全系统安全运行的 技术要求(正式) 使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对管理机制、管理原则、管理方法以及管理机构进行设置固定的规范，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 控制与安全与系统是风力发电机组安全运行的大脑指挥中心，控制系统的安全运行就是保证了机组安全运行，通常风力发电机组运行所涉及的内容相当广泛就运行工况而言，包括起动、停机、功率调解、变速控制和事故处理等方面的内容。 风力发电机组在启停过程中，机组各部件将受到剧烈的机械应力的变化，而对安全运行起决定因素是风速变化引起的转速的变化。所以转速的控制是机组安全运行的关键。风力发电机组组的运行是一项复杂的操作，涉及的问题很多，如风速的变化、转速的变化、温度的变化、振动等都是直接威胁风力发电机组的安全运行。
一控制系统安全运行的必备条件 1、风力发电机组开关出线侧相序必须与并网电网相序一致，电压标称值相等，三相电压平衡。 2、风力发电机组安全链系统硬件运行正常。 3、调向系统处于正常状态，风速仪和风向标处于正常运行的状态。 4、制动和控制系统液压装置的油压、油温和油位在规定范围内。 5、齿轮箱油位和油温在正常范围。 6、各项保护装置均在正常位置，且保护值均与批准设定的值相符。
摘要 这篇文章介绍了海上风电场建设概况、海上风力发电机组的组成、海上风电机组基础的形式、海上风电机组基础的设计。 关键词电力系统；海上风电场；海上风电机组基础；设计
Abstract This article describes the overview of offshore wind farm construction, the composition ofthe offshore wind turbine, offshore wind turbines based on the form-based design ofoffshore wind turbines. Key Words electric power system;Offshore wind farm; Offshore wind turbine foundation; design
1前言 1.1全球海上风电场建设概况 截止到2012年2月7日，全球海上风电场累计装机容量达到238,000MW，比上年增加了21％。 1.2 中国 截至2010年底，中国的风电累计装机容量达到44.7GW，首次居世界首位，亚洲的另外一个发展中大国印度也首次跻身风电累计装机容量世界前五位。 1.3海上风力发电机组通常分为以下三个主要部分： （1）塔头（风轮与机舱） （2）塔架 （3）基础（水下结构与地基） ?与场址条件密切相关的特定设计；?约占整个工程成本的20%-30%； ?对整机安全至关重要。支撑结构
2 海上风电机组基础的形式 2.1海上风电机组基础的形式 目前经常被讨论的基础形式主要涵盖参考海洋平台的固定式基础，和处于概念阶段的漂浮式基础，具体包括： ?单桩基础； ?重力式基础； ?吸力式基础； ?多桩基础； ?漂浮式基础 2.1.1单桩基础：（如图1所示） 采用直径3～5m 的大直径钢管桩，在沉好桩后，桩顶固定好过渡段，将塔架安装其上。单桩基础一般安装至海床下10-20m，深度取决于海床基类型。此种方式受海底地质条件和水深约束较大，需要防止海流对海床的冲刷，不适合于25m 以上的海域。 2.1.2重力式基础：（如图2所示） 图1 单桩基础示意图
1．总体设计 一、气动布局方案 包括对各类构形、型式和气动布局方案的比较和选择、模型吹风，性能及其他气动特性的初步计算，确定整机和各部件（系统）主要参数，各部件相对位置等。最后，绘制整机三面图，并提交有关的分析计算报告。 二、整机总体布置方案 包括整机各部件、各系统、附件和设备等布置。此时要求考虑布置得合理、协调、紧凑，保证正常工作和便于维护等要求，并考虑有效合理的重心位置。最后绘制整机总体布置图，并编写有关报告和说明书。 三、整机总体结构方案 包括对整机结构承力件的布置，传力路线的分析，主要承力构件的承力型式分析，设计分离面和对接型式的选择，和各种结构材料的选择等。整机总体结构方案可结合总体布置一起进行，并在整机总体布置图上加以反映，也可绘制一些附加的图纸。需要有相应的报告和技术说明。 四、各部件和系统的方案 应包括对各部件和系统的要求、组成、原理分析、结构型式、参数及附件的选择等工作。最后，应绘制有关部件的理论图和有关系统的原理图，并编写有关的报告和技术说明。五、整机重量计算、重量分配和重心定位 包括整机总重量的确定、各部分重量的确定、重心和惯量计算等工作。最后应提交有关重量和重心等计算报告，并绘制重心定位图。 六、配套附件 整机配套附件和备件等设备的选择和确定，新材料和新工艺的选择，对新研制的部件要确定技术要求和协作关系。最后提交协作及采购清单等有关文件。总体设计阶段将解决全局性的重大问题，必须精心和慎重地进行，要尽可能充分利用已有的经验，以求总体设计阶段中的重大决策建立在可靠的理论分析和试验基础上，避免以后出现不应有重大反复。阶段的结果是应给出风力发电机组整机三面图，整机总体布置图，重心定位图，整机重量和重心计算报告，性能计算报告，初步的外负载计算报告，整机结构承力初步分析报告，各部件和系统的初步技术要求，部件理论图，系统原理图，新工艺、新材料等协作要求和采购清单等，以及其他有关经济性和使用性能等应有明确文件。 2．总体参数 在风轮气动设计前必须先确定下列总体参数。 一、风轮叶片数B 一般风轮叶片数取决于风轮的尖速比λ。目前用于风力发电一般属于高速风力发电机组，即λ＝4-7 左右，叶片数一般取2—3。用于风力提水的风力机一般属于低速风力机，叶片数较多。叶片数多的风力机在低尖速比运行时有较低的风能利用系数，即有较大的转矩，而且起动风速亦低，因此适用于提水。而叶片数少的风力发电机组的高尖速比运行时有较高的风能利用系数，且起动风速较高。另外，叶片数目确定应与实度一起考虑，既要考虑风能
风电专业考试题库以下试题的难易程度用“★”的来表示，其中“★”数量越多表示试题难度越大，共526题。 一、填空题 ★1、风力发电机开始发电时，轮毂高度处的最低风速叫。 （切入风速） ★2、严格按照制造厂家提供的维护日期表对风力发电机组进行的预防性维护是。（定期维护） ★3、禁止一人爬梯或在塔内工作，为安全起见应至少有人工作。（两） ★4、是设在水平轴风力发电机组顶部内装有传动和其他装置的机壳。（机舱） ★5、风能的大小与风速的成正比。（立方） ★6、风力发电机达到额定功率输出时规定的风速叫。（额定风速） ★7、叶轮旋转时叶尖运动所生成圆的投影面积称为。 （扫掠面积） ★8、风力发电机的接地电阻应每年测试次。（一） ★9、风力发电机年度维护计划应维护一次。（每年） ★10、SL1500齿轮箱油滤芯的更换周期为个月。（6） ★11、G52机组的额定功率 KW。（850） ★★12、凡采用保护接零的供电系统，其中性点接地电阻不得超过。（4欧）
★★13、在风力发电机电源线上，并联电容器的目的是为了。 （提高功率因素） ★★14、风轮的叶尖速比是风轮的和设计风速之比。（叶尖速度） ★★15、风力发电机组的偏航系统的主要作用是与其控制系统配合，使风电机的风轮在正常情况下处于。（迎风状态） ★★16、风电场生产必须坚持的原则。 （安全第一，预防为主） ★★17、是风电场选址必须考虑的重要因素之一。（风况） ★★18、风力发电机的是表示风力发电机的净电输出功率和轮毂高度处风速的函数关系。（功率曲线） ★★19、风力发电机组投运后，一般在后进行首次维护。 （三个月） ★★20、瞬时风速的最大值称为。（极大风速） ★★21、正常工作条件下，风力发电机组输出的最高净电功率称为。（最大功率） ★★22、在国家标准中规定，使用“downwind”来表示。 （主风方向） ★★23、在国家标准中规定，使用“pitch angle”来表示。 (桨距角) ★★24、在国家标准中规定，使用“wind turbine”来表示。 （风力机） ★★25、风力发电机组在调试时首先应检查回路。（相序） ★★26、在风力发电机组中通常在高速轴端选用连轴器。（弹性）
附件3 中国国电集团公司 风电场风机基础设计标准 1 目的 为规范中国国电集团公司的风力发电工程中的风机基础设计工作，统一风机基础设计的内容、深度，本着因地制宜、保护环境和节约资源的原则，做到技术先进、安全适用、经济合理、便于施工，特制定本标准。本标准主要规定了风力发电工程中风机基础设计基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、荷载、基础选型、设计流程、地基处理、基础构造等内容。 2 范围 本标准适用于中国国电集团公司全资和控股建设的的陆上风力发电工程风机的地基基础设计。 3 引用标准和文件 《风电场工程等级划分及设计安全标准》FD002-2007 《风电机组地基基础设计<试行）》FD003-2007 《建筑地基基础设计规范》GB 50007-2002 《高耸结构设计规范》GBJ 50135-2006 《混凝土结构设计规范》GB 50010-2018 《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002
《冻土地区建筑地基基础设计规范》JGJ 118-98 《建筑抗震设计规范》GB 50011-2018 《构筑物抗震设计规范》GB 50191-93 《建筑桩基技术规范》JGJ 94- 2008 《工业建筑防腐蚀设计规范》GB 50046-2008 《水工建筑物抗冰冻设计规范》DL/T 5082-1998 《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119-2003 《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009 《湿陷性黄土地区建筑规范》GB 50025-2004 《膨胀土地区建筑技术规范》GBJ 112-1987 《建筑变形测量规程》JGJ/T8-97 4 术语和定义 本标准中的术语定义与下列标准中的规定相同： 《风电机组地基基础设计设计规定<试行）》FD003-2007 《混凝土结构设计规范》GB50010-2018 5 一般规定 5.1基础设计应本着因地制宜、保护环境和节约资源的原则，做到安全适用、经济合理、技术先进、便于施工。 5.2风电机组地基基础主要按《风电机组地基基础设计规定<试行）》设计。对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。 5.3风机基础设计采用极限状态设计方法，荷载和分项系数的取
摘要 自然风的速度和方向是随机变化的，风能具有不确定特点，如何使风力发电机的输出功率稳定，是风力发电技术的一个重要课题。迄今为止，已提出了多种改善风力品质的方法，例如采用变转速控制技术，可以利用风轮的转动惯量平滑输出功率。由于变转速风力发电组采用的是电力电子装置，当它将电能输出输送给电网时，会产生变化的电力协波，并使功率因素恶化。 风能利用发展中的关键技术问题风能技术是一项涉及多个学科的综合技术。而且，风力机具有不同于通常机械系统的特性：动力源是具有很强随机性和不连续性的自然风，叶片经常运行在失速工况，传动系统的动力输入异常不规则，疲劳负载高于通常旋转机械几十倍。 本文通过对风力发电机的总体设计，叶片、轮毂机构的设计，水平回转机构的设计，齿轮箱系统的设计，以达到利用风能发电的目的，有效利用风能资源，减少对不可再生资源的消耗，降低对环境的污染。 关键词：风能；风力发电机；叶片；轮毂；齿轮箱
Abstract Natural wind speed and direction of change is random, wind characteristics of uncertainty, how to make wind turbine output power stability, wind power technology is an important subject. So far, have raised a variety of ways to improve the quality of the wind, such as the use of variable speed control technology, can make use of wind round the moment of inertia smooth power output. Because variable speed wind power group using a power electronic devices, when it will transfer to the output of electric power grids, will change in the wave's power, and power factor deterioration. Use of wind energy in the development of key technical issues involved in wind energy technology is one of a number of integrated technical disciplines. Moreover, the wind turbine is usually different from the mechanical system characteristics: a strong power source is not random and continuity of the natural wind, the leaves often run in the stall condition, the power transmission system very irregular importation, fatigue load than Rotating Machinery usually several times. Based on the wind turbine design, leaves, the wheel design, level of rotating the design, gear box system design, use of wind power to achieve the objective of effective use of wind energy resources, reduce non-renewable resources Consumption, reduce the environmental pollution. Key words: wind power；wind power generators；blade；wheel；Gearbox
风电机组的防雷检测方法 发表时间：2018-09-13T10:25:12.363Z 来源：《科技新时代》2018年7期作者：杨武王建波2 [导读] 本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 （1吐鲁番市气象局，新疆吐鲁番 838000；2湖南省气象技术装备中心，湖南长沙 410000） 摘要：近年来，风电行业成为雷灾影响最严重行业之一。由于风电机组安装环境及自身结构、运行方式具有一定特殊性，使得当前风电机组防雷检测也具有其特点，本文从风电机组构成着手，对风电机组防雷安全检测方法研究，使风电机组防雷检测具有更强针对性和可操作性。 关键词：风电机组；接地装置；等电位连接；电涌保护器SPD；传感器 引言 随着我国新能源事业发展，近年来风电行业进入快速发展阶段。风电机组作为风力发电主要设备，是否能安全运行关系到整个风电市场持续健康发展。一直以来，风电机组防雷安全检测都是一个受到风电设计、生产、安装调试、运行等各环节高度重视问题。 1 风电机组防雷安全检测现状 尽管电力行业有关于防雷设计相关国家标准或行业标准，但由于风电机组防雷安全检测涉及技术问题很多，加之国内使用风电设备以进口或引进国外技术生产为主，各国采用标准不一，对风电机组防雷要求也各不同。造成目前我国风电防雷检测相关标准缺乏针对性和可操作性，使得从事风电机组防雷检测的技术人员莫衷一是，这也是风电行业防雷安全检测亟需加强和解决的问题。 2 风电机组工作原理与构成 2.1工作原理 风力发电就是将自然界中风能利用叶轮转化成旋转的机械能，然后经由低速主轴，利用齿轮箱将转动速度提高至异步发电机转速，再由高速联轴器带动发电机产生出电能，最后通过变流器励磁把由发电机定子输出电能并到电网中。风电机组由传动、电气控制、偏航及支承系统等组成。 2.2基本构成 风力发电机组传动系统由叶轮、主轴、主轴承、齿轮箱、联轴器、发电机组成。叶片因位置相对较高易受直接雷击；而雷电电弧可能引起主轴承、齿轮箱齿轮材料表面凹陷和融化，引起啮合面之间磨损加剧；由主轴侵入雷电过电压可能造成发电机定子绕组、主绝缘击穿。 偏航系统由偏航电机、偏航齿箱、回转支承等组成。雷电对偏航系统危害主要是损坏偏航电机、接近开关的光传感器、限位开关、偏航控制器等。 支承系统包括塔架（筒）、基础环、钢筋混凝土基础，塔架（筒）既是传递雷电流引下线，又对内部设备与线路起到很好屏蔽作用，对整个电气、控制系统防雷起到不可替代作用。基础也是整个风力发电机组接地网。 电气与控制系统是风电机组正常运行核心，由控制电路、主电路、传感器和接口电路组成。电气控制系统温度传感器、转速传感器、液压传感器等属敏感元器件，易被雷电损坏。 3防雷安全检测主要内容 ①机舱尾部风向风速仪与叶片接闪器； ②机组接地装置； ③控制柜与配电柜内电涌保护器； ④用于引导雷电流入地防雷接地引下线； ⑤机舱与塔筒内滑环、电刷、发电机、齿轮箱、主轴承、金属管道、金属爬梯、构架等大尺寸金属物等电位连接； ⑥控制系统各类传感器。 4防雷安全检测主要方法 4.1外部防雷装置检测 风电机组外部防雷装置包括接闪器、引下线、接地装置。一是应检查机组外部防雷装置外观、材料、规格尺寸是否符合GB50057-2010等相关规范要求。以目测法定期检查叶片、风向风速仪接闪器是否有锈蚀和被雷击损坏烧灼痕迹等。二是检查接闪装置接地连接线连接是否稳固。三是应根据接闪器高度与距离计算机舱上风向风速仪是否处在LPZ0B区内。四是用等电位仪测试叶片接闪装置与轮毂引下线连接点、机舱上接闪杆与引下线直流过渡电阻，要求过渡电阻≤0.2Ω。五是检查引下线敷设与连接，高度≤40m塔筒、塔杆，可只设一根引下线；＞40 m时应设两根引下线。可利用螺栓或焊接连接的一座金属爬梯作为两根引下线使用。分段连接金属塔筒用作引下线时，每段塔筒连接螺栓应利用不少于处的25mm2紫铜编织带跨接，底座环与下塔段连接为3根25mm2紫铜编织带跨接。钢筋混凝土结构塔筒应利用钢筋混凝土内竖直钢筋作为引下线。六是按照GB/T 17949.1—2000规定的检测方法用接地电阻测试仪测量接地装置工频接地电阻，测试选择多点测量比对，其工频接地电阻≤4Ω。 4.2等电位检测 一是检查风电机组等电位连接材料规格是否符合GB/Z25427—2010要求。等电位直流过渡电阻值测试应采用空载电压4V～24V，最小电流为0.2A测试仪器检测，直流过渡电阻值≤0.2Ω。二是检测LPZ0A区内金属构件、所有穿过各后续防雷分区界面处导电物与防雷装置直流过渡电阻。检查滑环、电刷、发电机、齿轮箱、机械制动器和控制柜等金属结构件与机舱底板等电位连接。三是检查塔筒内所有金属导体、控制柜、配电柜与塔底防雷装置等电位连接。特别检查机舱与塔筒内控制柜内部传感器屏蔽层与柜内屏蔽接地排等电位连接。其中风速仪、风向标厂家出厂时一般都是从屏蔽层焊接出一根黄绿双色线，接线时将风速仪风向标黄绿双色线一起接至机舱柜端子排。 4.3电涌保护器检测 一是检查风电机组安装的电涌保护器是否经过国家认可的检测实验室检测，符合GB 18802.1-2011、GB/T 18802.21等相关规范要求。二是检查配电柜、控制柜内SPD表面是否平整、光洁，如有划伤、裂痕和烧灼痕或变形则应立即更换。三是检查SPD状态指示是否正
风电机组控制系统 摘要：风电机组控制系统作为风电机组的重要组成部分，我们有必要对其进行详细的研究论述。本文主要介绍风电机组控制系统的组成结构和风电机组在运行时不同区域的基本控制策略，以及不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况。 关键词：风电机组 控制系统 构成 一、风电机组控制系统的组成结构 从实现功能的角度可以将控制系统分为：主控系统、变流控制系统、变桨距控制系统、偏航控制系统、液压控制系统及安全链保护。这些控制系统通常采用分布式控制系统，主控制器只有一个，且位于地面的塔筒柜里，而从控制器有好几个，这些从控制器之间是通过光纤、工业以太网、profibus 、CANbus 等进行通信的。为了能够更直观更清晰地了解控制系统的总体结构，以下将展示其结构图，具体如图1： 主控制器运行监控机组起停远程通信故障监测及保护动作电网、风况检测 人机界面 输入用户命令、变更参数 显示系统运行状态、统计 数据和故障 变桨距控制柜 桨距角调整 转速控制功率控制系统安全链系统紧急停机保护 偏航控制系统自动调向控制解缆控制液压站控制刹车机构压力控制机械刹车控制变流控制柜 交流励磁控制 并网控制 图1 控制系统的总体结构图 二、风电机组在运行时不同区域的基本控制策略 根据风速情况以及风力机功率特性，变速恒频风力发电机组的运行可以划分成很多区域，分别为：待机区、启动并网区、最大风能追踪区、转速限制区、功率限制区、切出保护区。 （1）待机区：控制系统的带电工作，保证所有执行机构和信号均处于正常状态。 （2）启动并网区：当风速达到切入风速时，风电机组起动，通过变桨距机
构调节桨距角使风力机升速，达到并网转速时，执行并网程序，使发电机组顺利切入电网，并带上初负荷。待发电机出口三相电压的电网电压满足同期条件时，接触器合闸，发电机并入电网。 （3）最大风能追踪区：风力发电机组运行在额定风速以下时，发电机输出功率未达到额定功率，此时控制目标为保持最佳叶尖速比，快速稳定的电机变速控制，尽可能将风能转化为输出的电能，实现风能最大捕获。 （4）转速恒定区：这一区域内发电机转速达到最大值，并保持恒定，风速逐步增大，机组功率因为发电机扭矩的增大而增加。而这个阶段，为了保护机组的安全运行，不再进行最大风能追踪，该区域的转速限制主要是通过调节发电机的电磁转矩实现的，功率曲线也较前一阶段平滑。 （5）功率恒定区：如果风速继续增大，发电机和变流器将达到其功率额定值，此时，只能减小风轮吸收的能量才能保障机组的安全，于是加入变桨距控制，增大桨距角，继续减小风能利用系数Cp，以维持机组的输出功率稳定在额定值。 （6）切出保护区：当风速继续增大，超过切出风速时，从保护机组的角度出发要将风力机叶片调至顺桨状态，风力发电机组切出电网，实现安全停机。 三、不同厂家在风电机组主要系统的实现上对软硬件采用情况 （1）关于主控系统 主控制器是电控系统的核心，要完成对机组运行参数和状态的检测和监控，同时要建立良好的人机交互界面和远程通讯的功能。 在主控系统的硬件上，几乎所有的厂家都选择PLC作为主控制器PLC系统因为构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长，也能进行连续过程的PID回路控制，并能与上位机构成复杂的控制系统，实现生产过程的综合自动化；使用方便，编程简单，开发周期短，现场调试容易；能适应风电场恶劣的运行环境，可靠性强，所以完全适用于风电领域。 （2）关于变桨系统 变桨距是指风电机组安装在轮毂上的叶片借助控制技术和动力系统改变桨距角的大小从而改变叶片气动特性，使桨叶和整机的受力情况大为改善。 作为变桨系统，主要有两大技术路线，如下： 1.电动变桨方式：几乎所有的国内风机制造商以及GE、Enercon、Suzlon、Siemens都是采用该种变桨方式，驱动电机有直流电机和交流电机之分，传动方式有齿轮齿圈传动和齿形皮带传动（仅有金风一家）之分。 2.液压变桨方式：以Vestas和Gamesa两大国际风机巨头为代表。 两种变桨方式各有优缺点，两种系统在基本功能方面几乎是一致的，而在细节方面各有利弊，目前在电动型应用领域更为广泛。 （3）关于变流系统