风电机组的防雷保护分析 摘要：近年来我国风电厂建设规模提升较快，风电厂的安全运行对于风电能源 的使用具有直接影响。本文从风电机组雷击破坏原理和具体形式分析入手，探讨 了风电机组防雷保护的原则与具体措施。 关键字：风电机组，防雷保护 1 引言 现阶段开发技术最先进，开发规模最大的可再生能源是风能，风电能源已经 成为我国新能源产业中不可缺少的组成部分。我国风电机组的装机容量逐年提升，大直径叶轮建设规模不断提升，同时能够在复杂环境中应用的风电机组研制速度 加快，使得我国风电机组在海上、高原、丘陵及平原地带广泛建设。雷电释放过 程会对风电机组造成巨大的损害，其中包括叶片损坏、控制元器件损毁、绝缘击 穿等。分析风电机组的防雷保护，对于保证风电机组在雷雨天气时的正常运行， 提升风电机组的安全运行效率具有重要意义。 2 雷电对于风电机组的破坏原理 雷电是带电荷雷云与大地之间的强烈放电现象，而雷电对于风电机组的破坏，可理解为带电雷云和风电机组之间的放电现象。分析风电机组的防雷保护，最重 要的是科学判断雷击放电过程中的雷电参数和电流波形，与风电机组破坏关系最 密切的包括峰值电流和电流陡度等。 统计雷电破坏对于风电机组的影响，主要表现为以下4种形式，首先是设备 直接遭雷击而造成损坏，其次是雷电产生的能量沿着设备中的信号线或电源线侵 入内部，导致元器件损坏，再次是接地设备在雷击时遭遇瞬时高电压而损坏，最 后由于设备的安装不当，容易受到雷击电场或磁场的影响，导致元器件灵敏度失调。 （1）峰值电流。当雷击电流经过风电机组时，会导致风电机组温度急剧上升，内部元器件容易在热效应的作用下损坏。进一步分析热效应强度，主要是与雷电 释放的能量大小有关，这其中最核心的参数就是峰值电流。与此同时，当雷电能 量流经风电机组时，会产生较大的电磁力，部分情况下会导致叶片等弯曲断裂。 （2）电流陡度。风电机组在遭受雷击的过程中经常会造成控制系统或电子器件损坏，其主要原因是存在感应过电压。感应过电压与雷电流的陡度密切相关， 雷电流陡度越大，感应电压就越高。 3 风电机组的防雷保护原则 在风电机组的防雷保护设计中，应遵循以下4个原则，首先，保证设计的方 法与当今的主流设备相适应，其次，在防雷设计中应充分考虑投资的合理性，兼 顾经济性，再次，防雷设计应具备较长的使用寿命，最后，尽可能的遵循国际标 准和规范，方便系统的后期维护。 现阶段进行风电机组防雷保护所依据的最根本原则是弗兰克林避雷法，即充 分发挥避雷设备的特性，引发雷电场的激烈，将雷电引到防雷设备中，达到保护 风电机组的目的。在实际应用中，可在叶片的内部和机舱的顶部安装导体装置， 并通过主轴、齿轮、机身等设备，将雷电传到大地，释放雷电能量。与此同时为 尽可能的降低电磁感应干扰影响，需在保护空间内部增装屏蔽设备和sdp保护设备，并在大尺寸金属件交接部位进行等电位连接。 不同风电机组所处的环境相差较大，应在防雷设计中深入研究所在地的地理
风电在线监测系统介绍 来源：亚泰光电伴随着风能的快速发展和风电机组的广泛安装使用，风电机组的运行故障问题日益突出。风电机组的安全、稳定、无故障运转不仅可以提供稳定的电力供应，也可以大幅降低风电的成本，是整个产业链健康发展的关键环节。 据资料显示，20年间欧美风电行业中机组容量为1MW的风力发电机组，其总投资的65％～90％都消耗在运行、维护上，非计划停机又用去了其中的75％。国际工程保险协会在年报中介绍，支付给丹麦风电业的理赔费用的40％是由于机械故障，主要是齿轮箱和轴承的故障。而中国的风电设备的维护损耗更是惊人，甚至有一大批的风力发电机的正常累计工作时间都不超过l000小时。 由于风电机组安装在高山、荒野、海滩、海岛等风口处，受无规律的变向变负荷的风力作用以及强阵风的冲击，常年经受酷暑严寒和极端温差的影响，使得风电机组故障频发。近年来，国内外风力发电机故障率最高的部件当数齿轮箱。我国的风场齿轮箱损坏率高达40～50％，极个别品牌机组齿轮箱更换率几乎达到100％。国外在对风力发电机各主要部件的故障统计中，齿轮箱的故障率也是居高不下，据西班牙纳瓦拉水电能源集团公司最近几年对风电机组主要部件的故障统计：由齿轮箱、发电机、叶片引起的故障是风电机组故障的主要原因，其中齿轮箱的故障发生率在逐年增高，故障百分比已超过60％，是机组中故障发生率最高的部件。我国已建成的风电场的风力机有相当部分是上世纪90年代中期由国外购进的，这些机组寿命为15、20年，保修期一般为2年，随着机组运行对间的加长，目前这些机组陆续出现了故障，（包括风轮叶片、电机、增速齿轮，及控制系统等等）导致机组停止运行，严重影响发电量，造成经济损失。而且，风电机组的费用非常高昂，在国内，中小型风电机的投入成本在一万元/每千瓦左右，或更高。在风能资源特别丰富地区的大型机组，初期建设投入成本一般在八千元/每千瓦左右，维护费列入电价中，使得风电的价格居高不下，而使风电成本比火电成本高出2/3，所以风电虽无污染，能再生是十分理想的清洁而又可持续发展的能源，却未普遍应用。 风电机组的主要部件造价昂贵而且更换非常困难，如果合理采用状态监测和故障预警的技术，通过实时状态检测和智能故障预警技术可以有效地发现事故隐患并实现快速准确的系统维护,保障机组安全运行，做到防范于未然，必能大大地降低风机的故障率，有效地减少维修费用，必能提高风电的竞争能力，推动风能行业的跨越式发展。 风电总投资的65%以上都消耗在运行维护上，其中齿轮箱维护约占一半以上。采用在
龙源电力集团股份有限公司风电企业防止风电机组严重损坏专项措施 一、防止火灾措施 1.禁止风电机组机舱内壁粘贴海绵。对降噪或保温等有特殊要求的机组，机舱内所使用的降噪或保温材料必须采用阻燃材料。 2.机组检修工作结束后，应做到工完、料净、场地清，控制柜、机舱内部及塔筒平台处不得留有工具、废弃的备件、易耗品等杂物。 3.对风电机组机舱内及塔筒各层平台的渗漏油必须及时进行彻底清理，并查堵渗漏点；机组内部严禁存留易燃易爆物品及沾油废弃物。 4.风电机组内部严禁吸烟，火种不得带入风电机组；机组内动火必须开动火工作票，动火工作间断、终结时，现场人员必须停留观察至少15分钟，确认现场无火种残留后方可离开。 5.风电机组底部和机舱均应按照国家标准配置出厂检验合格的干粉灭火器，单个灭火器容量不小于2公斤，按要求固定在容易发现和取到的位置。新购买的干粉灭火器换充粉期限为2年，自第一次换粉起以后每年换粉一次。灭火器
在更换及检测期间，应保证留有备用。 6.禁止使用电感式镇流器的照明灯具，灯具外壳严禁采用可燃材料（可燃材料指GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》规定的B2、B3类材料）。 7.风电机组照明电源回路必须安装漏电保护器，漏电保护器应按国家标准进行定期测试，做好记录，保护动作不可靠的要立即更换。 8.在定期维护和点检中必须检查机组内的电缆外套有无破损和绝缘老化，电气元件及控制柜内部有无积灰、污损腐蚀、过热变色、放电、异物进入等问题，发现异常立即处理。 9.风电机组所有电气回路电缆的走线应使用电缆支架或布置在专用电缆槽内，并可靠固定；机舱内机械刹车、联轴器和滑环等旋转部件周边的各类电缆、油管，应根据条件在其周围增加隔离、阻燃措施。 10.风电机组内所有电缆的保护外套必须选用阻燃材料，对不符合要求的保护外套应进行更换，如保护外套出现绑扎松动、磨损和老化情况，应立即检查电缆绝缘并进行处理。 11.对于机舱至底部控制柜采用导电轨连接或采用中间接线盒连接的机组，每次登塔时必须对导电轨接线盒外观进行检查，发现异常应立即停机处理。每次定期维护必须检查导电轨和接线盒内连接母排连接是否可靠，有无发热变色或
风电叶片监控系统解决方案
为什么要对叶片进行状态监测? ?叶片是风机中受压最大的部件之一 -面临着极端的外部条件，而且动态载荷大。 ?叶片更换费用非常昂贵 ?在极端损坏情况下，风机必须立刻停机减少直接或二次损害。 ?如果能提早发现损伤，叶片可以很好地被修复。 ?目前，主要检测手段是视觉，但这种方法时间间隔长，非实时，且花费巨大。 →完全不适用于海上风机 ?状态监测系统的两大功能 -提高可利用小时数 ?覆冰检测 ?静态和动态载荷评估 -叶片损伤检测 ?雷击检测 ?叶片内部和外部损伤
损伤检测 ?更早检测到叶片的损伤 →降低维修成本 ?严重损伤给出自动停机信号→安全操作，避免灾难?经过DNV GL认证 →得到官方认可 覆冰检测 ?精确检测叶片覆冰 →安全操作 ?自动重启 →可获得更高收益 ?经过DNV GL认证 →得到官方认可 改善运营 ?检测动态不平衡 →提高收益 →降低载荷 ?动态载荷配准 →预防过载 ?显著的运行状态检测 →避免额外支出
覆冰检测DNV-GL证书/ 叶片状态监测系统DNV-GL 证书 ?BLADE control?覆冰检测，2008年获得了DNV-GL 的认证。 ?含自动启机功能的认证 ?BLADE control?在2013年获得了首个风机叶片状态监测 系统的GL认证。
BLADEcontrol?检测的叶片故障类型 ?气动表面壳体损伤 -裂痕和分层，尤其是前缘和尾缘 -雷击导致的叶尖开裂 ?结构支撑件的损伤（致命） -腹板分层或断裂 -梁/ 翼梁分层或断裂 -叶片轴承损伤 腹板 翼梁 气动表面 前缘 尾缘 ?松动部件 -叶片内 -轮毂内 -叶片外部 （防损保护层，扰流器）?气动不平衡 -变桨偏差 -变桨传感器故障
叶片设计流程 一．空气动力设计 1．确定风轮的几何和空气动力设计参数 2．选择翼型 3．确定叶片的最佳形状 4．计算风轮叶片的功率特性 5．如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4，以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6．计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7．风力机叶片三维效应分析 8．非定常空气动力现象 9．风力机叶片的动态失速 10．叶片动态入流 二．风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。
2.1IEC61400-1 标准规定的载荷情况 2.2风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M xb、挥舞方向的剪力Q xb和弯矩M yb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct, 通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷
（4）操纵载荷 2）轮毂上的载荷 3）主轴上的载荷 4）机舱上的载荷 5）偏航系统上的载荷 6）塔架上的载荷 三．风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统（包括偏航系统和变浆距系统等）的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1．风力机叶片气动弹性稳定性问题 2．风力机系统振动和稳定性问题 3.2风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后 稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值计算。
风机叶片的原理、结构和运行维护 潘东浩 第一章风机叶片报涉及的原理 第一节风力机获得的能量 一.气流的动能 1 2 i 3 E= 2 mv =2 p Sv 式中m——气体的质量 S——风轮的扫风面积，单位为m2 v 气体的速度，单位是m/s p ------空气密度，单位是kg/m3 E 气体的动能，单位是W 风力机实际获得的轴功率 P=2 p sJc p 式中P----- 风力机实际获得的轴功率，单位为W； p ------空气密度，单位为kg/m3; S ----- 风轮的扫风面积，单位为m2; v ----- 上游风速，单位为m/s. C p ---------- 风能利用系数 三.风机从风能中获得的能量是有限的，风机的理论最大效率
n Q 0.593 即为贝兹（Betz）理论的极限值。 第二节叶片的受力分析 一.作用在桨叶上的气动力 上图是风轮叶片剖面叶素不考虑诱导速
度情况下的受力分析。在叶片局部剖面上，W是来流速度V和局部线速度U的矢量和。速度W在叶片局部剖面上产生升力dL和阻力dD，通过把dL和dD分解到平行和垂直风轮旋转平面上，即为风轮的轴向推力dFn和旋转切向力dFt。轴向推力作用在风力发电机组塔架上，旋转切向力产生有用的旋转力矩，驱动风轮转动。 上图中的几何关系式如下： W =V U ①=0 + a dFn=dDs in ① +dLcos ① dFt=dLs in ①-dDcos ① dM=rdFt=r（dLsin ①-dDcos①） 其中，①为相对速度W与局部线速度U （旋转平面）的夹角，称为倾斜角；0为弦线和局部 线速度U （旋转平面）的夹角，称为安装角或节距角; a为弦线和相对速度W的夹 角，称为攻角。 ?桨叶角度的调整（安装角）对功率的影响。（定桨距） 改变桨叶节距角的设定会影响额定功率的输出，根据定桨距风力机的特点，应当尽量提高低 风速时的功率系数和考虑高风速时的失速性能。定桨距风力发电机组 在额定风速以下运行时，在低风速区，不同的节距角所对应的功率曲线几乎是重合的。但在 高风速区，节距角的变化，对其最大输出功率（额定功率点）的影响是十分明显的。事实 上，调整桨叶的节距角，只是改变了桨叶对气流的失速点。根据实验结果，节距角越小，气 流对桨叶的失速点越高，其最大输出功率也越高。这就是定桨距风力机可以在不同的空气密 度下调整桨叶安装角的根据。 不同安装角的功率曲线如下图所示： 750KW国产桨叶各安装角实际功率Illi线对比图 ! --------- ——B ----------------! *pitchy—00 P itch=-3. 00 pitcta-L T5 pi 75 ―*—pitch=-Q. 00 * 1 -------- piteh=l.00——= ---------------- i
关于叶片防雷及接地的避免措施和检查方法整理如下，希望有所帮助。 一、目前叶片雷击基本为：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解叶片内部气体高温膨胀， 压力上升造成爆裂破坏（更有叶片内存在水分而产生高温气体，爆裂）。叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。经过统计：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。根据以上叙述，叶片防雷设计一般在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。 二、按IEC61400-24标准的推荐值，叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。如果为高发区， 可适当增加铜质电缆导线截面积。 三、我集团近期刚出的一个检查标准： 1、叶片吊装前，逐片检查叶片疏水孔通畅。 2、叶片吊装前，逐片检查叶片表面是否存在损伤。 3、叶片吊装前，应逐片检查叶片防雷引下线连接是否完好、防雷引下线截面是否损伤，检测叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻，并做好检测记录。若叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻值
高于20 mΩ，应仔细检查防雷引下线各连接点联接是否存在问题。 叶片接闪器到叶片根部法兰之间直流电阻测量采用直流微欧计、双臂电桥或直流电阻测试仪（仪器分辨率不低于 1 mΩ），采用四端子法测量，检查叶片叶尖及叶片上全部接闪点与叶片根部法兰之间直流电阻，每点应测三次取平均值。 4、机组吊装前后，应检查变桨轴承、主轴承、偏航轴承上的泄雷装置（碳刷、滑环、放电间隙 等）的完好性，并确认塔筒跨接线连接可靠。 表1 防雷检查及测试验收清单
风电设备叶片疲劳检测旋转装置设计 摘要：风力发电被全球公认可以有效减缓气候变化、提高能源安全、促进低碳 经济增长的方案，风电技术相对成熟，且具有更高的成本效益和资源有效性。风 力发电的原理是利用风力带动风轮机叶片旋转，再通过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。叶片是风力发电设备的关键部件，叶片在制造完成后，由专 门设备进行检测，以验证其是否满足疲劳设计要求。但需要叶片能够以各个角度 旋转，检测设备无法实现旋转叶片的功能。本文的主要目的是提出一种叶片疲劳 检测旋转装置，实现叶片按照规定的转速旋转，同时能够在指定位置锁止叶片。 关键词：风电设备；叶片疲劳检测；旋转装置；设计 1导言 风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常 位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面 临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提 供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的 影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面 仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片疲劳状态检测方面。 2设计要求 叶片检测时，对叶片的要求是单向传送、载荷平稳、降载起动、间歇起伏工作,单次运行时间有限。叶片的转矩和转速要求为300000Nm和0.05r/min，要求 检测设备上制作一个分度圆直径在4250mm左右的大齿轮，各级齿轮传动比在 1～10之间，叶片摆动载荷23000KNm~25000KNm。 3设计方案 由于叶片的体积和重量比较大且需要实现按照规定转速旋转，综合各种传动 方式比较，本方案采用二级直齿圆柱齿轮传动机构将经过减速机输出的转速和转 矩传递给叶片，带动叶片旋转，如图1所示。 图1叶片旋转方案 2为测试的叶片，1为回转支撑装置和法兰，主要用于安装叶片，并带动叶片旋转。在回转支撑装置上设置了大齿轮，接受中齿轮传递过来的转矩和转速，中 齿轮的转矩和转速由小齿轮提供，三个齿轮构成了二级直齿圆柱齿轮传动机构4，进一步使转速降低，满足叶片的检测转速要求。电机3选为变频电机，使用磁通 矢量控制的变频器实现恒转矩输出。如图2所示，为更好地实现叶片在某一位置 检测，采用接近开关准确定位叶片转过的角度，同时电机配有制动器以及在减速 机构外设置有手动制动装置，有效地使叶片稳固停止在指定位置。手动制动装置 由气缸驱动，当气缸动作时，推动限位挡块使大齿轮停止转动。电机、电机制动 器和电机减速机由厂商产品手册直接选取，需要对二级直齿圆柱齿轮传动机构进 行设计，经过分析计算，齿轮模数选择16mm，小齿轮:z1=18，分度圆直径 d1=288mm；中齿轮2:z2=28，分度圆直径d2=448mm；大齿轮3:z3=265，分度圆 直径d3=4240mm。齿轮材料选择42crmo，表面淬火，硬度HRC50。 图2二级直齿圆柱齿轮传动机构 3齿轮齿面强度校核 为保证齿轮传动的可靠性，需要对齿轮的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度进行
风力发电机在线监测系统 引言 在线监测系统是近20年来在大型机组上发展起来的一门新兴交叉性技术，这是由于近代机械工业向机电一体化方向发展，机械设备高度的自动化、智能化、大型化和复杂化，在许多的情况下都需要确保工作过程的安全运行和高的可靠性，因此对其工作状态的监视日益重要[1] 。随着大型风力发电机容量的迅猛增加，现在风力发电机正从百千瓦级向兆瓦级发展，机械结构也日趋复杂，不同部件之间的相互联系、耦合也更加紧密，一个部件出现故障，将可能引起整个发电过程中断。另外，近年来随着风力发电机的快速发展，其技术的成熟度跟不上风力发电机的发展速度,在媒体上出现了大量关于风力发电机齿轮箱、主轴、叶片的损坏，甚至有风力发电机倒塌的报道。保险公司非常抱怨其高损坏率，因此在保险合同中加入了维修条款：保证其风力发电机能够正常运转40000h或者至少运行5年，除非装上在线监测设备，接受保险公司的定期监测。在这种环境下，在线监测在风力发电机行业得到了飞速的发展。国外在线监测技术发展得比较成熟，有专门用于风力发电机的监测设备[2] ，例如德国的普鲁夫公司（pruftechnik）；在监测服务方面，国外有专门的风力发电机监测服务公司，例如德国的flender公司等[3] 。而国内由于风力发电机行业本身起步较晚，因此在线监测系统在国内风力发电机上的运用还处于起步状态。 1 在线监测系统的工作原理 风力发电机监测系统最重要的工作是通过对设备运行过程中所表现出的各种外部征兆及信息，提取反映状态的正确信息并进行分析和识别其内涵故障。因此在开始设计和建立系统前，必须对监测对象的结构与工作过程有充分的了解。由于风力发电机设备结构及工作过程复杂，对其进行深入分析和深层故障诊断，不仅要依靠一定的理论和方法，而且更重 要的是必须了解、熟悉具体设备的结构与运行机理，并取得维护人员的经验和技巧。 如图1风力发电机在线监测流程图所示，风力发电机监控任务主要由3部分组成：信号拾取、信号处理和监控决策。信号拾取主要由主轴传感器、齿轮箱传感器和定子传感器来采集风力发电机的基本运行状况。 信号处理是将各传感器所采集到的信号经过信号处理转换成数字信号，通过网络传输到监控 室。由于风力发电场一般建设在岛屿、农田等边远地区，通讯设施相对比较差，因此网络传输可以使用CDMA ，GSM 等无线传输方式，从而省去了铺设光缆等昂贵设备。 监控决策就是计算机将传送的信号数据与风力发电机数据库中的数据进行比较，监控人员根据比较的结果最终给出风力发电机的运行状况分析表。计算机的数据比较过程主要是辨别3 类过程状态（正常、预警、异常），如使用Ｇ表示传感器信号，Ｙ表示风力发电机预警值，Ｒ表示风力发电机异常值。 当Ｇ＜Ｙ风力发电机运行正常；Ｙ＜Ｇ＜Ｒ监控设备发出警报,监控人员必须密切关注运行状况；Ｇ＞Ｒ风力发电机自动停机, 等待工作人员的检修。 2 风力发电机工作特性及在线监测的必要性 现在大多数风机上运用的通用监测程序叫风场监测，这种方法主要监测输出电量同时也包含部分故障信息的存储。通常控制系统的状态信息、输出电量以及风速情况将被存储，并且将其传送给制造商和运营商。但是只有通过详细的记录才有可能观察到故障。在大多数的情况下，当控制系统发出警报的时候故障已经发生了，然而整个系统能做的只是自动的使风力发电机停机以防止故障的进一步恶化。风场监测通常与周期点相连，这些周期测试点
风力发电叶片制作工艺 介绍 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
风力发电叶片制作工艺介绍风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。 1碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。VestaWindSystem公司的V90型发电机的叶片长44m，采用碳纤维代
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
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
宁夏关于成立风电叶片生产制造公司 可行性分析报告 规划设计/投资分析/实施方案
报告摘要说明 风力发电行业主要由上游原材料生产、中游零部件制造和风力机组制造、以及下游风电场运营和电网运营等环节构成。风力发电机主要由叶轮、机舱、塔筒三部分构成。由于风电场招标时塔筒一般单独招标，风力机组 此时即指叶轮和机舱两部分。 xxx实业发展公司由xxx有限责任公司（以下简称“A公司”）与xxx集团（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资410.0万元，占公司股份76%；B公司出资130.0万元，占公司股份24%。 xxx实业发展公司以风电叶片产业为核心，依托A公司的渠道资源 和B公司的行业经验，xxx实业发展公司将快速形成行业竞争力，通过 3-5年的发展，成为区域内行业龙头，带动并促进全行业的发展。 xxx实业发展公司计划总投资12239.85万元，其中：固定资产投 资10808.63万元，占总投资的88.31%；流动资金1431.22万元，占总投资的11.69%。 根据规划，xxx实业发展公司正常经营年份可实现营业收入13527.00万元，总成本费用10387.39万元，税金及附加206.07万元，利润总额3139.61万元，利税总额3778.73万元，税后净利润2354.71万元，纳税总额1424.02万元，投资利润率25.65%，投资利税率
30.87%，投资回报率19.24%，全部投资回收期6.70年，提供就业职位187个。 风电作为可再生资源，节能环保，是未来能源的重要发展方向。风电的应用推广，经济性和市场化是重要影响因素。
第一章总论 一、拟筹建公司基本信息 （一）公司名称 xxx实业发展公司（待定，以工商登记信息为准） （二）注册资金 公司注册资金：540.0万元人民币。 （三）股权结构 xxx实业发展公司由xxx有限责任公司（以下简称“A公司”）与xxx集团（以下简称“B公司”）共同出资成立，其中：A公司出资410.0万元，占公司股份76%；B公司出资130.0万元，占公司股份24%。 （四）法人代表 段xx （五）注册地址 xx产业示范基地（以工商登记信息为准） 宁夏回族自治区，简称宁，是中国5个自治区之一，首府银川。位于中国西北内陆地区，界于北纬35°14'-39°14'，东经104°17'-109°39'之间，东邻陕西，西、北接内蒙古，南连甘肃，宁夏回族自治区总面积
风电机组的防雷和防雷标准 1 引言 在我国风电发展初期，风电场大部分集中在年平均雷电日较少的新疆和内蒙古等地区，采用的主要是450kW 级以下的风电机组，雷害问题并不突出。随着我国风电场建设速度不断加快、规模不断扩大以及风电机组的日益大型化，风电机组的雷害也日益显露。现阶段，我国风电场开发不断向高海拔和沿海地区拓展，大功率风电机组的塔架最高已经超过120m，是风电场中最高大的构筑物。在风电机组的20年寿命期内，难免会遭遇到雷电的直击。中国可再生能源学会风能专业委员会于2009 年9月在肇庆召开的叶片专业组年会，将叶片的防雷作为一个重要问题进行了研讨，说明风电机组防雷已经引起专家的高度重视。 国际电工委员会（IEC）第88 工作委员会（IEC TC 88）在编制风电机组系列标准IEC 61400 时，编制了一个技术报告（TR），作为IEC 61400 系列标准的第24 部分于2002 年6 月出版，其初衷是想为这个相对年经的工业提供防雷知识。该标准在几年的实践中证明，技术报告对防止和减少风电机组的雷害是有效的。但是随着大型风电机组的发展和风电场向外海的拓展，雷害问题比2002 年以前更加复杂和突出。因此，有必要制订一个风电机组防雷标准以供风电行业人员使用。将IEC 6 1400 由技术报告（TR）升级为技术标准（TS）便提上了议事日程。 2 风电机组的雷害 IEC 61400-24 2002 中，阐明了不同于其他建筑物的风电机组雷害问题，机组的结构特点、工作原理以及所处场地等因素使其容易遭受雷害。人们已经了解建筑物高度对雷击过程的影响。高度超过60m 的建筑物会发生侧击，即部分雷电击中建筑物侧面而不是建筑物顶部。风电机组塔架是高于60m 的构筑物，所以侧击概率比建筑物大很多，并造成严重损害。另外，从雷电机理可知，与
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
南?京?工?业?职?业?技?术?学?院?学?报Journal?of?Nanjing?Institute?of?Industry?Technology 第18卷第2期2018年6月Vol.18,No.2Jun.,2018 风电叶片在线检测技术研究进展 吴国中，李?镇?，宋增禄 （南京工业职业技术学院?电气工程学院，江苏?南京?210023）? 摘?要：就风电设备运行过程中风机叶片的在线检测技术进行了讨论。叶片在线检测主要有两大类，分别是以应变、声发射等传感器检测为核心的侵入式检测和以图像检测为代表的非侵入检测，探讨了这两种检测模式中风电叶片损伤检测的实验手段以及损伤特征提取和识别的算法。关键词：风电；叶片；在线检测 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-4644（2018）02-0004-05 风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片状态检测方面。 风电叶片是风力发电机的关键部件，叶片状态的检测以及寿命预测对提高风机工作效率、保障风机正常工作具有重要意义。本文将集中讨论风机叶片部分在线检测技术的研究进展。 1?侵入式检测技术 叶片在线检测主要分为两类，一类是侵入式的检测，即传感器网络需要内嵌在叶片中；另一类是非侵入式的检测，即采用光学或图像等方式实现非接触式的检测。 1.1?基于应变的检测 应变片在风电叶片在线检测中有较多应用。风电叶片在实际运行过程中会承受不同方向的载荷，导致叶片产生应变，应变的累积可能会导致叶片的宏观形变和开裂，因此在叶片的脆弱部位以及容易产生应力集中的部位，可以设置应变传感器以检测叶片的应变，从而可以直接反应叶片状态。 Jargensen?等人在2004年曾采用上百片应变传感器检测长达25米的叶片轴向应变。应变检测是一项比较成熟的技术［1］ ，可以用于叶片的离线和在线测试，但是也有一些局限性。应变传感器容易失效，容易受到环境的影响甚至引起雷击，并且有的情况下不能准确反映叶片失效状况。 FBG传感器是针对传统应变传感器的不足，在风电叶片检测中引入的光纤传感器，以检测叶片的应变。较常用的是布拉格光纤光栅，其原理是利用纤芯内空间相位周期性分布的光栅形成一个窄带滤波器或反射镜，滤波器或反射镜中心频率会随外部应变而产生漂移，将频率漂移转换为应变可以准确、稳定、可靠地检测叶片的应变和疲劳状态。2007年郭等人最早利用FBG传感器网络检测叶片状态数据并应用无线技术上传［2］ ，这种技术逐步发展并在一些大型风机上得到应用。FBG传感器稳定性对于叶片状态的长期检测是很有优势的，其不足在于成本高而且设备体积大，一定程度上限制了其在叶片在线检测中的应用。 1.2?基于声发射的检测 基于声发射检测叶片失效的研究已经比较广泛。声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，叶片在外部载荷作用下产生形变，使结构内部形成应力，由于叶片应力集中而产生各种失效，如纤维断裂、微裂纹等，从而导致局域快速释放能量。用于声发射检测的传感器由压电传感器、放大器和数模转换器以及信号处理单 收稿日期：2018-04-23 基金项目：?江苏风力发电工程技术中心2016年度开放基金（编号：ZK16-03-05）；江苏省品牌专业资助项目（编号：PPZY2015B189）作者简介：吴国中（1974-），男，南京工业职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向：自动化控制及检测技术。
叶片设计流程 一. 空气动力设计 1.确定风轮的几何和空气动力设计参数 2.选择翼型 3.确定叶片的最佳形状 4.计算风轮叶片的功率特性 5.如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4,以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6.计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7.风力机叶片三维效应分析 8.非定常空气动力现象 9.风力机叶片的动态失速 10.叶片动态入流 .风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。
2.1 IEC61400-1标准规定的载荷情况 2.2 风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M Xb、挥舞方向的剪力Q b和弯矩M Jb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M b。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct,通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷 (4)操纵载荷
2 )轮毂上的载荷 3)主轴上的载荷 4)机舱上的载荷 5)偏航系统上的载荷 6)塔架上的载荷 三.风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统(包括偏航系统和变浆距系统等) 的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1.风力机叶片气动弹性稳定性问题 2.风力机系统振动和稳定性问题 3.2 风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法 是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值 计算。 1.风力机气动弹性模型 1)结构模型