GamesakW风力发电机组介绍课件.ppt
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1、Gamesa 850kW机组介绍机组介绍目录目录l机组技术特点l机组整体介绍l叶片及变桨机构l传动系统l液压系统l偏航系统l电气系统l变频变速系统l机组运行状态l中央监控系统l设备日常维护和修理l日常检查的主要内容l定期维修的主要内容机组技术特点机组技术特点l目前国内拥有的Gamesa公司产品为G52/58850kW的机组,lG52/58区别在于G52适合于具有风能资源丰富的地区(年均风速大约在8.5到10m/s),即IEC标准的I和II级。G58拥有更大的叶轮直径,适合于具有风能资源较丰富的地区(年均风速在7.5m/s以下),即IEC标准的III和IV级。机组技术特点机组技术特点lG52/5
2、8机组为典型的“丹麦设计”风力发电机组水平轴三叶片上风向主动偏航变桨距功率调节变桨距功率调节双馈式变速恒频控制双馈式变速恒频控制机组技术特点机组技术特点机组示意图机组技术特点机组技术特点l变桨距调节是沿桨叶的纵轴旋转叶片,通过叶片迎风角度的变化来控制叶轮吸收的能量,保持在高风速情况下输出功率在限制范围内;l优点:机组起动性能好,高风速下输出功率稳定,机组结构受力小,停机方便安全;l缺点:增加桨距调节系统,增加了故障几率,设备造价增加,控制程序比较复杂。机组技术特点机组技术特点桨距变化示意图机组技术特点机组技术特点l变转速机组的优点气动效率高,对风能的利用充分机械传动系统的冲击应力小功率输出相对
3、变化率低机组结构重量小l变转速机组缺点功率对电网波动敏感设备造价高维护量大,维护难度高机组技术特点机组技术特点l尖速比叶轮叶尖线速度/设计额定风速l设计要求的尖速比,是指在此尖速比上,所有的空气动力学参数接近于它们的最佳值,以及叶轮效率达到最大值l目前风力发电机组一般属于高速风力发电机组,取58。尖速比叶片数量机组类型12420低速3438中速5824高速81512高速机组技术特点机组技术特点051 01 52 02 50.00.10.20.30.40.5CpV(m/s)风能利用系数随风速变化曲线风能利用系数随风速变化曲线转速转速r/min051 01 52 02 51 081624风速(风速
4、(m/s)转速随风速变化转速随风速变化尖速比尖速比051 01 52 02 51 051015机组技术特点机组技术特点01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 0491419风速功率变转速定转速机组技术特点机组技术特点l变转速的实现有双馈、直驱、同步机等多种,l双馈异步发电机l优点使用标准绕线式发电机变流器容量仅为发电机额定容量的30-40%l缺点控制系统复杂,维护工作量大转速变化范围相对较小机组整体介绍机组整体介绍名称技术参数单位额定功率850kW叶轮直径52/58m扫风面积2642m轮毂中心高度44/55/65m叶轮转速14.5-25.8rpm允许运行的环境温度
5、-20T+40总重量23(机舱)+11.5(叶轮)=34.5T机组整体介绍机组整体介绍机组整体介绍机组整体介绍l叶片与变桨机构l传动系统l液压系统l偏航(对风)系统l电气系统l变频变速系统叶片及变桨机构叶片及变桨机构长度28.3米材质玻璃纤维、聚酯、碳纤维、环氧树脂气动刹车系统全长叶片顺桨叶片轴承4点接触球轴承翼型NACA 63.XXX+FFAW3扭角16.4度叶片最大弦长1.9米叶尖弦长0.4米单只叶片重量2.4吨叶片及变桨机构叶片及变桨机构制作叶片矩形梁叶片及变桨机构叶片及变桨机构外蒙皮制作外蒙皮制作叶片及变桨机构叶片及变桨机构合模合模叶片及变桨机构叶片及变桨机构表面修磨叶片及变桨机构叶片
6、及变桨机构l变桨机构是由液压动力驱动的一套复杂的曲柄连杆机构,将液压活塞的直线运动转化为叶片的圆周运动,l主要组成部分:液压缸:产生动力变桨杆:力矩传递变桨轴承:旋转与不旋转部件之间的连接部件曲柄连杆机构:力矩方向的转变导向杆:保证运动方向锁定装置:锁定动作机构叶片及变桨机构叶片及变桨机构l液压缸安装在齿轮箱后部,双作用缸l液压活塞中空,安装有桨叶角度传感器部分元件液压缸角度传感器叶片及变桨机构叶片及变桨机构l变桨杆从齿轮箱一轴(空心轴)穿过,经过主轴伸出,外部有一保护性导向套管,在主轴出口处有一滑动轴承,变桨杆叶片及变桨机构叶片及变桨机构l由于液压活塞杆在工作过程中不允许转动,因此必须保证其
7、不随叶轮转动而转动。变桨轴承叶片及变桨机构叶片及变桨机构变桨轴承剖面图叶片及变桨机构叶片及变桨机构三角形横梁锁定杆导向杆轮毂叶片及变桨机构叶片及变桨机构三角形横梁连杆叶根轴承叶片及变桨机构叶片及变桨机构轮毂内部图片叶片及变桨机构叶片及变桨机构变桨机构动作示意图变桨机构动作示意图传动系统传动系统l传动系统包括:主轴:由前后轴承、轴承支撑、传动轴组成收缩盘:两段式结构齿轮箱:可选用不同类型的齿轮箱,ISO VG320润滑油,强制、飞溅混合润滑方式,强制冷却,传动比约61.7:1,联轴器:可选用不同类型的联轴器,刹车盘及液压卡钳:安装在齿轮箱高速轴上的刹车盘,液压卡钳3组,由液压装置提供动力,传动系
8、统传动系统l转速监测:叶轮转速传感器B400:检测叶轮转速,安装在主轴前端;Azimuth传感器S404:未使用发电机转速传感器B401:检测齿轮箱高速轴转速,安装在盘式制动器支座上;VOG传感器B430:为VOG(Vestas过速监测模块)提供独立的转速信号;传动系统传动系统l收缩盘:主轴与齿轮箱连接采用了两段式收缩盘传动系统传动系统l安装与拆卸收缩盘的注意事项:安装时以正确序列分几轮依次地锁紧所有的螺栓,不要依对角线序列紧固螺栓!拆卸时过程类似于安装,但是顺序相反。一致且按顺序地松开螺栓。最初每个螺栓仅松开四分之一圈。不要完全卸下螺栓!千斤顶螺母传动系统传动系统l主润滑过滤系统:机械轴输出
9、,温度控制冷却回路;l辅助冷却系统:电动泵,辅助冷却;l辅助过滤系统:齿轮油过滤;l冷却器及风扇:双风扇分级冷却l油加热器:低温加热传动系统传动系统名称启动温度停止温度备注机械泵2无无恒温阀4560逐渐开启风扇A5550风扇B6155辅助冷却泵195955辅助过滤泵224035加热器58齿轮油冷却系统各部件动作值传动系统传动系统l刹车系统结构图液压系统液压系统l液压系统的功能:驱动变桨系统,改变叶片迎风角度;驱动齿轮箱高速轴上的盘式刹车l主要参数:泵功率:4kW,690V,4极压力范围:180200Bar油箱容积:80L工作油量:70L液压系统液压系统l液压系统图示意红色表示管路中有高的压力橙
10、色表示管路中有较低的压力蓝色表示管路中没有压力(与油箱压力相同)红色虚线表示有压力的控制管路蓝色虚线表示回流到油箱的控制管路蓝色线圈表示导通的电磁阀线圈,并标识电磁阀实际位置液压系统液压系统变桨趋向87状态液压系统液压系统变桨趋向5状态液压系统液压系统紧急状态液压系统液压系统停机状态液压系统液压系统l比例阀是该液压系统中的核心部件,通过比例阀实现对系统压力、流量、方向的无级调节,实现了桨距的平稳调节;l比例控制是在开关控制技术和伺服控制技术间的过渡技术,它具有控制原理简单、控制精度高、抗污染能力强、价格适中等特点。它是在普通液压阀基础上,用比例电磁铁取代阀的调节机构及普通电磁铁构成的。液压系统
11、液压系统l比例阀内部结构示意图偏航(对风)系统偏航(对风)系统l偏航系统是风力发电机特有的一随动伺服系统,当风力机机舱与主风向之间发生偏差时,控制器将控制偏航驱动装置转动机舱,对准主风向。主要有两大功能:使机舱主动对准主风向由于主动对风,机舱电缆发生缠绕时,自动解缆偏航(对风)系统偏航(对风)系统l在满足风力机系统无故障,风速持续10分钟达到偏航风 速,电网电压和频率持续10分钟无异常情况下,可实现主动对风。l首先采样30s的风向,通过30s内风向在某一方位的频率来判断风力机是否已对风,或是需要顺时针偏航或逆时针偏航。偏航(对风)系统偏航(对风)系统l当控制器收到顺/逆时针偏航位置开关信号时,
12、执行自动解缆;l解缆过程中,根据位置信号确定逆/顺时针解缆方向,当收到中间位置开关信号时偏航制动,自动清除故障信息,返回自动偏航过程。偏航(对风)系统偏航(对风)系统偏航减速器小齿轮外齿圈小齿轮偏航减速器偏航(对风)系统偏航(对风)系统机舱卡钳螺栓底部滑块偏航段顶部滑块外齿圈碟簧径向滑块偏航(对风)系统偏航(对风)系统偏航(对风)系统偏航(对风)系统电气系统电气系统l电气系统主要由传感器、控制器和电气执行回路三部分组成;l传感器负责监测对象状态数据转换,如风速、风向、温度、转速、角度、振动及部分开关位置信号等;l控制器负责数据计算,并输出;l电气执行负责将计算结果执行与传递;电气系统电气系统l
13、传感器种类主要为:风速、风向传感器温度传感器油位传感器振动传感器转速传感器扭缆传感器位移传感器(桨叶角度)压力传感器光电编码器电气系统电气系统l风速、风向传感器电气系统电气系统lIcefree III风速仪:旋转一四极磁铁,在一低阻抗线圈中产生一与风速成比例的交流正弦输出;对应关系:m/s=(Hz0.572)+1输出输出电气系统电气系统l风向仪原理:半环随着风向标的转动而摆动;根据两个成90布置的光电管通断的不同百分比,可以判断机舱与实际风向的偏差。实际给出的时偏差值而不是风的方向,同时由于风的不稳定性,有一较长的延时;电气系统电气系统l扭缆传感器电气系统电气系统电气系统电气系统l位移传感器(
14、桨叶角度)为一磁致收缩位置传感器,变桨角度的位置传感器是一长度的线性测量。测量长度通过在保护管内部波导管内传输的一电流脉冲完成;l波导管是一种波导物质边界装置,形状是一根固体电介质杆或充满电介质的管状导体,可导引高频电磁波l磁致伸缩指一些金属(如铁或镍),在磁场作用下具有伸缩能力,电气系统电气系统l磁致伸缩的原理是利用两个不同的磁场相交时产生一个应变脉冲信号,然后计算这个信号被探测的时间周期,从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自活动磁铁,另一个来自传感器头的电子部件产生的电流脉冲。这个询问信号脉冲沿着传感器内以磁致伸缩材料制成的波导管,以声音的速度运行。当两个磁场相交时,波导管产生磁致伸缩
15、现象,产生一个应变脉冲(也称“波导扭曲”,或简称“返回”脉冲)。这个返回信号脉冲很快被电子头的感测电路探测到。从产生询问信号的一刻到返回信号被探测到所需的时间周期乘以固定的声音速度,便能准确的计算出磁铁的位置变动。这个过程是连续不断的,所以每当活动磁铁被带动时,新的位置就会被很快的感测出来。电气系统电气系统l编码器:电气系统电气系统l增量型编码器(旋转型)工作原理:l由一个中心有轴的光电码盘,其上有环形通、暗的刻线,有光电发射和接收器件读取,获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D,每个正弦波相差90度相位差(相对于一个周波为360度),将C、D信号反向,叠加在A、B两相上,可增强稳定信号;另每
16、转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。l由于A、B两相相差90度,可通过比较A相在前还是B相在前,以判别编码器的正转与反转,通过零位脉冲,可获得编码器的零位参考位。电气系统电气系统l控制系统组成部分:底部CCU(AK9330)顶部的PLC模块显示屏通讯模块电气系统电气系统l地面控制器(CCU或者AK9330)功能将设备连接到电网;调节转子母线电压;测试初始电机相角;使发电机与电网之间保持同步;控制发电机的定子功率;计算和记录电网的电流、电压、频率和电机输出功率;电气系统电气系统偏航系统的控制运行状态控制液压组件控制统计峰值记录和计算温度计数器记录和计算风速日志记录控制冷却风扇与电网连接/断开连接
17、发电机过速保护初始电极测试系统通信管理发电机运行于星形或者三角形连接变桨控制整流器/倒换器连接/断开连接控制参数计算控制参数的修改接口lPLC模块功能电气系统电气系统BH2001BH2102BH2502BH2501BH2311BH2331BH2351BH241224V电源 处理器 光纤通信模块 通信模块 数字量输入模块 数字量输出模块 模拟输入模块 计数器卡电气系统电气系统电气系统电气系统电气系统电气系统l发电机出线为Y/接可变化方式;l在低功率状况下发电机Y接,速度变化范围大,且减少了损耗,但输出功率受限;l高功率时发电机接,转速变化范围小(允许的最低转速高),输出功率可达到额定功率;l在Y
18、/接切换过程中,风力机功率需要跳变为零,但转速变化为连续变化。电气系统电气系统Y形直接同步900rpm形直接同步1400rpmY形到形的同步切换1600rpm形到Y形的同步切换1200rpm额定功率1600rpmlY/接之间切换主要受发电机转速控制,为避免突然跳变,用+28rpm/s的加速和-15rpm/s的减速进行了平滑过渡;变频变速系统变频变速系统lGamesa G52/58机组的变速控制采用了双馈调速技术,由于定子与转子两侧都有能量的馈送,所以称为双馈调速,是目前风力发电中常用的调速技术之一;变频变速系统变频变速系统l双馈调速技术采用普通异步绕线式电机,在电机的定、转子三相绕组分别接入两
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