风电机组试验台的设计与改造

陈亮

摘 要：风电产品质量是关乎风机企业生存发展的重要因素，为了避免质量问题导致二次吊装，必须对风电机组进行工厂测试和功率试验。因此，搭建一个功能完善、操作便捷、安全可靠的风机试验台已成为工厂建设的首要任务。该文根据2.0 MW风机试验台的两次项目实施方案和经验，对试验台的结构进行简要介绍，并论述了改进方案和改进效果。

关键词：风力发电 试验台 技术改造

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我国风电产业发展迅猛，截至2009年底我国累计风电装机容量居世界第二位，新增风电装机已跃居世界之首[1]。由于大型风电机组制造与吊装成本非常高，加之行业竞争日趋激烈，厂商纷纷想方设法保证风机质量，避免质量问题导致二次吊装带来巨大损失。因此，搭建一个适合风电机组运行测试的的风机试验台成为工厂建设的首要任务。

2 风电试验台实施方案

原风电试验台总占地面积1000 m2，由基础、台架、拖动电机、陪试齿轮箱、电气控制系统、数据采集系统、监控系统几部分组成。

（1）基础

2.0 MW风力发电机组机舱总重76 t，额定转速1800 rpm，额定扭矩11400 Nm，为保证拖动电机、台架以及齿轮箱等部件的稳定性，减少震动，本试验台建立了以钢筋混水泥地基和T型槽钢地轨组成的地面基础。

（2）台架

试验台传动部件间均为弹性连接，并且采用方向性要求较低的万向节联轴器，齿轮箱与发电机支架采用橡胶垫减震器减小振动传递，使得整个试验台架对振动要求较低，只需避免台架的固有频率fn与转子转动频率fe相耦合即可。

假设试验台基础为无限大，则电动机台位的固有频率：

ωn-转子额定转速；∑k-系统刚度；∑m-电机与支架总质量 （1）

经试验测量，电机转速为900～1000 rpm时振动最大，即共振频率fn=15 Hz，其他工况下电动机的台架振动小于2 mm/s2，风电整机振动小于1 mm/s2。

（3）电气控制系统

试验台采用了西门子交流驱动Master Driver系列变频器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M组成的变频调速系统和自动化控制系统。具有调节精度高、控制稳定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特点。

（4）数据采集与监控系统

传感器与采集系统是试验台必不可少的一部分，所有的产品特性和参数都是通过传感器来检测，并且通过采集系统以数据的形式反映出来。本兆瓦级风机试验台可实现以下测试功能[2-7]：

1）风机全风况运行测试（启动、升速、并网、发电、脱网等）

2）部分功率、全功率、过载和故障状态测试；

3）产品运转性能测试，包括振动、噪声和温升情况；

4）并网谐波含量分析和电能质量分析；

5）风机效率测试；

6）风机保护系统功能测试；

3 试验台改进方案

新试车台经过重新设计，总结使用过程中的各类问题，提出了改进措施，优化产品试验工艺，使新试验台更加高效率、低功耗、人性化。

（1）台架基础改进

针对风机试验台整体较高带来安装调试不便的问题，在新设计中通过地坑将台位整体降低1.5 m，解决了吊装和调试过程中人员爬高的问题，操作便利，减少了安全隐患。

（2）冷却控制系统优化

发电机热平衡是影响试车时间的最关键因素，试验过程既要保证测试完整性，也要将实验时间尽量缩小到最短，以提高生产效率和降低能耗。本次设计改造将发电机尾翼冷却风扇改为自动控制调节。对比以往恒功率风扇冷却，具有如下优点：

1）高低速切换，使发电机冷却水温既不会太低，也不会超过极限值；

2）闭环控制，通过在试验中调试优化，将发电机水温维持在极限值附近，提高绕组温升速度，在保证冷却功率的情况下，将温度平衡时间缩至最短。

（3）机械部件的改制

低速端联轴器是作为连接陪试齿轮箱与整机的机械部件，其运行环境为低转速、无振动、大扭矩运行。根据联轴器转矩计算公式：

Tca=KT K-工况系数；T-输出轴名义转矩 （2）

在试验时，低速端输出扭矩约为1345.5 kNm，由于试验台工作时扭矩变化较小，故工况系数K取Ⅱ类平稳性工况K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，据此公称扭矩，并为减少占用空间，在新试验台搭建时对低速十字轴万向节联轴器进行了重新选型采购，尺寸缩短为3200 mm，重量8.9 T，价格降低了20%。既节省了使用空间，又降低了成本。

4 结语

新试验台经过重新设计改造，分别从机械和电气控制方面做出了优化设计，使新试验台在发挥原有试验功能的前提下，安装更加简便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。实现了节能降耗、提高效率的目的。

参考文献

[1] 李俊峰，施鹏飞，高虎，等.中国风电发展报告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，风力发电机组控制器试验方法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，电能质量电力系统频率偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，电能质量三项电压不平衡[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] GB12326-2008，电能质量电压波动和闪变[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，电能质量公用电网谐波[S].北京：中国标准出版社，1993.

[7] GB12325-2008，电能质量供电电压允许偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.endprint

摘 要：风电产品质量是关乎风机企业生存发展的重要因素，为了避免质量问题导致二次吊装，必须对风电机组进行工厂测试和功率试验。因此，搭建一个功能完善、操作便捷、安全可靠的风机试验台已成为工厂建设的首要任务。该文根据2.0 MW风机试验台的两次项目实施方案和经验，对试验台的结构进行简要介绍，并论述了改进方案和改进效果。

关键词：风力发电 试验台 技术改造

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我国风电产业发展迅猛，截至2009年底我国累计风电装机容量居世界第二位，新增风电装机已跃居世界之首[1]。由于大型风电机组制造与吊装成本非常高，加之行业竞争日趋激烈，厂商纷纷想方设法保证风机质量，避免质量问题导致二次吊装带来巨大损失。因此，搭建一个适合风电机组运行测试的的风机试验台成为工厂建设的首要任务。

2 风电试验台实施方案

原风电试验台总占地面积1000 m2，由基础、台架、拖动电机、陪试齿轮箱、电气控制系统、数据采集系统、监控系统几部分组成。

（1）基础

2.0 MW风力发电机组机舱总重76 t，额定转速1800 rpm，额定扭矩11400 Nm，为保证拖动电机、台架以及齿轮箱等部件的稳定性，减少震动，本试验台建立了以钢筋混水泥地基和T型槽钢地轨组成的地面基础。

（2）台架

试验台传动部件间均为弹性连接，并且采用方向性要求较低的万向节联轴器，齿轮箱与发电机支架采用橡胶垫减震器减小振动传递，使得整个试验台架对振动要求较低，只需避免台架的固有频率fn与转子转动频率fe相耦合即可。

假设试验台基础为无限大，则电动机台位的固有频率：

ωn-转子额定转速；∑k-系统刚度；∑m-电机与支架总质量 （1）

经试验测量，电机转速为900～1000 rpm时振动最大，即共振频率fn=15 Hz，其他工况下电动机的台架振动小于2 mm/s2，风电整机振动小于1 mm/s2。

（3）电气控制系统

试验台采用了西门子交流驱动Master Driver系列变频器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M组成的变频调速系统和自动化控制系统。具有调节精度高、控制稳定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特点。

（4）数据采集与监控系统

传感器与采集系统是试验台必不可少的一部分，所有的产品特性和参数都是通过传感器来检测，并且通过采集系统以数据的形式反映出来。本兆瓦级风机试验台可实现以下测试功能[2-7]：

1）风机全风况运行测试（启动、升速、并网、发电、脱网等）

2）部分功率、全功率、过载和故障状态测试；

3）产品运转性能测试，包括振动、噪声和温升情况；

4）并网谐波含量分析和电能质量分析；

5）风机效率测试；

6）风机保护系统功能测试；

3 试验台改进方案

新试车台经过重新设计，总结使用过程中的各类问题，提出了改进措施，优化产品试验工艺，使新试验台更加高效率、低功耗、人性化。

（1）台架基础改进

针对风机试验台整体较高带来安装调试不便的问题，在新设计中通过地坑将台位整体降低1.5 m，解决了吊装和调试过程中人员爬高的问题，操作便利，减少了安全隐患。

（2）冷却控制系统优化

发电机热平衡是影响试车时间的最关键因素，试验过程既要保证测试完整性，也要将实验时间尽量缩小到最短，以提高生产效率和降低能耗。本次设计改造将发电机尾翼冷却风扇改为自动控制调节。对比以往恒功率风扇冷却，具有如下优点：

1）高低速切换，使发电机冷却水温既不会太低，也不会超过极限值；

2）闭环控制，通过在试验中调试优化，将发电机水温维持在极限值附近，提高绕组温升速度，在保证冷却功率的情况下，将温度平衡时间缩至最短。

（3）机械部件的改制

低速端联轴器是作为连接陪试齿轮箱与整机的机械部件，其运行环境为低转速、无振动、大扭矩运行。根据联轴器转矩计算公式：

Tca=KT K-工况系数；T-输出轴名义转矩 （2）

在试验时，低速端输出扭矩约为1345.5 kNm，由于试验台工作时扭矩变化较小，故工况系数K取Ⅱ类平稳性工况K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，据此公称扭矩，并为减少占用空间，在新试验台搭建时对低速十字轴万向节联轴器进行了重新选型采购，尺寸缩短为3200 mm，重量8.9 T，价格降低了20%。既节省了使用空间，又降低了成本。

4 结语

新试验台经过重新设计改造，分别从机械和电气控制方面做出了优化设计，使新试验台在发挥原有试验功能的前提下，安装更加简便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。实现了节能降耗、提高效率的目的。

参考文献

[1] 李俊峰，施鹏飞，高虎，等.中国风电发展报告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，风力发电机组控制器试验方法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，电能质量电力系统频率偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，电能质量三项电压不平衡[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] GB12326-2008，电能质量电压波动和闪变[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，电能质量公用电网谐波[S].北京：中国标准出版社，1993.

[7] GB12325-2008，电能质量供电电压允许偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.endprint

摘 要：风电产品质量是关乎风机企业生存发展的重要因素，为了避免质量问题导致二次吊装，必须对风电机组进行工厂测试和功率试验。因此，搭建一个功能完善、操作便捷、安全可靠的风机试验台已成为工厂建设的首要任务。该文根据2.0 MW风机试验台的两次项目实施方案和经验，对试验台的结构进行简要介绍，并论述了改进方案和改进效果。

关键词：风力发电 试验台 技术改造

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）06（b）-0072-01

1 背景

近年，我国风电产业发展迅猛，截至2009年底我国累计风电装机容量居世界第二位，新增风电装机已跃居世界之首[1]。由于大型风电机组制造与吊装成本非常高，加之行业竞争日趋激烈，厂商纷纷想方设法保证风机质量，避免质量问题导致二次吊装带来巨大损失。因此，搭建一个适合风电机组运行测试的的风机试验台成为工厂建设的首要任务。

2 风电试验台实施方案

原风电试验台总占地面积1000 m2，由基础、台架、拖动电机、陪试齿轮箱、电气控制系统、数据采集系统、监控系统几部分组成。

（1）基础

2.0 MW风力发电机组机舱总重76 t，额定转速1800 rpm，额定扭矩11400 Nm，为保证拖动电机、台架以及齿轮箱等部件的稳定性，减少震动，本试验台建立了以钢筋混水泥地基和T型槽钢地轨组成的地面基础。

（2）台架

试验台传动部件间均为弹性连接，并且采用方向性要求较低的万向节联轴器，齿轮箱与发电机支架采用橡胶垫减震器减小振动传递，使得整个试验台架对振动要求较低，只需避免台架的固有频率fn与转子转动频率fe相耦合即可。

假设试验台基础为无限大，则电动机台位的固有频率：

ωn-转子额定转速；∑k-系统刚度；∑m-电机与支架总质量 （1）

经试验测量，电机转速为900～1000 rpm时振动最大，即共振频率fn=15 Hz，其他工况下电动机的台架振动小于2 mm/s2，风电整机振动小于1 mm/s2。

（3）电气控制系统

试验台采用了西门子交流驱动Master Driver系列变频器和S7-400PLC以及分布式IO ET200M组成的变频调速系统和自动化控制系统。具有调节精度高、控制稳定性高、故障率低、安全性能高、操作便利等特点。

（4）数据采集与监控系统

传感器与采集系统是试验台必不可少的一部分，所有的产品特性和参数都是通过传感器来检测，并且通过采集系统以数据的形式反映出来。本兆瓦级风机试验台可实现以下测试功能[2-7]：

1）风机全风况运行测试（启动、升速、并网、发电、脱网等）

2）部分功率、全功率、过载和故障状态测试；

3）产品运转性能测试，包括振动、噪声和温升情况；

4）并网谐波含量分析和电能质量分析；

5）风机效率测试；

6）风机保护系统功能测试；

3 试验台改进方案

新试车台经过重新设计，总结使用过程中的各类问题，提出了改进措施，优化产品试验工艺，使新试验台更加高效率、低功耗、人性化。

（1）台架基础改进

针对风机试验台整体较高带来安装调试不便的问题，在新设计中通过地坑将台位整体降低1.5 m，解决了吊装和调试过程中人员爬高的问题，操作便利，减少了安全隐患。

（2）冷却控制系统优化

发电机热平衡是影响试车时间的最关键因素，试验过程既要保证测试完整性，也要将实验时间尽量缩小到最短，以提高生产效率和降低能耗。本次设计改造将发电机尾翼冷却风扇改为自动控制调节。对比以往恒功率风扇冷却，具有如下优点：

1）高低速切换，使发电机冷却水温既不会太低，也不会超过极限值；

2）闭环控制，通过在试验中调试优化，将发电机水温维持在极限值附近，提高绕组温升速度，在保证冷却功率的情况下，将温度平衡时间缩至最短。

（3）机械部件的改制

低速端联轴器是作为连接陪试齿轮箱与整机的机械部件，其运行环境为低转速、无振动、大扭矩运行。根据联轴器转矩计算公式：

Tca=KT K-工况系数；T-输出轴名义转矩 （2）

在试验时，低速端输出扭矩约为1345.5 kNm，由于试验台工作时扭矩变化较小，故工况系数K取Ⅱ类平稳性工况K=1.5。由此可得：Tca=KT=2018.25 kNm，据此公称扭矩，并为减少占用空间，在新试验台搭建时对低速十字轴万向节联轴器进行了重新选型采购，尺寸缩短为3200 mm，重量8.9 T，价格降低了20%。既节省了使用空间，又降低了成本。

4 结语

新试验台经过重新设计改造，分别从机械和电气控制方面做出了优化设计，使新试验台在发挥原有试验功能的前提下，安装更加简便，使用更加安全，并且能耗降低，操作使用更加人性化。实现了节能降耗、提高效率的目的。

参考文献

[1] 李俊峰，施鹏飞，高虎，等.中国风电发展报告[M].海口：海南出版社，2010.

[2] GB/T19070-2003，风力发电机组控制器试验方法[S].北京：中国标准出版社，2003.

[3] GB/T15945-2008，电能质量电力系统频率偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.

[4] GB/T15543-2008，电能质量三项电压不平衡[S].北京：中国标准出版社，2008.

[5] GB12326-2008，电能质量电压波动和闪变[S].北京：中国标准出版社，2008.

[6] GB/T14549-93，电能质量公用电网谐波[S].北京：中国标准出版社，1993.

[7] GB12325-2008，电能质量供电电压允许偏差[S].北京：中国标准出版社，2008.endprint