第八章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)

1、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組監(jiān)測(cè)與控制第八章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與性能測(cè)試第八章風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與性能測(cè)試第一節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)第二節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能測(cè)試第一節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)用的傳感器類型二、被監(jiān)測(cè)部件三、信號(hào)測(cè)量與分析一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)用的傳感器類型1.振動(dòng)分析2.油品分析3.溫度監(jiān)測(cè)4.應(yīng)力傳感器5.電參數(shù)監(jiān)測(cè)6.其他監(jiān)測(cè)1.振動(dòng)分析振動(dòng)分析是對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中使用最廣泛的方法。這個(gè)類型的傳感器可以由其監(jiān)測(cè)的機(jī)械頻率來(lái)分類：對(duì)于低頻區(qū)域?yàn)槲恢脗鞲衅鳌?duì)于中頻區(qū)域?yàn)樗俣葌鞲衅?、?duì)于高頻區(qū)域?yàn)榧铀俣葌鞲衅鳌?duì)于甚高頻區(qū)域?yàn)槟芰款l譜傳感器。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，該類型的傳感器主

2、要被用于監(jiān)測(cè)齒輪箱的齒輪和軸承、發(fā)電機(jī)軸承和主軸承運(yùn)行狀態(tài)。2.油品分析油品分析有兩個(gè)目的，一是監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油的質(zhì)量，二是監(jiān)測(cè)被潤(rùn)滑的工件質(zhì)量。油品分析在大多數(shù)情況下都是離線的，但目前也已經(jīng)有了商業(yè)化的在線油品監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油品中的水分和微粒。除此之外，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)液壓系統(tǒng)過(guò)濾器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)已經(jīng)被廣泛采用，這在某種程度上也可被視為是對(duì)液壓油質(zhì)量的監(jiān)測(cè)。工件的性能通常只有失效檢測(cè)，但通過(guò)對(duì)其潤(rùn)滑油的分析可以了解到工件的磨損程度。3.溫度監(jiān)測(cè)溫度傳感器通常用來(lái)監(jiān)測(cè)電子元件和電氣元件的失效。在設(shè)備劣化或過(guò)負(fù)荷的情況下，溫度值可以很直觀地反映設(shè)備運(yùn)行故障。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，在發(fā)電機(jī)、變

3、流器和齒輪箱等設(shè)備內(nèi)都安裝有很多溫度傳感器。4.應(yīng)力傳感器應(yīng)力傳感器可以用來(lái)監(jiān)測(cè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)載荷和低速軸轉(zhuǎn)矩，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)驗(yàn)證和壽命預(yù)期有很重要的意義。目前被認(rèn)為最適合風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行應(yīng)力測(cè)試使用的是光纖應(yīng)力傳感器，它具有耐環(huán)境性能優(yōu)越、抗電磁干擾、體積小和靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。5.電參數(shù)監(jiān)測(cè)作為發(fā)電機(jī)組，電參數(shù)是其重要的性能指標(biāo)。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)連接點(diǎn)的各項(xiàng)電參數(shù)表征了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電性能和對(duì)電網(wǎng)的適應(yīng)能力，而變流、變槳等子系統(tǒng)的電參數(shù)監(jiān)測(cè)則是為了實(shí)時(shí)了解其運(yùn)行狀態(tài)。6.其他監(jiān)測(cè)其他參數(shù)，如葉輪轉(zhuǎn)速、風(fēng)速、槳距角、液壓壓力等是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本參數(shù)，表征了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基本運(yùn)

4、行狀態(tài)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于這些基本參數(shù)來(lái)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)作出評(píng)價(jià)的。二、被監(jiān)測(cè)部件1.槳葉2.傳動(dòng)軸系3.塔架二、被監(jiān)測(cè)部件圖8-1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)點(diǎn)1二、被監(jiān)測(cè)部件圖8-2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)點(diǎn)21.槳葉圖8-3葉片載荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2.傳動(dòng)軸系(1)低速轉(zhuǎn)動(dòng)的主軸、主軸承以及軸承座。(2)增速齒輪箱及其彈性支撐。(3)高速軸聯(lián)軸器、發(fā)電機(jī)及其彈性支撐。圖8-4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的傳動(dòng)軸系2.傳動(dòng)軸系3.塔架塔架在不均衡的葉輪載荷作用下將形成前后和左右方向的振動(dòng)，當(dāng)其振動(dòng)過(guò)強(qiáng)或其振動(dòng)頻率與塔架本身的自振頻率接近而引起共振時(shí)將造成嚴(yán)重的破壞作用，所以控制系統(tǒng)一方面以控制變槳操作為手段，可以參與對(duì)不均衡

5、的葉輪載荷的控制，另一方面也必須監(jiān)測(cè)塔架的振動(dòng)情況。由于機(jī)艙的偏航影響，塔架振動(dòng)的監(jiān)測(cè)經(jīng)常在機(jī)艙進(jìn)行。塔架振動(dòng)的頻率很低，振動(dòng)的方向也不受外在約束，所以需要多軸向的測(cè)量與可靠的濾波技術(shù)。通常塔架的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由多軸向的振動(dòng)傳感器和一個(gè)數(shù)據(jù)分析模塊構(gòu)成。傳感器的信號(hào)被實(shí)時(shí)傳送到數(shù)據(jù)分析模塊，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算后將結(jié)果經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線傳送給風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)。三、信號(hào)測(cè)量與分析(一)葉片載荷及其對(duì)塔架振動(dòng)的影響(二)傳動(dòng)軸系的振動(dòng)分析(三)振動(dòng)信號(hào)及其基本特征(一)葉片載荷及其對(duì)塔架振動(dòng)的影響圖8-5恒定風(fēng)力下的葉根彎矩(二)傳動(dòng)軸系的振動(dòng)分析1.分析方法2.低速軸3.齒輪箱4.發(fā)電機(jī)5.智能評(píng)估1.分

6、析方法(1)研究和獲得正常運(yùn)行情況下軸系的振動(dòng)參數(shù)，包括基頻的幅值、相位，2倍頻等高次諧波的幅值和相位，次諧波、半倍頻幅值、相位，正常運(yùn)行振動(dòng)譜上的其他重要成分的頻率幅值，時(shí)域波形的形狀、統(tǒng)計(jì)特性。(2)對(duì)當(dāng)前軸系的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、相位分析和時(shí)域波形的觀察、統(tǒng)計(jì)分析等，提取出當(dāng)前軸系振動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)，并將這些特征參數(shù)與正常運(yùn)行情況下的特征參數(shù)進(jìn)行比較。(3)對(duì)各個(gè)傳感器位置的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行聯(lián)合分析，包括傳感器信號(hào)的相似性分析。觀察和分析哪些傳感器位置信號(hào)變化較為明顯。1.分析方法(4)進(jìn)行趨勢(shì)分析。在進(jìn)行趨勢(shì)分析的過(guò)程中，不但要分析峰-峰值的變化趨勢(shì)，還要分析基頻、2倍頻等頻率的變化趨勢(shì)

7、。不但要分析頻率的變化趨勢(shì)，還要分析相位的變化趨勢(shì)，同時(shí)要將它們聯(lián)系起來(lái)，分析彼此之間的相互關(guān)系。(5)對(duì)于一些特殊情況，為進(jìn)一步說(shuō)明問(wèn)題和獲得更多信息，還須做進(jìn)一步試驗(yàn)，主要包括轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)試驗(yàn)、負(fù)荷調(diào)節(jié)試驗(yàn)、改變潤(rùn)滑系統(tǒng)的油壓和溫度等試驗(yàn)。2.低速軸圖8-6軸承缺陷的應(yīng)力響應(yīng)2.低速軸圖8-7滾動(dòng)軸承應(yīng)力波分析的過(guò)程2.低速軸圖8-7滾動(dòng)軸承應(yīng)力波分析的過(guò)程(續(xù))2.低速軸圖8-7滾動(dòng)軸承應(yīng)力波分析的過(guò)程(續(xù))2.低速軸圖8-7滾動(dòng)軸承應(yīng)力波分析的過(guò)程(續(xù))2.低速軸圖8-7滾動(dòng)軸承應(yīng)力波分析的過(guò)程(續(xù))3.齒輪箱圖8-8軸承缺陷評(píng)估的方法圖8-9發(fā)電機(jī)振動(dòng)信號(hào)的常用處理方法4.發(fā)電機(jī)5.智能

8、評(píng)估圖8-10根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行傳動(dòng)軸系振動(dòng)評(píng)估(三)振動(dòng)信號(hào)及其基本特征1.轉(zhuǎn)子不平衡2.轉(zhuǎn)子不對(duì)中3.轉(zhuǎn)子彎曲4.機(jī)械松動(dòng)5.滾動(dòng)軸承損壞6.動(dòng)靜摩擦7.齒輪8.葉片9.發(fā)電機(jī)10.三相電壓不平衡1.轉(zhuǎn)子不平衡由于設(shè)計(jì)、制造和安裝中轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻、結(jié)構(gòu)不對(duì)稱、加工和裝配誤差等原因和由于機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)熱彎曲、零件脫落或電磁力干擾而造成質(zhì)量偏心，致使旋轉(zhuǎn)時(shí)由于質(zhì)量不平衡而造成的振動(dòng)，這是旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最常見(jiàn)的故障。其特征是振動(dòng)方向通常都發(fā)生在徑向，振動(dòng)頻率即轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率，軸向的振幅很小。2.轉(zhuǎn)子不對(duì)中對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而言，傳動(dòng)軸系是由三部分組成的，如果制造、安裝及運(yùn)行過(guò)程中由于軸承支架、

9、機(jī)架或彈性支撐變形等原因的影響造成轉(zhuǎn)子不對(duì)中，那么也將產(chǎn)生軸系振動(dòng)。不對(duì)中可分為平行不對(duì)中、角度不對(duì)中及這兩者的組合。其主要特征是其振動(dòng)值與轉(zhuǎn)子負(fù)荷有關(guān)，隨負(fù)荷的增大而增大。平行不對(duì)中產(chǎn)生的振動(dòng)頻率是2倍的旋轉(zhuǎn)頻率，同時(shí)也存在多倍顫振；混合式不對(duì)中則除了徑向振動(dòng)外還存在軸向振動(dòng)。3.轉(zhuǎn)子彎曲轉(zhuǎn)子的初始彎曲是由于加工不良、殘余應(yīng)力或碰撞等原因引起的，將引起傳動(dòng)軸系的工頻振動(dòng)，通過(guò)振動(dòng)測(cè)量并不能把它與轉(zhuǎn)子不平衡區(qū)分開(kāi)來(lái)，而應(yīng)在低速轉(zhuǎn)動(dòng)下檢查轉(zhuǎn)子各部位的徑向跳動(dòng)量予以判定。4.機(jī)械松動(dòng)機(jī)械松動(dòng)造成的原因大致可以分為兩種：外松動(dòng)，即結(jié)構(gòu)、底板松動(dòng)或固定螺栓松動(dòng)；內(nèi)松動(dòng)，即轉(zhuǎn)子配合元件的松動(dòng)，如軸與軸承

10、內(nèi)圈、軸承蓋與軸承外圈。不論內(nèi)松動(dòng)或外松動(dòng)，振動(dòng)信號(hào)均表現(xiàn)為一倍與多倍旋轉(zhuǎn)頻率的振動(dòng)信號(hào)均增大，且徑向與軸向振動(dòng)信號(hào)具有相同特征。5.滾動(dòng)軸承損壞滾動(dòng)軸承由四個(gè)部件組成，為內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)件和保持器，這四個(gè)部件各有其特征頻率。軸承內(nèi)圈的特征頻率通常為旋轉(zhuǎn)頻率滾動(dòng)件數(shù)量60；軸承外圈的特征頻率通常為旋轉(zhuǎn)頻率滾動(dòng)件數(shù)量40；軸承保持器的特征頻率通常為旋轉(zhuǎn)頻率(4060)；軸承滾動(dòng)件的特征頻率通常為旋轉(zhuǎn)頻率的24倍。軸承元件損壞導(dǎo)致的振動(dòng)信號(hào)通常都包含特征頻率的諧波與旋轉(zhuǎn)頻率的諧波，徑向和軸向振動(dòng)信號(hào)具有相同的特征，有時(shí)軸承損壞時(shí)的特征也未必嚴(yán)格與上面所述的內(nèi)容對(duì)應(yīng)，實(shí)際情況和軸承的損壞程度以及負(fù)載

11、的變化情況有關(guān)系。6.動(dòng)靜摩擦由于轉(zhuǎn)子彎曲、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、間隙不足和非旋轉(zhuǎn)件變形等原因引起的轉(zhuǎn)子與固定件的接觸碰撞，常常會(huì)產(chǎn)生異常振動(dòng)。該振動(dòng)的頻帶比較寬，既有旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)分?jǐn)?shù)次振動(dòng)頻率也有高次諧波分量，并伴隨有異常噪聲，可根據(jù)振動(dòng)頻譜和聲譜進(jìn)行判別。在摩擦發(fā)生時(shí)，軸心軌跡總是與旋轉(zhuǎn)方向相反，由于摩擦還可能產(chǎn)生自激振動(dòng)，自激的振動(dòng)頻率為轉(zhuǎn)子的一階固有頻率，但振動(dòng)方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反。7.齒輪齒輪箱的嚙合頻率為軸系運(yùn)轉(zhuǎn)的固有頻率，在正常情況下應(yīng)均勻平穩(wěn)。齒輪箱的嚙合頻率為旋轉(zhuǎn)頻率齒數(shù)。當(dāng)齒面磨損、偏心或兩軸不平行時(shí)，齒輪箱的嚙合頻率將伴隨其諧波的產(chǎn)生，還將激發(fā)齒輪箱的固有頻率。8.葉片這里的葉

12、片是指發(fā)電機(jī)的內(nèi)部同軸冷卻扇葉，當(dāng)葉片出現(xiàn)不平衡、破損或刮擦等情況時(shí)，將在轉(zhuǎn)子的徑向和軸向產(chǎn)生振動(dòng)。葉片的特征頻率為旋轉(zhuǎn)頻率葉片數(shù)量。9.發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)電氣故障時(shí)也將影響傳動(dòng)軸系的振動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)氣隙不均時(shí)，將在軸系造成2倍電網(wǎng)頻率的徑向振動(dòng)。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生匝間故障時(shí)，將產(chǎn)生定子槽頻率振動(dòng)信號(hào)，該頻率為旋轉(zhuǎn)頻率定子槽數(shù)，在振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)將伴隨諧波。當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子籠條(籠型異步發(fā)電機(jī))或轉(zhuǎn)子槽(繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī))故障時(shí)，將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子頻率振動(dòng)信號(hào)，該頻率為旋轉(zhuǎn)頻率轉(zhuǎn)子籠條數(shù)或轉(zhuǎn)子槽數(shù)，在振動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生時(shí)將伴隨諧波。10.三相電壓不平衡三相電壓不平衡在現(xiàn)場(chǎng)是經(jīng)常出現(xiàn)的情況，在此情況下將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定

13、子三相電流的不平衡，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生2倍電網(wǎng)頻率的徑向振動(dòng)。大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷是非常復(fù)雜的，上面所述的只是一些最簡(jiǎn)單的例子。對(duì)于軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)的振動(dòng)檢測(cè)，其與設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成有極大關(guān)系，在實(shí)際運(yùn)行中也可能同時(shí)出現(xiàn)多種故障狀態(tài)互相影響的情況。在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用中積累實(shí)際的案例非常必要，既可為理論分析提供素材，又可支持理論分析，對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組這樣高可靠性的運(yùn)行要求具有非常重要的意義。第二節(jié)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能測(cè)試一、一般規(guī)定二、安全性及功能測(cè)試三、功率特性測(cè)試四、載荷測(cè)試五、噪聲測(cè)試六、電能品質(zhì)測(cè)試七、耐久性測(cè)試一、一般規(guī)定(一)樣機(jī)測(cè)試的基本要求(二)對(duì)被測(cè)試機(jī)組的要求(一)樣機(jī)測(cè)試的基本

14、要求對(duì)于新設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行樣機(jī)測(cè)試，包括以下項(xiàng)目：(1)安全性及功能測(cè)試。(2)功率特性測(cè)試。(3)載荷測(cè)試。(4)噪聲測(cè)量。(5)電能品質(zhì)測(cè)試。(6)耐久性測(cè)試。(二)對(duì)被測(cè)試機(jī)組的要求在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)評(píng)估的基礎(chǔ)上才能在風(fēng)電場(chǎng)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試。二、安全性及功能測(cè)試(一)一般要求(二)測(cè)試內(nèi)容(三)測(cè)試方法(四)測(cè)試結(jié)果(一)一般要求(1)安全及功能測(cè)試是確定測(cè)試條件下風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)特性以及與人員安全的有關(guān)要求符合本規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。(2)測(cè)試中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制及保護(hù)系統(tǒng)功能應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。(二)測(cè)試內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功能測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括：(1)機(jī)艙塔架振動(dòng)。(2)發(fā)電特性。(3)偏航穩(wěn)定

15、性。(4)轉(zhuǎn)速變化的平穩(wěn)性。(5)起動(dòng)穩(wěn)定性。(6)正常停機(jī)。(7)緊急停機(jī)。(8)葉輪制動(dòng)。(二)測(cè)試內(nèi)容風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括： (1)功率極限。(2)速度極限。(3)偏航控制。(4)振動(dòng)保護(hù)。(5)手動(dòng)停機(jī)。(6)失電保護(hù)。(7)扭纜保護(hù)。(8)超溫保護(hù)及油壓測(cè)量。(二)測(cè)試內(nèi)容人員安全性的測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括：(1)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的防護(hù)。(2)爬塔設(shè)施的安全性。(3)觸電保護(hù)。(三)測(cè)試方法(1)安全和功能測(cè)試方法可參考GB/T 19960.2-2005風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 通用試驗(yàn)方法及相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。(2)人員的安全性主要在于檢查設(shè)備的防護(hù)是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，安全結(jié)構(gòu)是否滿足強(qiáng)度要求以及漏電

16、保護(hù)開(kāi)關(guān)的有效性等方面。(四)測(cè)試結(jié)果安全及功能測(cè)試應(yīng)記錄各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，并對(duì)各部分的安全性做出實(shí)際的評(píng)估。三、功率特性測(cè)試(一)一般要求(二)測(cè)試內(nèi)容(三)測(cè)試方法(四)測(cè)試結(jié)果(一)一般要求(1)功率特性測(cè)試是為了提供功率特性曲線及預(yù)計(jì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組年均發(fā)電量。(2)測(cè)量條件、所用儀器、標(biāo)定及其分析方法應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并在測(cè)試報(bào)告中予以說(shuō)明。(二)測(cè)試內(nèi)容(1)場(chǎng)地標(biāo)定。(2)功率。(3)風(fēng)速、風(fēng)向、大氣壓力、大氣溫度、空氣密度和相對(duì)濕度。(4)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。(三)測(cè)試方法1.場(chǎng)地標(biāo)定2.測(cè)試方案與設(shè)備安裝3.測(cè)試(1)最大測(cè)量扇區(qū)。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行功率特性測(cè)試時(shí)，風(fēng)力發(fā)電

17、機(jī)組處風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的。(2)地形。(3)場(chǎng)地標(biāo)定原則。場(chǎng)地標(biāo)定的原則是在最大測(cè)量允許扇區(qū)中排除以下兩類區(qū)域：1)氣象桅桿受到測(cè)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、鄰近且正在運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或有影響障礙物的尾流影響的區(qū)域。2)測(cè)試風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受到鄰近且正在運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或有影響障礙物的尾流影響的區(qū)域。1.場(chǎng)地標(biāo)定1.場(chǎng)地標(biāo)定圖8-11氣象桅桿的最大測(cè)量允許扇區(qū)1.場(chǎng)地標(biāo)定表8-1測(cè)試要求-地形變化(1)測(cè)試方案。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率曲線是指風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率和風(fēng)速的關(guān)系，主要的測(cè)量物理量為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂高度處的自由流風(fēng)速。 (2)氣象桅桿上設(shè)備的安裝。風(fēng)速測(cè)量的準(zhǔn)確性對(duì)

18、功率特性測(cè)試特別重要，因此在安裝風(fēng)速計(jì)時(shí)要注意以下幾點(diǎn)：1)風(fēng)速計(jì)的高度應(yīng)與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輪轂中心高度相同，誤差2.5%以內(nèi)。2)風(fēng)速計(jì)在使用之前必須進(jìn)行標(biāo)定。3)風(fēng)速計(jì)安裝在氣象桅桿的頂部，傾斜角不應(yīng)大于2，應(yīng)使用傾斜計(jì)進(jìn)行校驗(yàn)。4)風(fēng)速計(jì)不能受到其他傳感器和防雷保護(hù)設(shè)備的干擾。2.測(cè)試方案與設(shè)備安裝2.測(cè)試方案與設(shè)備安裝圖8-12風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率特性測(cè)試系統(tǒng)2.測(cè)試方案與設(shè)備安裝圖8-13風(fēng)速計(jì)的安裝a)風(fēng)速計(jì)并列安裝2.測(cè)試方案與設(shè)備安裝圖8-13風(fēng)速計(jì)的安裝(續(xù))b)風(fēng)速計(jì)頂部安裝通常風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的發(fā)電量應(yīng)等于某一時(shí)間段功率曲線對(duì)時(shí)間的積分值，表達(dá)式如下：3.測(cè)試(1)測(cè)量數(shù)據(jù)的處理

19、。(2)數(shù)據(jù)篩選。3.測(cè)試(3)數(shù)據(jù)修正。(4)數(shù)據(jù)庫(kù)的要求。(5)測(cè)試數(shù)據(jù)的計(jì)算1)功率輸出計(jì)算：2)風(fēng)速計(jì)算：3.測(cè)試3)年發(fā)電量(AEP)計(jì)算。(四)測(cè)試結(jié)果功率特性測(cè)試結(jié)果應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)標(biāo)準(zhǔn)功率曲線。(2)功率系數(shù)曲線。(3)風(fēng)湍流引起的功率散點(diǎn)圖。(4)按風(fēng)速分布的功率特性數(shù)據(jù)表。(5)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)功率曲線，計(jì)算不同年平均風(fēng)速(輪轂高度處)的機(jī)組理論年發(fā)電量。(6)測(cè)試期間每日的溫差。(7)測(cè)試誤差分析。四、載荷測(cè)試(一)一般要求(二)測(cè)試內(nèi)容(三)測(cè)試方法(四)測(cè)試結(jié)果(一)一般要求(1)載荷測(cè)試是確定設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)及特定條件下的載荷量。(2)測(cè)試應(yīng)在與所提交認(rèn)可風(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)

20、及結(jié)構(gòu)上相類似的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行，兩者在細(xì)節(jié)上可有所差異。(二)測(cè)試內(nèi)容(1)葉片根部載荷(揮舞力矩、擺振力矩)。(2)葉輪載荷(俯仰力矩、偏航力矩和轉(zhuǎn)矩)。(3)塔架載荷(兩個(gè)方向的底部彎曲力距)，必要時(shí)測(cè)量頂部彎曲力距。(4)氣象參數(shù)，包括風(fēng)速、風(fēng)向、空氣溫度、空氣密度，必要時(shí)檢測(cè)風(fēng)切變和溫度梯度。(5)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，包括電功率、葉輪轉(zhuǎn)速、槳距角、偏航位置、葉輪方位角、電網(wǎng)條件。(三)測(cè)試方法1.載荷測(cè)量2.葉片根部彎矩測(cè)量3.偏航和俯仰彎矩測(cè)量4.風(fēng)輪扭矩測(cè)量5.塔基彎矩測(cè)量1.載荷測(cè)量(1)傳感器。載荷傳感器是一種直接或間接測(cè)量某一系統(tǒng)或部件承受的載荷的裝置。 (2)傳感器安

21、裝位置的選取。 1)在每單位載荷水平下，產(chǎn)生較高應(yīng)變的位置；2)應(yīng)力和載荷之間具有線性關(guān)系，應(yīng)避開(kāi)載荷傳入路徑；3)在應(yīng)力均勻處(即不存在大的應(yīng)力/應(yīng)變梯度，避免局部應(yīng)力過(guò)高或集中)；4)有安裝傳感器的空間；5)允許溫度補(bǔ)償；6)具有一致的材料特性(例如鋼材比復(fù)合材料更好)；7)選用材料應(yīng)易于固定或粘接測(cè)量裝置。2.葉片根部彎矩測(cè)量(1)儀器。應(yīng)測(cè)量揮舞、擺振彎矩。(2)標(biāo)定。地面測(cè)試時(shí)可以在葉尖施加外部載荷來(lái)標(biāo)定葉根載荷傳感器；或者在葉片變距可能超過(guò)至少90的情況下，可以利用葉片質(zhì)量作為標(biāo)定載荷，對(duì)葉根的擺振和揮舞彎距信號(hào)進(jìn)行標(biāo)定。(3)標(biāo)定檢查。將風(fēng)輪慢慢地旋轉(zhuǎn)360，葉片質(zhì)量將引起擺振信

22、號(hào)變化。3.偏航和俯仰彎矩測(cè)量(1)儀器。在風(fēng)輪上安裝彎矩測(cè)量?jī)x器時(shí)，應(yīng)區(qū)分帶轉(zhuǎn)動(dòng)主軸的機(jī)械和帶固定主軸支撐(及內(nèi)部傳動(dòng)軸，直接驅(qū)動(dòng)式發(fā)電機(jī)或一些其他傳扭裝置)的機(jī)械。(2)標(biāo)定。用一個(gè)外部載荷來(lái)標(biāo)定傳感器。測(cè)量固定風(fēng)輪軸支撐或塔頂上的載荷，通過(guò)在葉片上施加外部載荷來(lái)進(jìn)行標(biāo)定。(3)標(biāo)定檢查。使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生360的偏航，風(fēng)輪和機(jī)艙的質(zhì)量及風(fēng)輪重心將使載荷信號(hào)發(fā)生變化。4.風(fēng)輪扭矩測(cè)量(1)儀器。測(cè)量主軸的扭矩時(shí)，采用全橋式應(yīng)變片電路，這些成對(duì)的應(yīng)變片應(yīng)貼于軸的對(duì)稱面。如果只利用某個(gè)軸表面上的橋式應(yīng)變片，那么由彎曲引起的應(yīng)力和橫向載荷會(huì)被誤認(rèn)為扭矩。(2)標(biāo)定。通過(guò)在葉片上施加載荷來(lái)標(biāo)定風(fēng)輪

23、扭矩傳感器。(3)標(biāo)定檢查?？紤]到齒輪箱與發(fā)電機(jī)的效率，根據(jù)電功率信號(hào)來(lái)檢查主軸扭矩。在低于切入風(fēng)速的情況下及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組停機(jī)時(shí)，可以定期地檢查信號(hào)零點(diǎn)。5.塔基彎矩測(cè)量(1)儀表。對(duì)筒型塔架來(lái)說(shuō)，應(yīng)在兩個(gè)相互垂直方向測(cè)量塔基彎矩。(2)標(biāo)定?？梢允┘油廨d來(lái)對(duì)塔基的彎矩進(jìn)行標(biāo)定，該載荷可以來(lái)自地面、起重機(jī)或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鄰近點(diǎn)。 (3)標(biāo)定檢查。將風(fēng)輪偏轉(zhuǎn)360，機(jī)艙和風(fēng)輪的質(zhì)量以及風(fēng)輪重心會(huì)引起載荷信號(hào)的變化。這些變化要在初始標(biāo)定時(shí)測(cè)量，并且以后應(yīng)定期進(jìn)行重復(fù)測(cè)量。(四)測(cè)試結(jié)果載荷測(cè)試結(jié)果應(yīng)包括以下內(nèi)容：(1)數(shù)據(jù)描述表格。(2)測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表。(3)時(shí)間序列曲線，包括風(fēng)速狀況，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

24、運(yùn)行特性，葉片、葉輪、塔架載荷。(4)葉片的揮舞、擺振彎矩及軸彎矩隨方位角的變化。(5)載荷譜分析圖。(6)疲勞載荷譜。(7)風(fēng)速測(cè)量統(tǒng)計(jì)。(8)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)統(tǒng)計(jì)。(9)載荷統(tǒng)計(jì)。(10)疲勞載荷統(tǒng)計(jì)。五、噪聲測(cè)試(一)一般要求(二)測(cè)試內(nèi)容(三)測(cè)試設(shè)備和要求(四)測(cè)試結(jié)果(一)一般要求(1)噪聲測(cè)量是為了確認(rèn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)的噪聲特性。(2)噪聲包括了一些環(huán)境的影響，要求根據(jù)噪聲情況采取防護(hù)措施減小噪聲，并應(yīng)確認(rèn)噪聲減小和防護(hù)的效能。(3)環(huán)境噪聲不應(yīng)超過(guò)國(guó)家法律法規(guī)有關(guān)對(duì)附近居民影響程度的規(guī)定。(4)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲排放特性值采用合適的方式通過(guò)測(cè)試和分析后確定。(二)測(cè)試內(nèi)容(

25、1)風(fēng)速為8m/s時(shí)的聲強(qiáng)、聲壓級(jí)。(2)1/3倍頻程聲壓。(3)聲調(diào)。(4)三個(gè)定點(diǎn)位置的聲音傳播方向。(5)最低極限值以上的噪聲頻率。(三)測(cè)試設(shè)備和要求1.噪聲測(cè)試設(shè)備2.測(cè)量過(guò)程1.噪聲測(cè)試設(shè)備圖8-14噪聲測(cè)試位置平面圖2.測(cè)量過(guò)程圖8-15風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)試區(qū)域(四)測(cè)試結(jié)果(1)計(jì)算風(fēng)場(chǎng)相應(yīng)測(cè)試點(diǎn)的聲壓級(jí)及相應(yīng)的風(fēng)場(chǎng)噪聲評(píng)估。(2)在非標(biāo)稱聲壓級(jí)的窄帶頻譜中可能存在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組噪聲聲調(diào)。(3)測(cè)試結(jié)果評(píng)價(jià)可根據(jù)聲壓級(jí)、風(fēng)速和功率輸出隨時(shí)間變化的記錄。六、電能品質(zhì)測(cè)試(一)一般要求(二)測(cè)試內(nèi)容(三)測(cè)試設(shè)備和要求(四)測(cè)試結(jié)果(一)一般要求用于電能品質(zhì)測(cè)試的單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，其容量應(yīng)

26、遠(yuǎn)小于所聯(lián)電網(wǎng)容量。(二)測(cè)試內(nèi)容測(cè)試內(nèi)容包括：(1)電壓閃變。(2)電流諧波、間諧波和高次諧波。(3)電壓暫態(tài)跌落。(4)有功功率特性。(5)無(wú)功功率特性。(6)電網(wǎng)保護(hù)。(7)重新并網(wǎng)的時(shí)間。業(yè)主和/或認(rèn)證機(jī)構(gòu)可依據(jù)實(shí)際情況要求增加其他測(cè)試，包括： (1)電場(chǎng)分布的環(huán)境測(cè)試。(2)電磁兼容(EMC)測(cè)試。(三)測(cè)試設(shè)備和要求1.電能品質(zhì)測(cè)試設(shè)備2.測(cè)試條件1.電能品質(zhì)測(cè)試設(shè)備表8-2電能品質(zhì)測(cè)試所需的設(shè)備和要求2.測(cè)試條件測(cè)試過(guò)程應(yīng)符合以下條件：(1)用于電能品質(zhì)測(cè)試的單臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，應(yīng)通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)容量的變壓器直接連接到中壓電網(wǎng)，機(jī)組容量應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于所接入電網(wǎng)的短路容量，IEC標(biāo)準(zhǔn)的建議是短路比在2050之間。(2)當(dāng)機(jī)組不發(fā)電運(yùn)行時(shí)，在機(jī)組接入點(diǎn)，電壓包括50次以下的總諧波電壓失真，其10min的平均數(shù)