福建電力學(xué)院綜合能源工程系

風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及應(yīng)用

授課教師：黃慶專教材:風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)第五章機(jī)組偏航系統(tǒng)福建電力學(xué)院綜合能源工程系

風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)

偏航系統(tǒng)是水平軸式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必不可少的組成系統(tǒng)之一。偏航系統(tǒng)的主要作用有兩個(gè):其一是與風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的控制系統(tǒng)相互配合,使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪始終處于迎風(fēng)狀態(tài),充分利用風(fēng)能,提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率；其二是提供必要的鎖緊力矩,以保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般分為主動(dòng)偏航系統(tǒng)和被動(dòng)偏航系統(tǒng)。被動(dòng)偏航指的是依靠風(fēng)力通過相關(guān)機(jī)構(gòu)完成機(jī)組風(fēng)輪對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式,常見的有尾舵、舵輪和下風(fēng)向三種。主動(dòng)偏航指的是采用電力或液壓拖動(dòng)來完成對(duì)風(fēng)動(dòng)作的偏航方式,常見的有齒輪驅(qū)動(dòng)和滑動(dòng)兩種形式。對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組來說,通常都采用主動(dòng)偏航的齒輪驅(qū)動(dòng)形式。福建電力學(xué)院綜合能源工程系

風(fēng)電設(shè)備基礎(chǔ)

5.1偏航系統(tǒng)的技術(shù)要求（1）環(huán)境條件在進(jìn)行偏航系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí),必須考慮的環(huán)境條件如下：①溫度；②濕度；③陽光輻射；④雨、冰雹、雪和冰；⑤化學(xué)活性物質(zhì)；⑥機(jī)械活動(dòng)微粒；⑦鹽霧；⑧近海環(huán)境需要考慮附加特殊條件。應(yīng)根據(jù)典型值或可變條件的限制,確定設(shè)計(jì)用的氣候條件。選擇設(shè)計(jì)值時(shí),應(yīng)考慮幾種氣候條件同時(shí)出現(xiàn)的可能性。在與年輪周期相對(duì)應(yīng)的正常限制范圍內(nèi),氣候條件的變化應(yīng)不影響所設(shè)計(jì)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（2）電纜保護(hù)為保證機(jī)組懸垂部分電纜（風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸電部分的電纜）不至于產(chǎn)生過度的紐絞而使電纜斷裂失效,必須使電纜有足夠的懸垂量,所以在設(shè)計(jì)上一般采用冗余設(shè)計(jì)。電纜懸垂量的多少是根據(jù)電纜所允許的扭轉(zhuǎn)角度確定的。（3）阻尼為避免風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航過程中產(chǎn)生過大的振動(dòng)而造成整機(jī)的共振,偏航系統(tǒng)在機(jī)組偏航時(shí)必須具有合適的阻尼力矩。阻尼力矩的大小要根據(jù)機(jī)艙和風(fēng)輪質(zhì)量總和的慣性力矩來確定。其基本的確定原則為確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在偏航時(shí)動(dòng)作平穩(wěn)順暢而不產(chǎn)生振動(dòng)。只有在阻尼力矩的作用下,機(jī)組的風(fēng)輪才能夠定位準(zhǔn)確,充分利用風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電。（4）解纜和紐纜保護(hù)解纜和紐纜保護(hù)是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)所必須具有的主要功能。偏航系統(tǒng)的偏航動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致機(jī)艙和塔架之間的連接電纜發(fā)生紐絞,所以在偏航系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)置與方向有關(guān)的計(jì)數(shù)裝置或類似的程序,對(duì)電纜的紐絞程度進(jìn)行檢測(cè)。一般對(duì)于主動(dòng)偏航系統(tǒng)來說,檢測(cè)裝置或類似的程序應(yīng)在電纜達(dá)到規(guī)定的紐絞角度之前發(fā)解纜信號(hào)；對(duì)于被動(dòng)偏航系統(tǒng)檢測(cè)裝置或類似的程序,應(yīng)在電纜達(dá)到危險(xiǎn)的紐絞角度之前禁止機(jī)艙繼續(xù)同向旋轉(zhuǎn),并進(jìn)行人工解纜。偏航系統(tǒng)的解纜一般分為初級(jí)解纜和終極解纜。初級(jí)解纜是在一定條件下進(jìn)行的,一般與偏航圈數(shù)和風(fēng)速相關(guān)。紐纜保護(hù)裝置是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組偏航系統(tǒng)必須具有的裝置,這個(gè)裝置的控制邏輯應(yīng)具有最高級(jí)別的權(quán)限,一旦這個(gè)裝置被觸發(fā),則風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須進(jìn)行緊急停機(jī)。（5）偏航轉(zhuǎn)速對(duì)于并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)來說,風(fēng)輪軸和葉片軸在機(jī)組的正常運(yùn)行時(shí)不可避免地產(chǎn)生陀螺力矩,這個(gè)力矩過大將對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的壽命和安全造成影響。為減少這個(gè)力矩對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的影響,偏航系統(tǒng)的偏航轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組功率的大小,通過偏航系統(tǒng)力學(xué)分析來確定。（6）偏航液壓系統(tǒng)并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般都設(shè)有液壓裝置,液壓裝置的作用是拖動(dòng)偏航制動(dòng)器松開或鎖緊。一般液壓管路應(yīng)采用無縫鋼管制成,柔性管路連接部分應(yīng)采用合適的高壓軟管。管路連接組件應(yīng)通過試驗(yàn),保證偏航系統(tǒng)所要求的密封和承受工作中出現(xiàn)的動(dòng)載荷。液壓元器件的設(shè)計(jì)、選型和布置應(yīng)符合液壓裝置的有關(guān)具體規(guī)定和要求。液壓管路應(yīng)能夠保持清潔并具有良好的抗氧化性能。液壓系統(tǒng)在額定的工作壓力下不應(yīng)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。（7）偏航制動(dòng)器采用齒輪驅(qū)動(dòng)的偏航系統(tǒng)時(shí),為避免因振蕩的風(fēng)向變化而引起偏航輪齒產(chǎn)生交變載荷,應(yīng)采用偏航制動(dòng)器（或稱偏航阻尼器）來吸收微小自由偏轉(zhuǎn)振蕩,防止偏航齒輪的交變應(yīng)力引起輪齒過早損傷。對(duì)于由風(fēng)向沖擊葉片或風(fēng)輪產(chǎn)生偏航力矩的裝置,應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)其有效。（8）偏航計(jì)數(shù)器偏航系統(tǒng)中都設(shè)有偏航計(jì)數(shù)器。偏航計(jì)數(shù)器的作用是記錄偏航系統(tǒng)所運(yùn)轉(zhuǎn)的圈數(shù),當(dāng)偏航系統(tǒng)的偏航圈數(shù)達(dá)到計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件時(shí),則觸發(fā)自動(dòng)解纜動(dòng)作,機(jī)組進(jìn)行自動(dòng)解纜并復(fù)位。計(jì)數(shù)器的設(shè)定條件是根據(jù)機(jī)組懸垂部分電纜的允許扭轉(zhuǎn)角度來確定的,其原則是要小于電纜所允許扭轉(zhuǎn)的角度。（9）潤滑偏航系統(tǒng)必須設(shè)置潤滑裝置,以保證驅(qū)動(dòng)齒輪和偏航齒圈的潤滑。目前國內(nèi)機(jī)組的偏航系統(tǒng)一般都采用潤滑脂和潤滑油相結(jié)合的潤滑方式,定期更換潤滑油和潤滑脂。（10）密封偏航系統(tǒng)必須采取密封措施,以保證系統(tǒng)內(nèi)的清潔和相鄰部件之間的運(yùn)動(dòng)不會(huì)產(chǎn)生有害的影響。（11）表面防腐處理偏航系統(tǒng)各組成部件的表面處理必須適應(yīng)風(fēng)力發(fā)