GB18451.1-2001

前言

本標(biāo)準(zhǔn)的第s章、第8章、第9章、第10章為強(qiáng)制性的，其他為推薦性的。

本標(biāo)準(zhǔn)等同采用IEC61400-1:1999《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求》

本標(biāo)準(zhǔn)的編寫格式和規(guī)則符合GB/T1.1-1993，保留了IEC61400-1:1999的前言和引言，同時(shí)增

加了本標(biāo)準(zhǔn)的，’前言”。

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄A、附錄B和附錄C是標(biāo)準(zhǔn)的附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位:全國風(fēng)力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)秘書處。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人:王建平、李秀榮。

GB18451.1-2001

IEC前言

1)IEC(國際電工委員會(huì))是由各國電工委員會(huì)((IEC國家委員會(huì))組成的世界標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)組織。

IEC的宗旨是促進(jìn)電氣和電子領(lǐng)域有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化問題的國際間合作為了這個(gè)宗旨開展其活動(dòng)。IEC發(fā)布

國際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的制定工作委托給技術(shù)委員會(huì);任何IEC國家委員會(huì)對涉及的項(xiàng)目感興趣的話，都可以

參加該項(xiàng)目的制定工作。與IEC建立了聯(lián)絡(luò)關(guān)系的國際的、政府的和非政府的組織均可參加制定工作

IEC與國際標(biāo)準(zhǔn)化組織((ISO)根據(jù)兩個(gè)組織間確立的協(xié)議條件，密切合作。

2)IEC技術(shù)問題的正式?jīng)Q議和協(xié)議，盡可能地表達(dá)了國際間對有關(guān)項(xiàng)目一致的觀點(diǎn)，因?yàn)槊總€(gè)技

術(shù)委員會(huì)都是由對該問題感興趣的國家委員會(huì)代表組成的。

3)制定的文件推薦給國際上使用，并以正式標(biāo)準(zhǔn)形式，技術(shù)報(bào)告形式或技術(shù)指導(dǎo)文件形式發(fā)布。這

些文件，在某種意義上講，要由各國家委員會(huì)認(rèn)可。

4)為了促進(jìn)國際間的統(tǒng)一，各IEC國家委員會(huì)應(yīng)明確，在其國家和地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)最大限度地采

用IEC國際標(biāo)準(zhǔn)。IEC國際標(biāo)準(zhǔn)與相應(yīng)的國家或地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，都應(yīng)在后者給以明確指出。

5)IEC不提供其標(biāo)準(zhǔn)制定及批準(zhǔn)過程說明，也不對任何設(shè)備宣稱的與某一標(biāo)準(zhǔn)相一致的說明承擔(dān)

責(zé)任。

6)應(yīng)注意本國際標(biāo)準(zhǔn)的某些部分屬于專利項(xiàng)目的可能性。IEC不負(fù)鑒別這些專利項(xiàng)目的責(zé)任

國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61400-1是由IEC第88技術(shù)委員會(huì):風(fēng)力發(fā)電機(jī)組工作組制定的。

IEC61400-1第二版代替1994年發(fā)布的第一版，第一版取消。

該標(biāo)準(zhǔn)版本基于下列文件:

FDIS

投票報(bào)告

88/98/FDIS88八03/RVD

關(guān)于贊同本標(biāo)準(zhǔn)的完整信息，可在上表指出的投票報(bào)告中找到。

附錄A,B和C是本標(biāo)準(zhǔn)必要的部分。

日后，本標(biāo)準(zhǔn)將用兩種文字發(fā)布。

IEC引言

本標(biāo)準(zhǔn)概述了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最低的安全要求，它不能作為完整的設(shè)計(jì)規(guī)范或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊來使用。

經(jīng)適當(dāng)論證后，認(rèn)為取消某條要求不會(huì)犧牲機(jī)組安全，那么這條要求就可以放棄。但這一原則不適

于第6條

使用本標(biāo)準(zhǔn)，并不意味著任何個(gè)人，組織或團(tuán)體可以不遵守其他適用的標(biāo)準(zhǔn)或法規(guī)。

中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安全要求

GB18451.1--2001

idtIEC61400-1:1999

Windturbinegeneratorsystems--Safetyrequirements

1范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(WTGS)在特定的環(huán)境條件下，設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)和運(yùn)行中的安全要求。

本標(biāo)準(zhǔn)涉及到風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各子系統(tǒng)，如控制和保護(hù)機(jī)構(gòu)，內(nèi)部電氣設(shè)備，機(jī)械系統(tǒng)，支承結(jié)構(gòu)以及

電氣聯(lián)接設(shè)備。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于風(fēng)輪掃掠面積等于或大于40m，的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

2引用標(biāo)準(zhǔn)

下列標(biāo)準(zhǔn)所包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。本標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均

為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。

GB17625.1-1998低壓電氣及電子設(shè)備發(fā)出的諧波電流限值(設(shè)備每相輸人電流<16A)

(eqvIEC61000-3-2:1995)

GB17625.2-1999電磁兼容限值對額定電流不大于16A的設(shè)備在低壓供電系統(tǒng)中產(chǎn)生的

電壓波動(dòng)和閃爍的限制(idtIEC61000-3-3:1994)

GB/T17626.2-1998電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)靜電放電抗擾度試驗(yàn)

(idtIEC61000-4-2:1995)

GB/T17626.3-1998電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)

(idtIEC61000-4-3:1995)

GB/T17626.4-1998電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)電快速瞬變脈沖群抗擾度試驗(yàn)

(idtIEC61000-4-4:1995)

GB/T17626.5-1999電磁兼容試驗(yàn)和測量技術(shù)浪涌(沖擊)抗擾度試驗(yàn)

(idtIEC61000-4-5:1995)

ISO2394:1986結(jié)構(gòu)可靠性基本原理

IEC60204-1:1997工業(yè)機(jī)械電氣設(shè)備—第1部分:通用技術(shù)條件

IEC60364(全部)建筑物電氣裝置

IEC60721-2-1:1982環(huán)境條件分類—第2部分:自然環(huán)境—溫度和濕度

IEC61024-1:1990建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范

IEC61312-1:1995雷電電磁脈沖防護(hù)

3定義

本標(biāo)準(zhǔn)采用下列定義。

3.1年平均annualaverage

數(shù)量和持續(xù)時(shí)間足夠長的一組測量數(shù)據(jù)的平均值，供作估計(jì)期望值用。時(shí)間周期應(yīng)是一個(gè)完整的年

數(shù)，以便將不穩(wěn)定因素叻fl季V2鱉)王魚生一一一一一一一一一一一———一

中華人民共和國國家質(zhì).監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局2001一09-15批準(zhǔn)2002-04-01實(shí)施

Gs18451.1--2001

3.2年平均風(fēng)速annualaveragewindspeed

按照年平均的定義確定的平均風(fēng)速。

13自動(dòng)接通周期auto-reclosingcycle

故障消除后電網(wǎng)重新接通且WTGS也重新接通電網(wǎng)后，離合器松開需要的從。.01s到數(shù)秒的一

段時(shí)間。

3.4鎖定(風(fēng)力機(jī))blocking(windturbines)

利用機(jī)械銷或其他裝置(而不是通常用的機(jī)械制動(dòng)盤)防止風(fēng)輪軸或偏航機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。

15制動(dòng)器(風(fēng)力機(jī))brake(windturbines)

能降低風(fēng)輪轉(zhuǎn)速或能停止風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)的裝置。

3.6嚴(yán)重故障(風(fēng)力機(jī))catastrophicfailure(windturbines)

零部件嚴(yán)重?fù)p壞，導(dǎo)致主要功能喪失，安全受損。

3.7特性值(材料性能)characteristicvalue(ofamaterialproperty)

材料具有的規(guī)定的概率值，這個(gè)值不是由假定的無限次試驗(yàn)獲得。

3.8復(fù)雜地形帶complexterrain

風(fēng)電場場地周圍屬地形顯著變化的地帶或有能引起氣流畸變的障礙物地帶。

3.9控制系統(tǒng)(風(fēng)力機(jī))controlsystem(windturbines)

接受風(fēng)力機(jī)或其他環(huán)境信息，調(diào)節(jié)風(fēng)力機(jī)，使其保持在工作要求范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

110切人風(fēng)速(v;)cut-inwindspeed

風(fēng)力機(jī)開始發(fā)電時(shí)，輪毅高度((3.24輪毅高度)處的最低風(fēng)速。

3門1切出風(fēng)速(v)cut-outwindspeed

風(fēng)力機(jī)達(dá)到設(shè)計(jì)功率時(shí)，輪毅高度處的最高風(fēng)速。

3.12設(shè)計(jì)極限designlimits

設(shè)計(jì)中采用的最大值或最小值。

3.13潛在故障dormantfailure(alsoknownaslatentfault)

正常運(yùn)行中未被發(fā)現(xiàn)的系統(tǒng)或部件的故障。

3.14下風(fēng)向downwind

主風(fēng)方向

115電網(wǎng)electricalpowernetwork

用于輸送和分配電能的專用設(shè)備、變電站、電線電纜。

注:電網(wǎng)各組成部分之間的界限由適當(dāng)?shù)呐袆e標(biāo)準(zhǔn)如地理位置，所有權(quán)歸屬，電壓級別等來確定.

3.16緊急關(guān)機(jī)(風(fēng)力機(jī))emergencyshutdown(windturbines)

保護(hù)系統(tǒng)觸發(fā)或人工千預(yù)下使風(fēng)力機(jī)的迅速關(guān)機(jī)。

117環(huán)境條件environmentalconditions

影響WTGS工況的環(huán)境特征(海拔高度，溫度，濕度等)。

3.18外部條件(風(fēng)力機(jī))externalconditions(windturbines)

影響風(fēng)力機(jī)工作的諸因素，包括風(fēng)況，電網(wǎng)條件和其他氣象因素(溫度、冰、雪等)。

3門9極端風(fēng)速extremewindspeed

t秒內(nèi)的平均最高風(fēng)速，它可能是N年一遇(重現(xiàn)周期N年)。

注本標(biāo)準(zhǔn)采用的重現(xiàn)周期N=50年和N=1年，采用的時(shí)限T=3s和T=10s,極端風(fēng)速即為俗稱的“安全風(fēng)

速”

3.20故障風(fēng)險(xiǎn)fail-safe

避免由故障引發(fā)產(chǎn)品嚴(yán)重破壞的設(shè)計(jì)特性。

3.21陣風(fēng)Rust

GB18451.1一2001

超過平均風(fēng)速的突然和暫短的風(fēng)速變化。

注:陣風(fēng)可用它的上升一時(shí)間，即幅度一持續(xù)時(shí)間表達(dá)。

3.22水平軸風(fēng)力機(jī)horizontalaxiswindturbine

風(fēng)輪軸基本上平行于風(fēng)向的風(fēng)力機(jī)。

3.23輪毅(風(fēng)力機(jī))hub-windturbines

將葉片或葉片組固定到輪軸上的裝置。

3.24輪毅高度(風(fēng)力機(jī))hub-height(windturbines)

從地面到風(fēng)輪掃掠面(見3.55掃掠面積)中心的高度。

3.25空轉(zhuǎn)(風(fēng)力機(jī))idling(windturbines)

風(fēng)力機(jī)緩慢旋轉(zhuǎn)而不發(fā)電的狀態(tài)。

3.26湍流慣性負(fù)區(qū)inertialsubrange

風(fēng)速湍流譜的頻率區(qū)間，此區(qū)間內(nèi)渦流經(jīng)逐步破碎達(dá)到均質(zhì)，能量損失忽略不計(jì)。

注:在典型的10m/s風(fēng)速，慣性負(fù)區(qū)的頻率范圍大致從0.02Hz到2kHz

3.27孤立運(yùn)行isolatedoperation

離網(wǎng)后，分離的動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定的或是暫時(shí)的運(yùn)行

3.28極限狀態(tài)limitstate

結(jié)構(gòu)受力的一種狀態(tài)，如果作用力超過這一狀態(tài)，則結(jié)構(gòu)不再滿足設(shè)計(jì)要求((ISO2394)

注:設(shè)計(jì)計(jì)算(即極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)要求)的目的是使結(jié)構(gòu)達(dá)到極限狀態(tài)的概率小于結(jié)構(gòu)規(guī)定值(ISO2394)

3.29對數(shù)風(fēng)切變律logarithmicwindshearlaw

表示風(fēng)速隨離地面高度以對數(shù)關(guān)系變化的數(shù)學(xué)式。

130最大功率(風(fēng)力機(jī))maximumpower(windturbines)

正常工作條件下，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出的最高凈電功率。

3.31平均風(fēng)速meanwindspeed

給定時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)風(fēng)速的平均值，給定時(shí)間可從幾秒到數(shù)年不等。

132機(jī)艙nacelle

設(shè)在水平軸風(fēng)力機(jī)塔架頂部，包容傳動(dòng)系統(tǒng)和其他裝置的部件。

133電網(wǎng)聯(lián)接點(diǎn)(風(fēng)力機(jī))networkconnectionpoint(windturbines)

對單臺風(fēng)力機(jī)組是輸出電纜終端，而對風(fēng)電場是電網(wǎng)與電力匯集系統(tǒng)總線的聯(lián)接點(diǎn)。

134正常關(guān)機(jī)(風(fēng)力機(jī))normalshutdown(windturbines)

關(guān)機(jī)全過程都是在控制系統(tǒng)控制下進(jìn)行的關(guān)機(jī)。

135I作范圍operatinglimits

由WTGS設(shè)計(jì)者確定的支配控制系統(tǒng)和安全防護(hù)系統(tǒng)的諸多條件。

3.36風(fēng)力機(jī)停機(jī)parkedwindturbine

根據(jù)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，決定是采用靜止或是空轉(zhuǎn)的停機(jī)狀態(tài)。

3.37電力匯集系統(tǒng)(風(fēng)力機(jī))powercollectionsystem(windturbines)

匯集一個(gè)或多個(gè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組電能的電力聯(lián)接系統(tǒng)。它包括WTGS終端與電網(wǎng)聯(lián)接點(diǎn)之間的所有

電氣設(shè)備。

138風(fēng)切變冪律powerlawforwindshear

表示風(fēng)速隨離地面高度以幕定律關(guān)系變化的數(shù)學(xué)式

139功率輸出poweroutput

通過專用設(shè)備將電能輸送給用電設(shè)備的過程。

3.40保護(hù)系統(tǒng)(風(fēng)力機(jī))protectionsystem(windturbines)

確保WTGS運(yùn)行在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

Gs184511-2001

3.41額定功率ratedpower

在正常的工作條件下，部件、裝置或設(shè)備賦予的功率數(shù)。

注:(風(fēng)力機(jī))正常工作條件下，WTGS設(shè)計(jì)要達(dá)到的最大連續(xù)輸出電功率。

3.42額定風(fēng)速(v,)ratedwindspeed

風(fēng)力機(jī)達(dá)到額定功率輸出時(shí)規(guī)定的風(fēng)速。

3.43瑞利分布Rayleighdistribution

經(jīng)常用于風(fēng)速的概率分布函數(shù)，分布函數(shù)取決于形狀參數(shù)和尺度參數(shù)，它控制平均風(fēng)速分布(見

3.66)

3.44參考風(fēng)速(:,f)referencewindspeed

用于確定WTGS級別的基本極端風(fēng)速參數(shù)。與氣候相關(guān)的其他設(shè)計(jì)參數(shù)均可從參考風(fēng)速和其他基

本等級參數(shù)中得到〔見第6章)。

注:用參考風(fēng)速娠‘設(shè)計(jì)的風(fēng)力機(jī)，輪毅高度承受的S。年一遇10min平均最大風(fēng)速應(yīng)小于或等于v,ef

3.45共振resonance

振動(dòng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的一種現(xiàn)象，此時(shí)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率非常接近振動(dòng)系統(tǒng)固有振動(dòng)頻率。

3.46旋轉(zhuǎn)采樣風(fēng)矢量rotationallysampledwindvelocity

旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪上某一固定點(diǎn)經(jīng)受的風(fēng)矢量。

注:旋轉(zhuǎn)采樣風(fēng)矢量湍流譜與正常油流譜有明顯的不同。風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片切人氣流，流譜產(chǎn)生空間變化最終的

湍流譜包括轉(zhuǎn)動(dòng)頻率下的流譜和由此產(chǎn)生的諧量。

3.47風(fēng)輪轉(zhuǎn)速(風(fēng)力機(jī))rotorspeed(windturbines)

風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪繞其軸的旋轉(zhuǎn)速度。

3.48粗糙長度roughnesslength

在假定垂直風(fēng)廓線隨離地面高度按對數(shù)關(guān)系變化的情況下，平均風(fēng)速變?yōu)椤r(shí)推算出的高度。

3.49安全壽命safelife

嚴(yán)重失效前的預(yù)期使用時(shí)間。

3.50定期維護(hù)scheduledmaintenance

嚴(yán)格按預(yù)定的日期表進(jìn)行的預(yù)防性維護(hù)。

151使用極限狀態(tài)serviceabilitylimitstate

規(guī)范管理中正常使用下的邊界條件。

152靜止standstill

WTGS的停止?fàn)顟B(tài)。

153支撐結(jié)構(gòu)(風(fēng)力機(jī))supportstructure(windturbines)

由塔架和基礎(chǔ)組成的風(fēng)力機(jī)部分。

154安全風(fēng)速survivalwindspeed

結(jié)構(gòu)能承受的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速的俗稱。

注:本標(biāo)準(zhǔn)不采用這一術(shù)語，設(shè)計(jì)時(shí)可參考極端風(fēng)速(見3.19).

155掃掠面積sweptarea

垂直于風(fēng)矢量平面L的，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉尖運(yùn)動(dòng)所生成圓的投影面積。

156湍流強(qiáng)度turbulenceintensity

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速偏差與平均風(fēng)速的比率，用同一組測量數(shù)據(jù)和規(guī)定的周期進(jìn)行計(jì)算

157湍流尺度參數(shù)turbulencescaleparameter

縱向功率譜密度等于。.05的無量綱的波長。

注:由此，波長可以這樣確定n,=m.e/f，式中f.S,(f)/a,,=0.0s,

158最大極限狀態(tài)ultimatelimitstate

224

GB184511-2001

通常指風(fēng)力機(jī)處于能承受最大載荷的極限狀態(tài)，即與損壞和可能造成損壞的錯(cuò)位或變形對應(yīng)的極

限狀態(tài)。

3.59不定期維護(hù)unscheduledmaintenance

3.60

3.61

162

3.63

3.64

不是根據(jù)確定的時(shí)間表，而是根據(jù)對某一狀態(tài)的跡象而確定的臨時(shí)性維護(hù)。

上風(fēng)向upwind

主風(fēng)方向的相反方向。

垂直軸風(fēng)力機(jī)verticalaxiswindturbine

風(fēng)輪軸垂直的風(fēng)力機(jī)。

威布爾分布Weibulldistribution

一種概率分布函數(shù)，見3.66(風(fēng)速分布)

風(fēng)力田windfarm

見3.64(風(fēng)電場)。

風(fēng)電場windpowerstation

由一批風(fēng)力發(fā)電機(jī)組或風(fēng)力發(fā)電機(jī)組群組成的電站，通常稱風(fēng)電場。

風(fēng)廓線;風(fēng)切變律windprofile;windshearlaw

風(fēng)速隨離地面高度以對數(shù)關(guān)系變化的數(shù)學(xué)式。

注:通常應(yīng)用(1)對數(shù)廓線(2)指數(shù)廓線。

__ln(Z/Z)

v(乙)=v(ZJX一·...................................11)

ink乙r/乙of

__._、{2}口，_、

v(乙)=v(Z,)X}二{··.....................................L)

、乙r)

:v(Z)一一高度Z處風(fēng)速;

Z-離地面高度;

z一一用于擬合風(fēng)廓線的離地面標(biāo)準(zhǔn)高度;

Z。一一粗糙長度;

a一一風(fēng)切變指數(shù)(或冪)。

風(fēng)速分布windspeeddistribution

用于描述連續(xù)時(shí)限內(nèi)風(fēng)速概率分布的函數(shù)。

注:通常應(yīng)用的函數(shù)是瑞利分布函數(shù)Pa(vu)和威布爾分布函數(shù)Pw(v.)e

Pa(vo)=1一exp[一二(vo/2v)z]

Pw(V.)=1一exp「一(vo/C)k]

65中

3式

.......·.....·..........??(3)

··..·.........·············。。?！ぁ?(4)

.1廠..

勺︺

--

_}Cr,1-

{，、J二

(七一2

，如果k

P(vo)

66中

3式

—累積概率函數(shù)，也即VGv。的概率

-一一風(fēng)速(極限);

-一一風(fēng)速的平均值;

C-一威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù);

k一威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù);

P-—伽馬函數(shù)。

C和k二者均可由真值推算出。如果選擇k=2，也即C和v.-滿足(4)式k=2的條件，則瑞利分布

GB184511-2001

函數(shù)與威布爾分布函數(shù)相同。

分布函數(shù)所表達(dá)的是小于v。風(fēng)速的累積概率。如果估算二到二:之間的分布，則式[P(")-P(vz)]

給出了:，與二:間的各風(fēng)速對時(shí)間的分布函數(shù)。對分布函數(shù)求導(dǎo)就能得出相應(yīng)的概率密度函數(shù)。

3.67風(fēng)切變windshear

風(fēng)速在垂直于風(fēng)向平面內(nèi)的變化。

3.68風(fēng)切變律指數(shù)windspearexponent

通常用于描述風(fēng)速剖面線形狀的冪定律指數(shù)。

3.69風(fēng)速windspeed

空間特定點(diǎn)的風(fēng)速為該點(diǎn)周圍氣體微團(tuán)的移動(dòng)速度。

注:風(fēng)速即風(fēng)矢量的數(shù)值(見3.71風(fēng)矢量)。

3.70風(fēng)力發(fā)電機(jī)組(WTGS)windturbinegeneratorsystem

將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的系統(tǒng)。

3.71風(fēng)矢量windvelocity

標(biāo)有被研究某點(diǎn)氣體微團(tuán)運(yùn)動(dòng)方向，其值等于“氣體微團(tuán)”運(yùn)動(dòng)速度(即該點(diǎn)風(fēng)速)的矢量。

注:空間任憊點(diǎn)的風(fēng)矢盆，是“氣體微團(tuán)’，通過該點(diǎn)的時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。

3.72WTGS電力系統(tǒng)WTGSelectricalsystem

所有WTGS內(nèi)部電氣設(shè)備到WTGS的終端，包括接地、連接、通訊設(shè)備。由風(fēng)力發(fā)電機(jī)到地線網(wǎng)絡(luò)

的一段導(dǎo)線也包括在內(nèi)。

3.73WTGS終端WTGSterminals

WTGS供電器上的一點(diǎn)，通過它WTGS被接到電力匯集系統(tǒng)上。它還應(yīng)包括為輸送電能和通訊目

的的連接。

3.74偏航y(tǒng)awing

風(fēng)輪軸繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)(僅適用于水平軸風(fēng)力機(jī))。

175偏航角誤差yawmisalignment

風(fēng)輪軸線偏離風(fēng)向的水平偏差。

4符號和縮寫

4.1符號和單位

u湍流標(biāo)準(zhǔn)偏差模型斜率

C威布爾分布函數(shù)的尺度參數(shù)

Coh相干函數(shù)

D風(fēng)輪直徑

廠頻率

fd材料的計(jì)算應(yīng)力值

f、材料的強(qiáng)度值

Fd設(shè)計(jì)載荷

F,載荷值

I,輪毅高度10min平均15m/s風(fēng)速下的湍流強(qiáng)度值

k威布爾分布函數(shù)的形狀參數(shù)

K修正的貝塞爾函數(shù)

I,均勻湍流整體尺度參數(shù)

C-[m/s一

仁m]

[s一’口

仁一〕

[一〕

「一〕

仁一]

〔一〕

仁一〕

[一〕

仁m口

GB184511-2001

I,。相干尺度參數(shù)

I,、速度分量的總體尺度參數(shù)

n;bini中疲勞循環(huán)次數(shù)

N<.)由于應(yīng)力(或應(yīng)變)作用失效的理論循環(huán)次數(shù)(也即s-N)曲線

N極限狀況出現(xiàn)周期

P幸存概率

尸R(二。)瑞利概率分布，也即二<v。的概率

Pw(vo)威布爾概率分布

r分矢量投影值

S;bini內(nèi)對應(yīng)某一循環(huán)次數(shù)的應(yīng)力(或應(yīng)變)水平

S,(()能譜密度分量譜

Sk單面速度分量譜

T陣風(fēng)特性時(shí)間

t時(shí)間

V風(fēng)速

v,Z高度風(fēng)速

二，輪毅高度年平均風(fēng)速

v,，風(fēng)輪掃掠面上極端相干陣風(fēng)值

v,NN年一遇極大風(fēng)速(平均3s)期望值

二。,.v、分別表示一年一遇和50年一遇

。二。、N年一遇極大陣風(fēng)期望值

vhub輪毅高度10min平均風(fēng)速

v,。切人風(fēng)速

v。風(fēng)速分布模型中極限風(fēng)速

v.，切出風(fēng)速

v,額定風(fēng)速

v,10min平均參考風(fēng)速

二，，〕用于描述瞬時(shí)水平風(fēng)切變的縱向風(fēng)速分量

v.用于描述極限陣風(fēng)瞬時(shí)變化和風(fēng)切變狀況的縱向風(fēng)速分量

二，y,.用于描述風(fēng)場的坐標(biāo)系，分別為縱向風(fēng)，橫向風(fēng)和垂向風(fēng)

Zn.、風(fēng)力機(jī)輪毅高度

Z離地面參考高度

Z。對數(shù)風(fēng)廓線的粗糙長度

a風(fēng)切變指數(shù)

a最大風(fēng)向變化模型參數(shù)

8變化系數(shù)

P伽馬函數(shù)

Y，載荷安全系數(shù)

Ym材料安全系數(shù)

Y。損傷安全系數(shù)

仁m口

[m]

「一]

「一馬

[a口

〔一]

「一口

[一j

[m口

[一口

Lm'/S2]

[m,/s2]

仁s口

Is]

[m/s]

仁m/s]

[m/s]

[m/s]

[m/s]

仁m/s]

[m/s]

[m/s]

[m/s口

仁m/s]

[m/s]

[m/s]

[m/s習(xí)

[m/s]

[m口

仁m]

[m]

[m]

[一〕

[一]

巨一〕

[一習(xí)

「一]

[一己

[一〕

GB184511-2001

0(t)風(fēng)向變化過渡過程

0,陣風(fēng)方向與平均風(fēng)速方向最大偏離

0,N年一遇最大風(fēng)向變化

n.由波長確定的湍流尺度參數(shù)，無量鋼，縱向能譜強(qiáng)度fS,(f)/a,,等于。.05

輪毅高縱向風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)偏差

k輪毅高風(fēng)速分量標(biāo)準(zhǔn)偏差((一1>2或3)

4.2縮寫

八異常(安全系數(shù))

交流電

C使用性制約

d.c直流電

DI,C設(shè)計(jì)載荷情況

ECD方向變化的最大相干陣風(fēng)

ECG最大相干陣風(fēng)

EDC最大風(fēng)向變化

EOG最大工作陣風(fēng)

EWM最大風(fēng)速模型

EWS最大風(fēng)切變

F疲勞

HAWT水平軸風(fēng)力機(jī)

N正常的或最大(安全系數(shù))

NWP正常風(fēng)速廓線模型

NTM正常湍流模型

SIECWTGS分類

T運(yùn)輸和安裝(安全系數(shù))

U極限

VAWT垂直軸風(fēng)力機(jī)

WTGS風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

[。]

[。]

「。]

[m習(xí)

[m/s]

[m/s刁

5基本要素

5.1概述

為了保證WTGS機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)、電氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的安全，在下面的條款中給出了技術(shù)要求這些

技術(shù)要求應(yīng)用于WTGS的設(shè)計(jì)、制造、安裝和維護(hù)以及相關(guān)的質(zhì)量管理過程。此外，已有的WTGS的安

裝、運(yùn)輸和維護(hù)要求中的各種安全規(guī)程也必須遵守。

5.2設(shè)計(jì)方法

本標(biāo)準(zhǔn)要求采用結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，以便預(yù)測設(shè)計(jì)載荷。這個(gè)模型應(yīng)用第6章指出的湍流和其他極端

風(fēng)況以及第7章規(guī)定的設(shè)計(jì)狀況來確定風(fēng)力機(jī)工作風(fēng)速范圍內(nèi)的載荷。應(yīng)對規(guī)定的外部條件與設(shè)計(jì)工

況和載荷情況的所有相關(guān)組合進(jìn)行分析。以確定具體型號WTGS設(shè)計(jì)載荷組。

WTGS的整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，能提高設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的可信度，并能驗(yàn)證結(jié)構(gòu)動(dòng)力模型設(shè)計(jì)的合理性。

應(yīng)通過計(jì)算和試驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。如果用試驗(yàn)驗(yàn)證，則試驗(yàn)時(shí)的極限條件必須滿足本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)

定的特性值與設(shè)計(jì)狀況。試驗(yàn)條件的選擇，包括試驗(yàn)載荷在內(nèi)，必須考慮相關(guān)的安全因素。

GB184511-2001

5.3安全等級

WTGS可按下面兩種安全等級中的一種進(jìn)行設(shè)計(jì):

一一一般安全等級，當(dāng)失效的結(jié)果可能導(dǎo)致人身傷害，或造成經(jīng)濟(jì)損失和產(chǎn)生社會(huì)影響時(shí)，采用這

一等級;

—特殊安全等級，當(dāng)安全取決于局部調(diào)整或制造廠與用戶二者協(xié)商決定時(shí)，采用這一等級。

一般等級WTGS的安全系數(shù)，本標(biāo)準(zhǔn)7.6條詳細(xì)說明。特殊等級WTGS的安全系數(shù)必須山制造廠

與用戶協(xié)商同意。根據(jù)特殊安全等級設(shè)計(jì)的WTGS即為6.2條定義的S級WTGSo

5.4質(zhì)量保證

質(zhì)量保證是WTGS及其零部件設(shè)計(jì)、采購、制造、安裝、運(yùn)行和維護(hù)的主要部分

建議質(zhì)量體系遵照相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.5風(fēng)力機(jī)銘牌

下列內(nèi)容應(yīng)突出明顯地標(biāo)示在永久性的產(chǎn)品銘牌上:

---WTGS的制造廠和國家;

-一型式和產(chǎn)品編號;

—生產(chǎn)日期;

—額定功率;

—參考風(fēng)速二mr;

輪毅高工作風(fēng)速范圍，二n一、u;

-一工作環(huán)境的允許溫度范圍;

-W'rGS的等級(見表1);

--WTGS輸出端額定電壓;

一WTGS輸出端頻率或頻率范圍，通常額定頻率偏差大于2%時(shí)，為頻率允許變化范圍。

6外部條件

6門概述

在WTGS的設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮本章闡述的外部條件。

WTGS要承受環(huán)境和電對它的影響，這些影響主要體現(xiàn)在載荷、使用壽命和正常工作等幾個(gè)方面。

為保證一定的安全性和可靠性水平，在設(shè)計(jì)中要考慮到環(huán)境、電力和土壤參數(shù)并在設(shè)計(jì)文件中予以明確

規(guī)定。

環(huán)境條件可進(jìn)一步劃分為風(fēng)況和其他外部條件。電力的條件則可參照電網(wǎng)條件。土壤特性關(guān)系到

WTGS的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

各類外部條件可再細(xì)分為正常外部條件和極端外部條件。正常外部條件通常涉及的是長期結(jié)構(gòu)載

荷和運(yùn)行狀態(tài)。極端外部條件出現(xiàn)機(jī)會(huì)很少，但它是潛在的臨界外部設(shè)計(jì)條件。設(shè)計(jì)載荷情況由這些外

部條件與風(fēng)力機(jī)運(yùn)行模式結(jié)合而構(gòu)成。

對結(jié)構(gòu)整體而言，風(fēng)況是最基本的外部因素。其他環(huán)境條件對設(shè)計(jì)特性，諸如控制系統(tǒng)功能、耐久

'It.I銹蝕等有影響。

根據(jù)WTGS安全等級的要求，設(shè)計(jì)中要考慮正常和極端條件，詳見下列相關(guān)條款。

6.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)組分級

設(shè)計(jì)中要考慮的外部條件由WTGS安裝場地類型決定。而WTGS等級又取決于風(fēng)速和湍流參數(shù)。

分級是想要達(dá)到最大限度應(yīng)用的目的，使風(fēng)速和湍流參數(shù)在不同的場地大體再現(xiàn)，而不是與某一特定場

地精細(xì)吻合，見11章?？偟哪康氖且玫矫黠@由風(fēng)速和湍流參數(shù)決定的WTGS的等級。表1規(guī)定獷確

GB184511-2001

定WTGS等級的基本參數(shù)。

在這些情況中，需要一個(gè)特定的(例如特定風(fēng)況或特定外部條件或一個(gè)特定安全等級，見5.3)更高

的WTGS等級，這個(gè)等級定為S級。S級WTGS的設(shè)計(jì)值由設(shè)計(jì)者選取，并在設(shè)計(jì)文件中詳細(xì)說明。特

定設(shè)計(jì)中，選取的設(shè)計(jì)值所反應(yīng)的環(huán)境條件要比預(yù)期的用戶使用環(huán)境更為惡劣。

近海安裝的風(fēng)力機(jī)的特殊外部條件要求WTGS的設(shè)計(jì)為S級。

表1各等級WTGS基本參數(shù)

WTGS等級

lImNS

[m{s]

5042.5

37.530

由設(shè)計(jì)者規(guī)定各參數(shù)

[m/s]

108.57-5

6

A石〔一〕

〔一]

0.180.18

0.180.18

22

22

B了[一〕

a[一]

0.160.16

0.160.16

33

33

表中:各數(shù)值應(yīng)用于輪毅高。

A表示較高湍流特性級，

B表示較低湍流特性級，

I。湍流強(qiáng)度15m/s時(shí)特性值，

。公式((7)中斜度參數(shù)。

除了基本參數(shù)以外，在WTGS的設(shè)計(jì)中還需要一些更重要的參數(shù)規(guī)定外部條件。后面稱之為WT-

GS標(biāo)準(zhǔn)等級的I}-N。中增加的參數(shù)在6.3,6.4和6.5條中加以說明。

設(shè)計(jì)壽命應(yīng)為20年。

對S級WTGS，制造廠應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中闡述所采用的模型及主要設(shè)計(jì)參數(shù)值。采用第6章的模型，

對其參數(shù)值應(yīng)作充分的說明。S級WTGS的設(shè)計(jì)文件包含附錄A所列內(nèi)容。

63風(fēng)況

WTGS應(yīng)設(shè)計(jì)成能安全承受由其等級決定的風(fēng)況。

風(fēng)況的設(shè)計(jì)值須在設(shè)計(jì)文件中明確規(guī)定。

從載荷和安全角度出發(fā)風(fēng)況可分為WTGS正常工作期間頻繁出現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)況和一年或50年一遇

的極端風(fēng)況兩種，

在所有情況下，應(yīng)考慮平均氣流與水平面夾角達(dá)8“的影響。假定此夾角大小不隨高度改變而變化。

6.3-1正常風(fēng)況

6.3.1.1風(fēng)速分布

場地的風(fēng)速分布對WTGS的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，因?yàn)樗鼪Q定各級載荷出現(xiàn)的頻率。對標(biāo)準(zhǔn)等級的

WTGS計(jì)算設(shè)計(jì)載荷時(shí)，10min平均風(fēng)速按瑞利分布計(jì)算。此時(shí)輪毅高概率分布為:

PR(vnab)=1一exp仁一二(vnn/2V.-)'I·······················??(5)

6.31.2正常風(fēng)廓線模型(NWP)

風(fēng)廓線v(Z)表示的是平均風(fēng)速隨離地高度Z變化的函數(shù)。

v(Z)=v,,.,(Z/Z,}e)0

WTGS的標(biāo)準(zhǔn)級，正常風(fēng)廓線假定按

.。。(6)

指數(shù)n假定為0.2.

風(fēng)廓線用于確定穿過風(fēng)輪掃掠面的平均垂直風(fēng)速切變。

6.3.1.3正常湍流模型(NTM)

GB18451.1-2001

“風(fēng)湍流”一詞表示的是10分鐘平均風(fēng)速的隨機(jī)變化。湍流模型包括風(fēng)速變化效應(yīng).風(fēng)向變化效應(yīng)

和樣機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的效應(yīng)。標(biāo)準(zhǔn)級WTGS,隨機(jī)風(fēng)矢量場能譜強(qiáng)度，不管是否在模型中明確地應(yīng)用，都必須滿

足下列要求:

a)縱向風(fēng)速分量標(biāo)準(zhǔn)偏差特性值由下式給出’):

a,=I,s(15m/s+av,,,b)/(a十1)························??(7)

/,;和“值由表1給出。在乙。和a有特定值前提下。、和湍流強(qiáng)度。/v6.、的特性值作隨風(fēng)速變化的函

數(shù)見圖to

假定標(biāo)準(zhǔn)偏差不隨離地面高度變化

50403020100

次有后二炙-七側(cè)哪璐潤

月

之盯

、{

產(chǎn)聲

護(hù)/

B

護(hù)

丫

I

入

\\人

\\

州

之泛卜比一一

.‘..‘乙二二;二二二二留留留呂目

60504030201000

明、任︸b翎她蓉

a10203040

010203040

風(fēng)速vou卜，耐s風(fēng)速Fbb,m/s

圖1風(fēng)湍流特性

b)靠近慣性負(fù)區(qū)高頻尾端，湍流縱向分量能譜強(qiáng)度S,(f)逐漸接近下列形式

S,(f)二0.05(a,)z(A,/v6.6)一8/3f-5/7······················??(8)

湍流尺度參數(shù)由下式確定:

7ZI.bZhub<30m

mZ-妻30m

..??，，，·.·..4?(9)

;1

門，戶

產(chǎn)|之、|

一一

l幾

A

滿足上述要求的隨機(jī)湍流模型的說明由附錄B給出。在隨機(jī)湍流模型基礎(chǔ)上確立的簡化模型由附

錄C給出。確定的簡化模型當(dāng)其被驗(yàn)證風(fēng)輪葉片對旋轉(zhuǎn)取樣風(fēng)速響應(yīng)是充分衰減時(shí)使用。附錄C也給

出了對這個(gè)問題的說明。

6.3.2極端風(fēng)況

極端風(fēng)況用于確定WTGS的極端風(fēng)載荷。這種風(fēng)況包括由暴風(fēng)造成的風(fēng)速峰值及風(fēng)向和風(fēng)速的迅

速變化。這種極端狀況含有湍流替在影響，在設(shè)計(jì)計(jì)算中僅考慮其確定的因素。

6.3-2.1極端風(fēng)速模型(EWM)

50年一遇和1年一遇極端風(fēng)速veso和vm應(yīng)根據(jù)參考風(fēng)速。,d來確定。在標(biāo)準(zhǔn)級WTC:S的設(shè)計(jì)中，

二、和。作為高度Z的函數(shù)用下式計(jì)算:

v-(Z)=1.4v-f(Z/Zh.e)0”

v.}(Z)=0.75v-(Z)

?(10)

一(11)

式中:Z--—輪毅高1)假定與平均風(fēng)向短期偏離為士150

功在計(jì)算載荷時(shí)除了表2內(nèi)容外，還可以近似地使用不同的百分位數(shù)。這些百分位數(shù)的附加值，確定如下

△‘=(X一1)(2m1s)I

式中X由正常概率分布函數(shù)確定。如95%時(shí)，X=1.64e

2)現(xiàn)場設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以這樣描述，即風(fēng)速和氣動(dòng)壓力隨高度而變化，但由上述關(guān)系式得到的結(jié)果同規(guī)定值差異甚少

GB184511一2001

6.3-2.2極端:1_作陣風(fēng)(EOG)

標(biāo)準(zhǔn)級WTGSN年一遇輪毅高陣風(fēng)值va。由下面的關(guān)系式給出

[

va一(3，0.1I會(huì){

式中:。—標(biāo)準(zhǔn)偏差，由公式((7)計(jì)算;

A-一一湍流尺度參數(shù)，由公式(9)選取

D一一風(fēng)輪直徑;

月=4.8N=1;

月=6.4N=50.

周期為N年一遇的風(fēng)速.由下式確定:

_(v(Z)一0.37v,,Nsm

v(Z,t’一}

(3rzt/7')(1一cos(2nt/T))0鎮(zhèn)t鎮(zhèn)T

v(Z)t<0和t>T

??(13)

式中:二(2)由公式((6)進(jìn)行計(jì)算

T=10.5sN=1;

T=14.0sN=50o

如一年一遇，湍流種類為A類，風(fēng)輪直徑42m，輪毅高30m,v,,=25m/s的極端工作陣風(fēng)，見圖Zo

廳習(xí)曰匡巨廠口口口口口口口

曰廠廠

I/

曰曰

口廳廠囚曰曰口

口門困民廠es口岡口口

.一

口口巨口口口口

40腸30監(jiān)2015

5、任.召q奮側(cè)區(qū)

0m

-2-10123456789101112

時(shí)間I.5

圖2極端工作陣風(fēng)范例(N=1,A類，D=42m.Z,-=30m,vn,n=25m/s)

一年一遇和50年一遇二者均選取同一升降參數(shù)

6.3.2.3極端風(fēng)向變化(EDC)

N年一遇極端風(fēng)向變化值0-，用下面公式進(jìn)行計(jì)算:

「一一三=一飛

0-(t)二士RarctanI「，八，IUI}I一‘··。二”............(14)

IVeda,I土州V.IIn}一

{L}2>,1JJ

式中:氏、-一限定在士1800范圍內(nèi);

A-—湍流尺度參數(shù)，由((9)式計(jì)算;

D—風(fēng)輪直徑;

Q=

召=:.:

N=1;

N=50

N年一遇風(fēng)向瞬時(shí)極端變化0斌t),由下式給出

0

ON(t)

.50,s(1一cos(nt/T))

氏N

t<0

0(t(T

t>7'

...............??(15)

戶州

廠||之、!1、

-一

此處，瞬時(shí)風(fēng)向極端變化持續(xù)時(shí)間T=6s。最大瞬時(shí)載荷發(fā)生時(shí)，應(yīng)有信號發(fā)出。風(fēng)向瞬時(shí)變化結(jié)

束后，認(rèn)為風(fēng)向保持不變。并假定風(fēng)速遵從6.3.1.2正常風(fēng)廓線模型(NWP),

如50年一遇，湍流類型為A，風(fēng)輪直徑42m，輪毅高30m,vn,,n=25m/s的極限風(fēng)向變化見圖3

Gs18451.1一2001

了-.

/

/

/

/

行︵﹄﹃

戶100

n劃n︺卜

門︸1

之電牟側(cè)星試︶0目

八

、、

}}

2產(chǎn).

一鉀，.~

了

01020鄒40

風(fēng)速‘，nun,m八

極端風(fēng)向幅值變化范例

時(shí)間t,5

何柯黔

述，電牟粼砂0‘

(N二50,A類，D=42m,Zwn=30m)

6.12.4極端相干陣風(fēng)(ECG)

圖4極端風(fēng)向變化范例

(N=50,A類，D=42m,Zh,b=30m,vi,,,=25m/s)

標(biāo)準(zhǔn)級WTGS的設(shè)計(jì)需假定極端相干陣風(fēng)具有v=15m/s的幅值。風(fēng)速由下式確定:

(v(Z)t<0

v(x,t)二}v(Z)+0.5v-(1一cos(nt7T))0鎮(zhèn)t蕊T

lv(Z)+v，t>T

此外，上升時(shí)間T=10s,v(Z)為6.3.1.2給出的風(fēng)速。應(yīng)用公式((6)規(guī)定的正常風(fēng)廓線

m/5時(shí)極端相干陣風(fēng)見圖5,

?(16)

v,,,,=25

一滬產(chǎn)J

口一一一曰

一口口一

4030即川

.、任.︹、，片﹀島姍區(qū)

-20246

時(shí)間

圖5極端相干陣風(fēng)(vn.b

方向變化的極端相干陣風(fēng)(ECD)

101214

t，5

=25m/s)(ECG)

6.3-2.5

在這種情況下，假定風(fēng)速的上升(由ECG闡述的，見圖5)與風(fēng)向的變化氣是同步進(jìn)行的e,.;由下面

的關(guān)系式確定:

!干.

一-

、J

6}a(v,,6

1800v-<4m/s

72004m/s簇vn.e(.。，

vwn

二。.......·............(I了)

同步的方向變化由下面關(guān)系式給出:

B(t)一士0.50"(1一cos(nt/Z'))

士6,.a

t<0

0(t毛T

t>T

二，??，，..?(18)

此處上升時(shí)間T=10s,

應(yīng)用公式((6)規(guī)定的正常風(fēng)廓線。

風(fēng)向的變化0}a與風(fēng)速vi,.、的關(guān)系，風(fēng)向的變化與時(shí)間的關(guān)系(vi.e=25m/s時(shí))，分別見圖6和圖7,

GB184511-2001

3025

OU少八甘5﹃U

2目11上

︵乙︵﹄︶勺李捌誼祖

爪

\

\

\

、、、

、、、~吮~~~~.

曰曰曰門團(tuán)」

曰曰曰曰/口口

曰門刃曰曰曰

曰曰口團(tuán)口

口習(xí)網(wǎng)口口口

口口口口口口

︵.︶淤勺攀粼但長

010203040

風(fēng)速F、u:，-A

圖6ECD風(fēng)向變化圖7

6.3.2.6極端風(fēng)速切變(EWS)

50年一遇極端風(fēng)速切變應(yīng)用于下列兩種瞬時(shí)風(fēng)速來計(jì)算:

一瞬時(shí)垂直切變

-20246N1012

時(shí)間t，5

V-二25m/s時(shí)風(fēng)向變化時(shí)間歷程

}D

2.5+0.2盧01,}，

、III’“一(卜COSIt})O}tCT

Z一Z-

D

v(z,t)

t<0和t>7'

...(l9

一瞬時(shí)水平切變

{，，二{Z{“

，..1一0"01Zh.O

v}y,z"’一

+(Y)D(2.5+?！?伽1(穿!“

0蕊t蕊T

。‘{Z{.

一.u.1藝-I

‘一(2Rt)T-)

t<0和t>T

(20)

式中

a=0

2;召=6.4;T=12s;

湍流尺度參數(shù)，由公式((9)計(jì)算;

風(fēng)輪直徑。

戊D

產(chǎn)

}

/

}:產(chǎn)獷

丫

}一}I

尸r:

l

L

/

尸日巨口口口巨口

廠口區(qū)門口因口口

匡曰巨口口L壓曰

曰日口日日口口口

廠日日日口口困口

廠巨巨口口巨巨巨

門巨巨口口匕LL

巨巨巨口L巨L匕

器20

︵甸.目)

5050

11

奮劃城

18161412100806040200

上n古N/2

to203040

風(fēng)速F(s.1).-/s

-202

4間6errl

8101214

圖8

(N二50,(t=MA

t=0-二“=r/z

極端垂直風(fēng)速切變開始前風(fēng)廓線

0，虛線)最大切變((t=6s，實(shí)線)

A類，Zlnib二30m,vb,b=25m/s,D=42m)

風(fēng)輪上部??風(fēng)輪下部

圖9風(fēng)輪上部和下部風(fēng)速切變時(shí)間歷程

(假定以圖8為存在前提)

GB18451.1一2001

要挑選水平風(fēng)速切變信號，以使最嚴(yán)重的瞬時(shí)載荷出現(xiàn)。兩種極端風(fēng)切變是分別考慮的，所以不能

同時(shí)應(yīng)用。作為一例，勸年一遇極端垂直風(fēng)速切變在圖8中予以說明，圖中示出開始前的風(fēng)速切變(，=

05)和最大切變(t=65)。圖9則表示出風(fēng)輪上部和下部風(fēng)速切變的時(shí)間歷程。兩圖中均假定湍流類型

為A，7jlo1，=25m/s，2、=3om.風(fēng)輪直徑D=42訊

6.4其他環(huán)境條件

除了風(fēng)速外，其他環(huán)境(氣候)條件通過熱、光、化學(xué)、腐蝕、機(jī)械、電的或其他物理作用都會(huì)影響

WrGS的完整性和安全性而且綜合的氣候因素更會(huì)加劇這種影響。

至少應(yīng)考慮下列其他環(huán)境條件，并將它們的作用在設(shè)計(jì)文件中闡明:

一一溫度;

一一濕度;

一一空氣密度;

一太陽輻射;

—雨、冰雹、冰雪;

-一一化學(xué)作用物質(zhì);

一一機(jī)械作用顆粒;

一一雷電;

一一地震;

一鹽霧。

近海環(huán)境，需要考慮附加特殊條件。

設(shè)計(jì)中的氣候條件可依照慣用值或氣候條件變化范圍來確定。選擇設(shè)計(jì)值時(shí)，諸多氣象條件同時(shí)出

現(xiàn)的可能性也應(yīng)予以考慮。對應(yīng)一年周期里正常范圍內(nèi)氣候變化不應(yīng)影響WTGS正常運(yùn)行。

除了相關(guān)存在因素外，64.2中的極端環(huán)境條件應(yīng)和63，1中正常風(fēng)況結(jié)合起來考慮。

6.4門其他正常環(huán)境條件

應(yīng)考慮的其他正常環(huán)境條件

—設(shè)備正常工作環(huán)境溫度范圍一10C~4。它;

一一最高相對濕度小于或等于95%;

—大氣成分相當(dāng)于無污染的內(nèi)陸大氣(見IEc6o721一2一1);

—太陽輻射強(qiáng)度1000w/mZ;

-一空氣密度1.225kg/m3。

由設(shè)計(jì)者規(guī)定附加外部環(huán)境條件參數(shù)時(shí)，這些參數(shù)的值應(yīng)在設(shè)計(jì)文件中說明，并應(yīng)符合

IEC60721一2一1的要求

64.2其他極端環(huán)境條件

wTGS設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的其他極端環(huán)境條件是溫度、雷電、冰和地震。

6.4.2.，溫度

標(biāo)準(zhǔn)級wTGS極端溫度范圍設(shè)計(jì)值至少應(yīng)是一2OC一+5OC。

6.4.22雷電

第10.6條防雷措施適于標(biāo)準(zhǔn)級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組。

6.4.2.3冰

應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)級WTGS結(jié)冰時(shí)的最低要求。

6.4.2.4地震

應(yīng)給出標(biāo)準(zhǔn)級WTGS地震時(shí)的最低要求。

6.5電網(wǎng)條件

下面列出設(shè)計(jì)中要考慮的WTGS終端正常條件

Gs184511-2001

當(dāng)下列參數(shù)在下述范圍內(nèi)時(shí)，采用正常電網(wǎng)條件

一電壓，額定值士10%

一一頻率，額定值士20o

-一電壓不穩(wěn)定，電壓的負(fù)量與正量的比值不超過2%

一一斷電，假定一年內(nèi)斷電20次，風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)的最長斷電持續(xù)時(shí)間為一星期以上來設(shè)計(jì)。

7結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

了門概述

風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)以承載件結(jié)構(gòu)完整性的驗(yàn)證為基礎(chǔ)。零部件的極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度須通過計(jì)算

或試驗(yàn)來驗(yàn)證，以表明相應(yīng)安全等級的WTGS結(jié)構(gòu)的完整性。

應(yīng)以ISO2394為基礎(chǔ)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

確定一個(gè)能夠接受的安全等級，并通過計(jì)算或試驗(yàn)來驗(yàn)證，以示載荷未超過設(shè)計(jì)值。

采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行計(jì)算。設(shè)計(jì)文件中需提供計(jì)算方法的說明。說明應(yīng)包括計(jì)算方法有效性的證

據(jù)或相應(yīng)研究驗(yàn)證的參考文獻(xiàn)。試驗(yàn)中的載荷水平應(yīng)能反映相應(yīng)計(jì)算中的安全系數(shù)。

了.2設(shè)計(jì)方法

應(yīng)驗(yàn)證風(fēng)力機(jī)極端狀態(tài)未超出設(shè)計(jì)范圍。模型試驗(yàn)和樣機(jī)試驗(yàn)可以代替計(jì)算來驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合

理性，如ISO2394的規(guī)定3，。

7.3載荷

設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)考慮7.3-1-7-3.4闡述的載荷。

7.31慣性力和重力載荷

慣性力和重力載荷是作用于WTGS的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)載荷，它們是由振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、地球引力以及地震的

作用產(chǎn)生的。

7.3.2空氣動(dòng)力載荷

空氣動(dòng)力載荷也是靜態(tài)的和動(dòng)態(tài)的載荷，它們是由氣流與WTGS的固定件或運(yùn)動(dòng)件相互作用引起

的。

空氣動(dòng)力視風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，穿過風(fēng)輪平面的風(fēng)速、湍流、空氣密度和風(fēng)力機(jī)零部件氣動(dòng)類型和它們之間

相互作用(包括氣動(dòng)彈性)而定。

7.3.3運(yùn)行載荷

運(yùn)行載荷由WTGS的操作和控制而產(chǎn)生。與其他載荷是一樣的。均與風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的控制有關(guān)，如通過

葉片變漿或其他氣動(dòng)裝置進(jìn)行扭矩控制，從而控制轉(zhuǎn)速。這些載荷包括由風(fēng)輪起動(dòng)和停止而引起的傳動(dòng)

機(jī)構(gòu)制動(dòng)瞬時(shí)載荷，發(fā)電機(jī)接通和分離引起的載荷和偏航引起的載荷。

7.3.4其他載荷

其他載荷，如波動(dòng)載荷，尾流載荷，沖出載荷，冰載荷都可能發(fā)生。這些載荷可適當(dāng)計(jì)人總載荷考慮，

見第11章

3)ISO2394定義極限狀態(tài)和使用狀態(tài)如下結(jié)構(gòu)和作用于其上的力的一種狀態(tài)，一旦超過這種狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不再滿足

設(shè)計(jì)要求.設(shè)計(jì)計(jì)算的目的是要使所研究的結(jié)構(gòu)處在規(guī)定極限值以下。例如最大極限狀態(tài)相當(dāng)于:

.視為剛體的結(jié)構(gòu)或其一部分失去平衡(如傾碩);

.自由超過極限強(qiáng)度(或由干交變載荷強(qiáng)度減少)或材料最大變形，造成結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)剖面的斷裂;

.機(jī)構(gòu)機(jī)理破壞，失去穩(wěn)定(彎曲等)。例如，使用效能和影響結(jié)構(gòu)件或非結(jié)構(gòu)件外表的變形;

.造成不舒適，影響非結(jié)構(gòu)件或設(shè)備的超標(biāo)振動(dòng)(尤其是發(fā)生共振);

.減少結(jié)構(gòu)耐久性的和影響使用功能或影響結(jié)構(gòu)件非結(jié)構(gòu)件外表的局部損傷。

為了在設(shè)計(jì)中控制使用極限狀態(tài)，通常使用一個(gè)或多個(gè)約束，如規(guī)定最大變形、最大加速度、最大裂紋等

GB184511--2001

了.4設(shè)計(jì)工況和載荷狀態(tài)

本條闡明了WTGS結(jié)構(gòu)載荷狀態(tài)，并規(guī)定了設(shè)計(jì)中需考慮的最低數(shù)量。

為了達(dá)到設(shè)計(jì)目的，WTGS的壽命以機(jī)組將要承受的，包含各重要條件的設(shè)計(jì)工況來體現(xiàn)。

載荷狀態(tài)取決于裝配、吊裝、維護(hù)、運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)計(jì)工況與外部條件的組合方式。將具有合理發(fā)生概

率的各相關(guān)載荷狀態(tài)與控制和保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作，放在一起考慮

通常用于確定WTGS結(jié)構(gòu)完整性的載荷狀態(tài)，用下面的組合形式進(jìn)行計(jì)算

-一正常設(shè)計(jì)工況和正常外部條件;

正常設(shè)計(jì)工況和極端外部條件;

故障設(shè)計(jì)工況和相應(yīng)的外部條件;

一運(yùn)輸、安裝和維護(hù)設(shè)計(jì)工況與相應(yīng)的外部條件

如果極端外部條件和故障工況二者相關(guān)存在，可以考慮將它們組合在一起，作為一種載荷狀態(tài)。

在每種設(shè)計(jì)工況中，為使WTGS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的完整，要考慮幾種載荷狀態(tài)。表2所列是考慮的最少載

荷情況。表中，每種設(shè)計(jì)工況通過對風(fēng)、電和其他外部條件的說明都規(guī)定了設(shè)計(jì)載荷狀態(tài)。

在特殊的WTGS的設(shè)計(jì)中，如需要，也可以考慮其他有關(guān)安全設(shè)計(jì)載荷狀態(tài)。

表2中，對各設(shè)計(jì)工況用‘下”和“U”注明相應(yīng)的分析方法。F表示疲勞載荷分析，用于評定疲勞強(qiáng)

度U表示極限載荷分析，如超越材料最大強(qiáng)度極限的分析、葉尖撓度分析、穩(wěn)定分析等。

標(biāo)有“U”的設(shè)計(jì)工況，又分為正常(N)，非正常(A)，運(yùn)輸和安裝<T)等類。在風(fēng)力機(jī)正常壽命期內(nèi)，

正常設(shè)計(jì)工況是要頻繁出現(xiàn)的。此時(shí)風(fēng)力機(jī)經(jīng)常處于正常狀態(tài)或僅出現(xiàn)短時(shí)的異?；蜉p微的故障。非

正常設(shè)計(jì)工況出現(xiàn)的可能性較小，它的出現(xiàn)往往對應(yīng)產(chǎn)生嚴(yán)重故障，例如保護(hù)系統(tǒng)的故障。設(shè)計(jì)工況的

形式N.A或T決定極限載荷使用的安全系數(shù)乙。這些系數(shù)在7.6條的表3和表4中給出。

表2列出了風(fēng)速范圍，應(yīng)考慮到風(fēng)速對WTGS產(chǎn)生的最嚴(yán)重影響。將風(fēng)速范圍分成若干個(gè)區(qū)段，并

對每一段給出WTGS適當(dāng)?shù)膲勖俜直?。確定載荷狀態(tài)時(shí)，應(yīng)參考第6章闡述的風(fēng)況。

表2載荷情況

設(shè)計(jì)工況

DLC風(fēng)況

其他情況

分析方法局部安全系數(shù)

1)發(fā)電

1.1NTMv-=v.或vout

U

N

1.2N'PM-<m,w<v-

F

1.3ECDvhy=v

U

N

1.4NWP-m.=v.或%外部電故障

U

N

1.5EOG,vnn=v.或二電線損傷

U

N

1.6EOG。v-=v.或v。

U

N

1.7EWSvh,b=v,或v叫.

U

N

1.8EDC。二‘=v或。。

U

N

1.9ECGv--v

U

N

2)發(fā)電兼有故

障

2.1NWPvn.s=v,或。u

控制系統(tǒng)故降

U

N

2.2NWPvis=v,或。姍保護(hù)系統(tǒng)或申部電氣故障

UA

2.3NTMv;<v-<v..

控制(保護(hù))系統(tǒng)故障

F

3)起動(dòng)

3.1NWPv;.<v-<Vom

F

3.2EOG.i},e=v,nv.或v

U

N

3.3EDC.vhy=v,.v,或二11

U

N

GB184511-2001

表2(完)

設(shè)計(jì)工況

DI.C

風(fēng)況其他情況分析方法局部安全系數(shù)

4)正常關(guān)機(jī)

4.l

NWPv.<vnm<v

F

4.2

EOG,v,、=。或vv

UN

5)緊急關(guān)機(jī)

5.1NWPV--V,或。。u

U

}

{

6)停機(jī)(靜止或

空轉(zhuǎn))

6.1EWM-,--可能電網(wǎng)損壞