LW2500風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的機(jī)艙布局優(yōu)勢

趙樹富　方聰

摘 要 近兩年來，我國風(fēng)電組裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，特別是1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝備制造取得了快速發(fā)展，成為國內(nèi)各大風(fēng)場主流機(jī)組。1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)已經(jīng)完全被國內(nèi)風(fēng)機(jī)裝配廠消化吸收，在對(duì)1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)掌握的基礎(chǔ)上，大連華銳等各大風(fēng)機(jī)組裝廠和技術(shù)研發(fā)單位紛紛開展向2.0-5.0 MW系列更大功率機(jī)組研發(fā)，但大多都處在樣機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中，還未達(dá)到批量生產(chǎn)的階段。目前我公司進(jìn)行批量生產(chǎn)LW2500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組填補(bǔ)國內(nèi)空白，并且多方面技術(shù)已經(jīng)處在領(lǐng)先位置，文章主要從工程的角度介紹LW2500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相對(duì)傳統(tǒng)機(jī)組的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞 LW2500風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；機(jī)艙布局；主軸；雙饋發(fā)電機(jī)

中圖分類號(hào)：TM315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0188-01

目前國內(nèi)組裝廠如GE（沈陽）公司、大連華銳公司、沈陽華創(chuàng)公司、廣東明陽公司、東方電氣公司等仍然是1.5 MW機(jī)組的組裝為主打，進(jìn)行批量生產(chǎn)，成為國內(nèi)風(fēng)場運(yùn)行的主流機(jī)組。國內(nèi)1.5 MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)成熟度高、部件配套資源好，國內(nèi)逐步完善起了風(fēng)能配套產(chǎn)業(yè)，形成整個(gè)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)鏈。國內(nèi)組裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)、質(zhì)量已經(jīng)完全達(dá)到世界先進(jìn)水平，并且已經(jīng)出口到發(fā)達(dá)國家。各個(gè)組裝公司通過幾年對(duì)于1.5 MW機(jī)組技術(shù)的消化吸收，已經(jīng)完全掌握了1.5 MW機(jī)組技術(shù)。大連華銳、沈陽華創(chuàng)公司等大規(guī)模的組裝公司紛紛開發(fā)2.0-5.0 MW系列更大功率段的機(jī)組。目前大連華銳公司和沈陽華創(chuàng)公司開發(fā)研制的3.0 MW的機(jī)組仍處在樣機(jī)測試階段，正在進(jìn)行各種測試認(rèn)證過程，未能形成批量生產(chǎn)。

目前我公司生產(chǎn)的LW2500型機(jī)組在大功率段內(nèi)仍屬于填補(bǔ)國內(nèi)空白，在國內(nèi)組裝廠2.0系列機(jī)組未能形成產(chǎn)量，而我公司正在進(jìn)行批量生產(chǎn)，具備很大的領(lǐng)先優(yōu)勢。本文簡要從工程方面淺析對(duì)與國內(nèi)傳統(tǒng)型機(jī)組1.5 MW機(jī)組方面的優(yōu)勢。

1 目前國內(nèi)傳統(tǒng)型機(jī)艙布局方面的缺點(diǎn)

1）國內(nèi)傳統(tǒng)型機(jī)艙布局多采用一字型。傳統(tǒng)型機(jī)組的機(jī)艙布局方式大多是一字型總體布局，主軸、主軸承、齒輪箱和發(fā)電機(jī)一字連接，布置在機(jī)艙內(nèi)部。其主要特點(diǎn)是對(duì)中性好，負(fù)載分布均勻；其缺點(diǎn)是占軸線長，可能使主軸太短，主軸承載荷較大。主軸是連接風(fēng)機(jī)輪轂和齒輪箱的重要部件。

2）主軸加工制作、裝配工藝復(fù)雜。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主軸作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備三大重要部件之一，是連接風(fēng)機(jī)輪轂和齒輪箱的重要部件。主軸承擔(dān)了支撐輪轂處傳遞過來的各種負(fù)載的作用，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動(dòng)彎矩傳遞給機(jī)艙、塔架。

①主軸技術(shù)性能要求高，主軸機(jī)械性能要求高，其強(qiáng)度、塑性指標(biāo)高，型位公差和尺寸公差要求嚴(yán)格，必須保證在較嚴(yán)酷的環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)20年，而且部件無腐蝕。

②主軸制作工藝復(fù)雜，國內(nèi)主軸供應(yīng)商主軸加工工藝：下料—鍛打—正火—粗車—調(diào)質(zhì)—半精車—精車—銑鍵槽—修研頂尖孔—粗磨—精磨—檢查—入庫，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主軸多設(shè)計(jì)為是中空的，為傳輸輪轂部分控制線路，由此造成主軸加工難度增大。整個(gè)主軸的加工工藝復(fù)雜繁瑣，質(zhì)量關(guān)鍵點(diǎn)多，質(zhì)量控制比較難，質(zhì)量潛在風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)由于主軸的加工精度隨著機(jī)組功率的增大必然要求主軸的直徑長度重量都要隨之增大，隨之要求加工設(shè)備巨大，造成機(jī)組成本增大內(nèi)孔加工比較困難，現(xiàn)在對(duì)風(fēng)機(jī)主軸的加工設(shè)備是深孔鉆鏜床，根據(jù)風(fēng)機(jī)主軸的特性，深孔鉆鏜床要加高床頭。

③主軸組裝步驟多，國內(nèi)GE1.5MW機(jī)組的主軸裝配步驟包括：立軸、安裝前擋環(huán)、安裝軸承座、安裝后擋環(huán)、安裝后蓋和主軸承螺母共六步將主軸與相關(guān)附件安裝完畢，并將主軸吊起并保持4度傾斜角，將主軸吊入齒輪箱，用清潔劑（如Cleansol）清潔主軸尾部及齒輪箱漲圈內(nèi)孔。

3）需要獨(dú)立的箱變柜。國內(nèi)風(fēng)機(jī)組裝廠家在塔筒附近需要制作獨(dú)立的箱變系統(tǒng)，以保護(hù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的變壓器，以便和附近變電系統(tǒng)線路相連，從而增加現(xiàn)場的施工工作量，加大了風(fēng)機(jī)的安裝成本。

2 LW2500型機(jī)組 “緊湊型驅(qū)動(dòng)理念”的優(yōu)勢

1）LW2500型機(jī)艙緊湊型布局。LW2500型機(jī)組的總體布置與傳統(tǒng)方式相近又有區(qū)別，采用“緊湊型驅(qū)動(dòng)理念“設(shè)計(jì)，巧妙的將連接軸和主軸承設(shè)計(jì)承緊湊型，將主軸和主軸連接器安裝在輪轂部分構(gòu)成輪轂的一部分，增加了輪轂的重量，從而取代了主軸部件，使得機(jī)艙布局由傳統(tǒng)的齒輪箱、主軸、發(fā)電機(jī)、變流器、控制柜，調(diào)整為齒輪箱、發(fā)電機(jī)、變壓器、變流器、控制柜，根據(jù)計(jì)算分析重新整理布局，從而改變了機(jī)艙和塔筒內(nèi)部的布線，節(jié)省了動(dòng)力電纜。為了調(diào)節(jié)取消了傳統(tǒng)機(jī)艙內(nèi)部的主軸和輪轂重量增加而造成的中心轉(zhuǎn)移的問題，通過計(jì)算分析，將分布在塔筒底部單元的變流器、變壓器至于機(jī)艙內(nèi)部。

2）機(jī)艙緊湊布局的優(yōu)勢。

①降低連接發(fā)電機(jī)定子端和轉(zhuǎn)子端的電纜成本，目前國內(nèi)市場上主流的產(chǎn)品多為雙饋式異步發(fā)電機(jī)，我公司2.5 MW機(jī)組同樣采用的是雙饋發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過變流器與電網(wǎng)相連，風(fēng)力機(jī)組可以變速運(yùn)行，在發(fā)電機(jī)的變速范圍內(nèi)，變流器根據(jù)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)頻率改變雙饋發(fā)電機(jī)勵(lì)磁可調(diào)量有三個(gè)，即勵(lì)磁電流的頻率、幅值和相位。調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流的頻率，保證發(fā)電機(jī)在變速運(yùn)行的情況下發(fā)出恒定頻率的電力；通過改變勵(lì)磁電流的幅值和相位，可達(dá)到調(diào)節(jié)輸出有功功率和無功功率的目的。根據(jù)雙饋異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化，雙饋異步發(fā)電機(jī)可有三種運(yùn)行狀態(tài)：亞同步運(yùn)行狀態(tài)、同步運(yùn)行狀態(tài)、超同步運(yùn)行狀態(tài)。機(jī)組在亞同步運(yùn)行狀態(tài)和超同步運(yùn)行狀態(tài)工作時(shí)，分別通過變流器饋入和饋出機(jī)組功率的30%。發(fā)電機(jī)定子通過并網(wǎng)接觸器與電網(wǎng)相連，由變流器實(shí)現(xiàn)同步化后給出并網(wǎng)指令，實(shí)現(xiàn)快速軟并網(wǎng)。

為完成上述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子與電網(wǎng)之間的能量轉(zhuǎn)化，國內(nèi)風(fēng)能市場運(yùn)行的為例，GE1.5WM機(jī)組將齒輪箱、發(fā)電機(jī)、機(jī)頂控制柜置于機(jī)艙內(nèi)部，而將將變流器、低壓配電系統(tǒng)、箱變、分別放在了塔架的底部單元和專門的箱變箱內(nèi)。根據(jù)這種布局則造成連接的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子的電纜需要整個(gè)塔筒高的長度。GE1.5MW機(jī)組圖紙的要求，連接發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子到塔底部單元變流器的電纜：9*95MM的銅芯動(dòng)力電纜，連接發(fā)電機(jī)定子到塔筒底部單元低壓控制柜為：12*240MM及另外2*240MM的接地線纜。

②用主軸連接器替代主軸，LW2500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用緊湊型布局，取消掉了發(fā)電機(jī)的主軸，采用主軸連接器替主軸的作用，減少主軸所占的空間，優(yōu)化機(jī)艙內(nèi)部布局，降低了機(jī)組的成本。

③減少單獨(dú)箱變柜的制作，我公司將變壓器布置在機(jī)艙內(nèi)部，變壓器同時(shí)起到為機(jī)艙配重的作用，同時(shí)也降低了連接動(dòng)力電纜使用量，也不需要在塔筒外部單獨(dú)做箱變柜的工程。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和安裝工程降低成本有重要作用。

隨著國內(nèi)風(fēng)機(jī)組裝日益激烈，風(fēng)機(jī)的成本已逐漸透明化，各大組裝廠在努力提高風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性和增加風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命的同時(shí)要降低風(fēng)機(jī)成本，才能在未來的國內(nèi)、國際風(fēng)電市場占有一席之地。本著此目的本文簡單論述LW2500型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在機(jī)艙布局方面較與傳統(tǒng)機(jī)組方面的優(yōu)勢，從而對(duì)降低機(jī)組成本占領(lǐng)國內(nèi)國際市場有明顯的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

[1]熊禮儉.風(fēng)力發(fā)電新技術(shù)與發(fā)電工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范實(shí)用手冊(cè)[M].2005.

[2]井惟如.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)文獻(xiàn)匯編[M].2003.endprint