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风力发电机组外部件
风力发电机组的外部件主要包括机舱、塔架、监控系统、风速仪和风向标等。
一、机舱、塔架
(一)机舱
机舱主要放置发电机等关键设备,风力发电机组的机舱底盘上布置有风轮
轴、齿轮箱、发电机、偏航驱动器等机械部件,起着定位和承载(包括静负载和
动负载)的作用。维护人员通过塔架进入机舱。
为了保护风力发电机组机电设备不受外部环境的影响,减少噪声排放,机舱
与轮毂均采用罩体密封。罩体包括机舱罩和轮毂罩,机舱罩是由左下部机舱罩、
右下部机舱罩、左机舱罩、右机舱罩、上部机舱罩、上背板、下背板七大主要部
分通过螺栓联结组合而成的壳体。机舱罩设有紧急逃生孔,紧急情况下人员可以
通过逃生孔从机舱外部逃离。机舱罩内壁分布着接地电缆,作为防雷击系统的一
部分。
(二)塔架
塔架是风力发电机组的主要支撑装置,它将发电机与地面连接,为水平轴叶
轮提供需要的高度,是整个风力发电机组安全运行的基础。随着风力发电机组性
能的提高,对作为支撑系统的风电塔架也提出了更高的设计要求,所以在此过程
中也形成了多种型式的塔架。根据塔架型式不同,主要分为锥台型塔筒和格构式
塔架两种。
1.锥台型塔筒
锥台型塔筒是目前大型风力发电机组市场中最典型的结构型式。从外观看,
由底向上直径逐渐减少,整体呈圆台状,因此也称此类塔架为圆台式塔架,如图
2-33所示。其主要优点是美观大方、构造简单、安全性能好、占地面积小、安
装、维护方便等,但目前存在的主要缺点是整体材料的利用率低、运输中易受道
路条件限制、经济性差等。
图2-33锥台型塔筒
图2-34格构式塔架
2.格构式塔架
格构式塔架与输电塔架外观相似,如图2-34所示。在早期小型风力发电机
组中大量使用,其主要优点是制造简单、耗材少、成本低、运输方便,但主要缺
点是在施工过程中连接的零部件较多、现场施工周期长、占地面积大、通向塔顶
的检修梯子不好安装等。在大型风力发电机组中逐渐被锥台型塔筒替代。不过当
高度和刚度设计要求相同的情况下,格构式塔架比锥台型塔筒的材料利用率高,
使其材料消耗减少约40%;同时,格构式塔架的构件尺寸小,可大幅降低运输成
本。
塔架对大、中型风力机的影响不容忽视。塔架主要起着支撑机舱、发电机和
叶轮的作用,并将载荷传递到基础上。塔架在法兰处用螺栓连接,塔架下端与基
础环连接,塔架上端通过螺栓与偏航轴承连接;塔架侧的连接法兰分为内法兰式
和外法兰式;塔架底部安装有主控制,变流柜,变压器(如有必要)或水冷柜;
塔架内装有安全爬梯并一直通到塔架上平台。每段塔架上部都设有一个休息平
台;塔架和机舱内都装有照明灯;所有的动力和信号电缆在塔架内布放。电缆固
定在电缆夹板上,不会影响机舱的转动。发生扭缆时,风力发电机组能自动解缆。
二、监控系统
风电场计算机监控系统分中央监控系统和远程监控系统,系统主要由监控计
算机、数据传输介质、信号转换模块、监控软件等组成。
(一)中央监控系统
中央监控系统的功能是对风力发电机进行实时监测、远程控制、故障报警、
数据记录、数据报表、曲线生成等。风力发电机组控制器中央监控系统结构图如
图2-35所示。
目前,风电场所采用的风力发电机组都是以大型并网型机组为主,各机组有
自己的控制系统,通过采集机组数据及状态,计算、分析和判断等操纵、控制机
组的启动、停机、调向、刹车和开启油泵等动作,能使单台风力发电机组实现全
部自动控制,无需人为干预。
目前国内监控系统的下位机是指风力发电机组的控制器。监控系统上位机一
般都是工控机,即工业计算机,通过里面的软件和各种接口,如串口、以太网等
采集各种设备的数据。对于每台风力发电机组说,即使没有上位机的参与,也能
安全正确地工作。所以相对于整个监控系统,下位机控制系统是一个子系统,具
有在各种异常工况下单独处理风力发电机组故障、保证风力发电机组安全稳定运
行的能力。从整个风电场的运行管理来说,每台风力发电机组的下位控制器都应
具有与上位机进行数据交换的功能,使上位机能随时了解下位机的运行状态并对
其进行常规的管理性控制,为风电场的管理提供方便。因此,下位机控制器必须
使各自的风力发电机组可靠地工作,同时具有与上位机通信
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