2.1　风电机组

风电机组是将风的动能转换为电能的系统，包括风轮（包括叶片、轮毂和变桨距系统）、机舱（包括传动系统、发电机系统、辅助系统、控制系统等）、塔架和基础等部件，实物图如图2.1所示。

2.1.1　类型和技术特性

2.1.1.1　类型

1.按照风轮旋转主轴的方向（即主轴与地面相对位置）分类

（1）水平轴式风电机组。转动轴与地面平行，风轮需随风向变化调整位置。

（2）垂直轴式风电机组。转动轴与地面垂直，风轮不必随风向改变调整方向。

2.按照桨叶受力方式分类

（1）升力型风电机组。

（2）阻力型风电机组。

3.按照桨叶数量分类

（1）单叶片。

（2）双叶片。

（3）三叶片。

（4）多叶片。

叶片的数目由空气动力效率、复杂度、成本、噪声、美学要求等多种因素决定。

4.按照风电机组接受风的方向分类

（1）上风向型风电机组。风轮正面迎着风向（即在塔架的前面迎风旋转），一般需要调向装置保持风轮迎风。

（2）下风向型风电机组。风轮背着风向，能够自动对准风向，不需要调向装置。但对于下风向型风电机组，由于一部分空气通过塔架后再吹向风轮，塔架会干扰流过叶片的气流而形成塔影效应，使其性能降低。

5.按照功率传递的机械连接方式分类

（1）双馈型风电机组。双馈型风电机组的桨叶通过齿轮箱及其高速轴和万能弹性联轴节将转矩传递到发电机的传动轴，联轴节具有很好的吸收阻尼和振动的特性，可吸收适量的径向、轴向和一定角度的偏移，并且联轴器可阻止机械装置的过载。

（2）直驱型风电机组。直驱型风电机组采用多项先进技术，桨叶的转矩可以不通过齿轮箱增速而直接传递到发电机的传动轴，使风电机组发出的电能同样能并网输出。这样的设计简化了装置的结构，减少了故障概率，多用于大型机组。

6.根据桨叶接受风能的功率调节方式分类

（1）定桨距（失速型）风电机组。风轮与轮毂的连接是固定的。当风速变化时，叶片的迎风角度不能随之变化。由于定桨距（失速型）风电机组结构简单、性能可靠，20年来在风能开发利用中一直占据主导地位。

（2）变桨距风电机组。叶片可以绕风轮中心轴旋转，使叶片攻角可在一定范围内（一般为0°～90°）调节变化，其性能比定桨距风电机组好，但结构也趋于复杂，现多用于大型机组。

7.按照风轮转速是否恒定分类

（1）恒速风电机组。优点是设计简单可靠、造价低、维护量少，可直接并网；缺点是气动效率低、结构载荷高，易造成电网电压波动，从电网吸收无功功率。

（2）变速风电机组。优点是气动效率高、机械应力小、功率波动小、成本效率高、支撑结构轻；缺点是功率对电压降敏感，电气设备的价格较高，维护量大。现常用于大容量的主力机型。

8.按照风电机组的发电机类型分类

（1）异步发电机型。异步发电机型按其转子结构不同又可分为以下类型：

1）笼型异步发电机，转子为笼型。由于其结构简单、可靠、廉价、易于接入电网，在小、中型风电机组中得到广泛应用。

2）绕线式双馈异步发电机，转子为线绕型。定子与电网直接连接输送电能，同时绕线式转子也经过变频器控制向电网输送有功或无功功率。

（2）同步发电机型。同步发电机型按其产生旋转磁场的磁极的类型又可分为：

1）电励磁同步发电机。转子为线绕凸极式磁极，通过外接直流电流激磁产生磁场。

2）永磁同步发电机。转子为铁氧体材料制造的永磁体磁极，通常为低速多极式，不用外界激磁，简化了发电机结构，因而具有多种优势。

2.1.1.2　技术特性

1.双馈式异步风电机组的主要优点

（1）能控制无功功率，并通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制。

（2）双馈感应发电机无需从电网励磁，而从转子电路中励磁。

（3）能产生无功功率，并可以通过电网侧变流器传送给定子。

2.直驱式风电机组的主要优点

（1）发电效率高。直驱式风电机组没有齿轮箱，减少了传动损耗，提高了发电效率，尤其是在低风速环境下，效果更加显著。

（2）可靠性高。齿轮箱是风电机组运行出现故障频率较高的部件，直驱技术省去了齿轮箱及其附件，简化了传动结构，提高了风电机组的可靠性。同时，风电机组在低转速下运行，旋转部件较少，可靠性更高。

（3）运行及维护成本低。采用无齿轮直驱技术可减少风电机组零部件数量，避免齿轮箱油的定期更换，降低了运行维护成本。

（4）电网接入性能优异。直驱永磁风电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时，风电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行，从而维持电网的稳定运行。

2.1.2　施工安全技术

2.1.2.1　风电机组吊装

（1）吊装前吊装人员必须检查吊车各零部件，正确选择吊具。起吊前应认真检查风电机组设备，防止物品坠落。

（2）吊装现场必须设专人指挥。指挥人员必须有安装工作经验，执行规定的指挥手势和信号。起重机械操作人员在吊装过程中负有重要责任。吊装前，吊装指挥人员和起重机械操作人员要共同制定吊装方案。吊装指挥人员应向起重机械操作人员交代清楚工作任务。

（3）参加风电机组吊装的全体人员，必须严格遵守电力工程施工安全规程要求，熟悉并严格执行本工种的安全操作规程，按照风电机组吊装施工工艺的要求，精心操作。

（4）遇有大雾、雷雨天、照明不足，指挥人员看不清各工作地点，或起重机械操作人员看不见指挥人员时，不得进行起重工作。

（5）吊装施工时间要尽量安排在风速不大的季节进行。塔筒安装前，应对气象条件和安装时间作出粗略估计，以确保整个安装过程中吊装塔筒下段时风速不大于12m/s，吊装塔筒上段、机舱时风速不大于8m/s，吊装塔筒轮毂和叶片时风速不大于6m/s。

（6）在起吊过程中，不得调整吊具，不得在吊臂工作范围内停留。塔上协助安装指挥及工作人员不得将头和手伸出塔筒之外。

（7）所有吊具调整应在地面进行。在吊绳被拉紧时，不得用手接触起吊部位，以免碰伤。

（8）不同设备吊装作业时，要确保安全起吊机舱、桨叶、风轮的风速不超过风电机组设备安装技术相关标准的规定。

（9）起吊塔筒吊具必须齐全。起吊点要保持塔筒直立后下端处于水平位置。应有导向绳导向。

（10）起吊机舱时，起吊点应确保无误。在吊装中必须保证有一名工程技术人员在塔筒平台协助指挥吊车司机起吊。起吊机舱必须配备对讲机，系好导向绳。

（11）起吊桨叶必须保证有足够高的起吊设备。应有两根导向绳，导向绳长度和强度应满足相关标准要求。应用专用吊具，加护板。工作现场必须配备对讲机。保证现场有足够人员拉紧导向绳，保证起吊方向，避免触及其他物体。

（12）塔筒上段与机舱要连续安装，当天完成，以免夜间停工期间刮起大风造成塔筒共振破坏。

（13）高处作业人员要系好安全带，地面作业人员要戴安全帽。高处作业人员的手用工具要放在工具袋内，在高空传递时不得扔掷。

（14）每次雨后、风后都要对现场摆放的塔筒、机舱、叶片等设备进行检查，必须保证其垫木、支撑等稳定、可靠。

（15）吊装时，吊具必须绑扎牢固。

（16）吊装现场划定作业区域，非施工人员禁止进入施工区域。

2.1.2.2　风电机组场内外运输

（1）风电机组安装现场道路应平整、通畅，所有桥涵、道路能够保证各种施工车辆安全通行。

（2）在运输过程中，要对沿途路况进行勘察，了解路、桥、涵洞等的承重与宽度，必要时请交通部门协助通过。

（3）对道路运输驾驶人员要求做到“八不”，即不超载超限、不超速行车、不强行超车、不开带病车、不开情绪车、不开急躁车、不开冒险车、不酒后开车。保证精力充沛，谨慎驾驶，严格遵守道路交通规则和交通运输法规。

（4）做好危险路段记录并积极采取应对措施，特别是山区道路行车安全，要做到“一慢、二看、三通过”。

（5）发生事故时，应立即停车、保护现场、及时报警、抢救伤员和货物财产，协助事故调查。

（6）不违章作业，驾驶人员连续驾驶时间不超过4h。

2.1.3　运行安全技术

2.1.3.1　风电机组运行

（1）风电机组运行期间，安全装置、控制装置均正常投入，无失效、短接及退出现象。

（2）手动启动风电机组前，风轮上应无覆冰、积雪现象；风电机组内发生冰冻情况时，禁止使用自动升降机等辅助爬升设备；停运叶片结冰的机组，应采用远程停机方式。

（3）风电机组正常启、停操作应采取风电机组底部就地操作或远程操作。机舱内启、停操作仅限于调试、维护和故障处理。

（4）有人员在机舱内、塔架平台或塔架爬梯上时，禁止将风电机组启动并网运行。

（5）在寒冷、潮湿和盐雾腐蚀严重的地区，停止运行7天以上的风电机组在投运前应检查绝缘，合格后才能启动运行。

（6）禁止在风电机组进气口和排气口附近存放物品。

（7）风电机组长期退出运行时，应在风电机组周边、内部做好安全警示措施和防潮措施，并定期进行巡检。必要时对可能发生凝露、锈蚀的设备进行保养维护。

（8）风电机组的巡视应遵照《风力发电场安全规程》（DL 796—2001）相关规定进行定期巡视、登机巡视、特殊巡视。当风电机组非正常运行、大修后或新设备投入运行时，需要增加该部分设备的巡视检查内容和次数。

2.1.3.2　风电机组检修

（1）风电机组检修作业时，必须保持通信畅通，随时保持各作业点、监控中心之间的联络。

（2）风电机组检修作业时，车辆宜停泊在塔架上风向并与塔架保持20m及以上的安全距离。

（3）风电机组检修作业使用的临时照明、手持照明，应使用电压不大于24V的安全行灯变压器。

（4）风电机组检修作业使用的手持式电动工具应使用Ⅱ类或Ⅲ类电动工具。

（5）检修和维护时使用的吊篮，应符合《高处作业吊篮》（GB 19155—2003）相关标准技术要求。工作温度低于-20℃时禁止使用吊篮，当工作处阵风风速大于8m/s时，不得在吊篮上工作。

（6）出机舱工作必须系安全带，系两根安全绳；在机舱顶部作业时，应站在防滑表面。安全绳应挂在安全绳定位点或牢固构件上。

（7）风速超过12m/s时，不得打开机舱盖（含天窗）；风速超过14m/s时，应关闭机舱盖。风速超过12m/s，不得在轮毂内工作，风速超过18m/s时，不得在机舱内工作。

（8）测量网侧电压和相序时必须佩戴绝缘手套，并站在干燥的绝缘台或绝缘垫上；风电机组启动并网前，应确保电气柜柜门关闭，外壳可靠接地。检查和更换电容器前，应将电容器充分放电。

（9）检修液压系统时，应先将液压系统泄压，拆卸液压站部件时，应戴防护手套和护目眼镜；拆除制动装置应先切断液压、机械与电气连接，安装制动装置应最后连接液压、机械与电气装置。

（10）清理润滑油脂必须戴防护手套；打开齿轮箱盖及液压站油箱时，应防止吸入热蒸汽；进行清理滑环、更换碳刷、维修打磨叶片等粉尘环境的作业时，应佩戴防毒防尘面具。

（11）进入轮毂或在风轮工作，应首先将风轮可靠锁定，不得在高于风电机组规定的最高允许风速时锁定风轮；进入变桨距机组轮毂内工作，还必须将变桨机构可靠锁定。

（12）拆除能够造成风轮失去制动的部件前，应首先锁定风轮。拆除制动装置应先切断液压、机械与电气连接。

（13）严禁在风轮转动的情况下插入锁定销，禁止锁定销未完全退出插孔前松开制动器。

（14）使用弹簧阻尼偏航系统卡钳固定螺栓扭矩和功率消耗应每半年检查一次。采用滑动轴承的偏航系统固定螺栓力矩值应每半年检查一次。

（15）风电机组内的螺栓，均应按规定的方式和力矩值进行紧固，并进行抽检。

（16）风电机组高速轴和刹车系统防护罩未就位时，禁止启动风电机组。

（17）进入轮毂或在风轮工作，宜按照有限空间作业的安全管理要求做好相应措施。

（18）禁止将车辆作为缆绳支点和起吊动力器械。

（19）风电机组检修工作完毕后，应清点检修前所携带的工具和物料，及时清理现场的油污、零件包装、抹布等废弃物。在锁闭塔筒门之前，应清点工作人员，防止人员被锁在塔筒内。

2.1.4　标准依据

风电机组施工及运行必须遵照的相关标准及规范见表2.1。