LW2500風力發電機組的機艙布局優勢

趙樹富　方聰

摘 要 近兩年來，我國風電組裝產業發展迅猛，特別是1.5 MW風力發電機組的裝備制造取得了快速發展，成為國內各大風場主流機組。1.5 MW風力發電機組技術已經完全被國內風機裝配廠消化吸收，在對1.5 MW風力發電機組技術掌握的基礎上，大連華銳等各大風機組裝廠和技術研發單位紛紛開展向2.0-5.0 MW系列更大功率機組研發，但大多都處在樣機實驗過程中，還未達到批量生產的階段。目前我公司進行批量生產LW2500型風力發電機組填補國內空白，并且多方面技術已經處在領先位置，文章主要從工程的角度介紹LW2500型風力發電機組相對傳統機組的優勢。

關鍵詞 LW2500風力發電機組；機艙布局；主軸；雙饋發電機

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）06-0188-01

目前國內組裝廠如GE（沈陽）公司、大連華銳公司、沈陽華創公司、廣東明陽公司、東方電氣公司等仍然是1.5 MW機組的組裝為主打，進行批量生產，成為國內風場運行的主流機組。國內1.5 MW風力發電機組技術成熟度高、部件配套資源好，國內逐步完善起了風能配套產業，形成整個風能產業鏈。國內組裝的風力發電機組技術、質量已經完全達到世界先進水平，并且已經出口到發達國家。各個組裝公司通過幾年對于1.5 MW機組技術的消化吸收，已經完全掌握了1.5 MW機組技術。大連華銳、沈陽華創公司等大規模的組裝公司紛紛開發2.0-5.0 MW系列更大功率段的機組。目前大連華銳公司和沈陽華創公司開發研制的3.0 MW的機組仍處在樣機測試階段，正在進行各種測試認證過程，未能形成批量生產。

目前我公司生產的LW2500型機組在大功率段內仍屬于填補國內空白，在國內組裝廠2.0系列機組未能形成產量，而我公司正在進行批量生產，具備很大的領先優勢。本文簡要從工程方面淺析對與國內傳統型機組1.5 MW機組方面的優勢。

1 目前國內傳統型機艙布局方面的缺點

1）國內傳統型機艙布局多采用一字型。傳統型機組的機艙布局方式大多是一字型總體布局，主軸、主軸承、齒輪箱和發電機一字連接，布置在機艙內部。其主要特點是對中性好，負載分布均勻；其缺點是占軸線長，可能使主軸太短，主軸承載荷較大。主軸是連接風機輪轂和齒輪箱的重要部件。

2）主軸加工制作、裝配工藝復雜。風力發電機組主軸作為風力發電設備三大重要部件之一，是連接風機輪轂和齒輪箱的重要部件。主軸承擔了支撐輪轂處傳遞過來的各種負載的作用，并將扭矩傳遞給增速齒輪箱，將軸向推力、氣動彎矩傳遞給機艙、塔架。

①主軸技術性能要求高，主軸機械性能要求高，其強度、塑性指標高，型位公差和尺寸公差要求嚴格，必須保證在較嚴酷的環境下穩定運轉20年，而且部件無腐蝕。

②主軸制作工藝復雜，國內主軸供應商主軸加工工藝：下料—鍛打—正火—粗車—調質—半精車—精車—銑鍵槽—修研頂尖孔—粗磨—精磨—檢查—入庫，風力發電機組的主軸多設計為是中空的，為傳輸輪轂部分控制線路，由此造成主軸加工難度增大。整個主軸的加工工藝復雜繁瑣，質量關鍵點多，質量控制比較難，質量潛在風險較大，同時由于主軸的加工精度隨著機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，隨之要求加工設備巨大，造成機組成本增大內孔加工比較困難，現在對風機主軸的加工設備是深孔鉆鏜床，根據風機主軸的特性，深孔鉆鏜床要加高床頭。

③主軸組裝步驟多，國內GE1.5MW機組的主軸裝配步驟包括：立軸、安裝前擋環、安裝軸承座、安裝后擋環、安裝后蓋和主軸承螺母共六步將主軸與相關附件安裝完畢，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孔。

3）需要獨立的箱變柜。國內風機組裝廠家在塔筒附近需要制作獨立的箱變系統，以保護風力發電機組的變壓器，以便和附近變電系統線路相連，從而增加現場的施工工作量，加大了風機的安裝成本。

2 LW2500型機組 “緊湊型驅動理念”的優勢

1）LW2500型機艙緊湊型布局。LW2500型機組的總體布置與傳統方式相近又有區別，采用“緊湊型驅動理念“設計，巧妙的將連接軸和主軸承設計承緊湊型，將主軸和主軸連接器安裝在輪轂部分構成輪轂的一部分，增加了輪轂的重量，從而取代了主軸部件，使得機艙布局由傳統的齒輪箱、主軸、發電機、變流器、控制柜，調整為齒輪箱、發電機、變壓器、變流器、控制柜，根據計算分析重新整理布局，從而改變了機艙和塔筒內部的布線，節省了動力電纜。為了調節取消了傳統機艙內部的主軸和輪轂重量增加而造成的中心轉移的問題，通過計算分析，將分布在塔筒底部單元的變流器、變壓器至于機艙內部。

2）機艙緊湊布局的優勢。

①降低連接發電機定子端和轉子端的電纜成本，目前國內市場上主流的產品多為雙饋式異步發電機，我公司2.5 MW機組同樣采用的是雙饋發電機組。發電機的轉子通過變流器與電網相連，風力機組可以變速運行，在發電機的變速范圍內，變流器根據風輪的旋轉頻率改變雙饋發電機勵磁可調量有三個，即勵磁電流的頻率、幅值和相位。調節勵磁電流的頻率，保證發電機在變速運行的情況下發出恒定頻率的電力；通過改變勵磁電流的幅值和相位，可達到調節輸出有功功率和無功功率的目的。根據雙饋異步電機轉子轉速的變化，雙饋異步發電機可有三種運行狀態：亞同步運行狀態、同步運行狀態、超同步運行狀態。機組在亞同步運行狀態和超同步運行狀態工作時，分別通過變流器饋入和饋出機組功率的30%。發電機定子通過并網接觸器與電網相連，由變流器實現同步化后給出并網指令，實現快速軟并網。

為完成上述發電機轉子和定子與電網之間的能量轉化，國內風能市場運行的為例，GE1.5WM機組將齒輪箱、發電機、機頂控制柜置于機艙內部，而將將變流器、低壓配電系統、箱變、分別放在了塔架的底部單元和專門的箱變箱內。根據這種布局則造成連接的發電機轉子和定子的電纜需要整個塔筒高的長度。GE1.5MW機組圖紙的要求，連接發電機轉子到塔底部單元變流器的電纜：9*95MM的銅芯動力電纜，連接發電機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型風力發電機組采用緊湊型布局，取消掉了發電機的主軸，采用主軸連接器替主軸的作用，減少主軸所占的空間，優化機艙內部布局，降低了機組的成本。

③減少單獨箱變柜的制作，我公司將變壓器布置在機艙內部，變壓器同時起到為機艙配重的作用，同時也降低了連接動力電纜使用量，也不需要在塔筒外部單獨做箱變柜的工程。對風力發電機組和安裝工程降低成本有重要作用。

隨著國內風機組裝日益激烈，風機的成本已逐漸透明化，各大組裝廠在努力提高風機運行的可靠性和增加風機運行壽命的同時要降低風機成本，才能在未來的國內、國際風電市場占有一席之地。本著此目的本文簡單論述LW2500型風力發電機組在機艙布局方面較與傳統機組方面的優勢，從而對降低機組成本占領國內國際市場有明顯的優勢。

參考文獻

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