LW2500风力发电机组的机舱布局优势

赵树富　方聪

摘 要 近两年来，我国风电组装产业发展迅猛，特别是1.5 MW风力发电机组的装备制造取得了快速发展，成为国内各大风场主流机组。1.5 MW风力发电机组技术已经完全被国内风机装配厂消化吸收，在对1.5 MW风力发电机组技术掌握的基础上，大连华锐等各大风机组装厂和技术研发单位纷纷开展向2.0-5.0 MW系列更大功率机组研发，但大多都处在样机实验过程中，还未达到批量生产的阶段。目前我公司进行批量生产LW2500型风力发电机组填补国内空白，并且多方面技术已经处在领先位置，文章主要从工程的角度介绍LW2500型风力发电机组相对传统机组的优势。

关键词 LW2500风力发电机组；机舱布局；主轴；双馈发电机

中图分类号：TM315 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0188-01

目前国内组装厂如GE（沈阳）公司、大连华锐公司、沈阳华创公司、广东明阳公司、东方电气公司等仍然是1.5 MW机组的组装为主打，进行批量生产，成为国内风场运行的主流机组。国内1.5 MW风力发电机组技术成熟度高、部件配套资源好，国内逐步完善起了风能配套产业，形成整个风能产业链。国内组装的风力发电机组技术、质量已经完全达到世界先进水平，并且已经出口到发达国家。各个组装公司通过几年对于1.5 MW机组技术的消化吸收，已经完全掌握了1.5 MW机组技术。大连华锐、沈阳华创公司等大规模的组装公司纷纷开发2.0-5.0 MW系列更大功率段的机组。目前大连华锐公司和沈阳华创公司开发研制的3.0 MW的机组仍处在样机测试阶段，正在进行各种测试认证过程，未能形成批量生产。

目前我公司生产的LW2500型机组在大功率段内仍属于填补国内空白，在国内组装厂2.0系列机组未能形成产量，而我公司正在进行批量生产，具备很大的领先优势。本文简要从工程方面浅析对与国内传统型机组1.5 MW机组方面的优势。

1 目前国内传统型机舱布局方面的缺点

1）国内传统型机舱布局多采用一字型。传统型机组的机舱布局方式大多是一字型总体布局，主轴、主轴承、齿轮箱和发电机一字连接，布置在机舱内部。其主要特点是对中性好，负载分布均匀；其缺点是占轴线长，可能使主轴太短，主轴承载荷较大。主轴是连接风机轮毂和齿轮箱的重要部件。

2）主轴加工制作、装配工艺复杂。风力发电机组主轴作为风力发电设备三大重要部件之一，是连接风机轮毂和齿轮箱的重要部件。主轴承担了支撑轮毂处传递过来的各种负载的作用，并将扭矩传递给增速齿轮箱，将轴向推力、气动弯矩传递给机舱、塔架。

①主轴技术性能要求高，主轴机械性能要求高，其强度、塑性指标高，型位公差和尺寸公差要求严格，必须保证在较严酷的环境下稳定运转20年，而且部件无腐蚀。

②主轴制作工艺复杂，国内主轴供应商主轴加工工艺：下料—锻打—正火—粗车—调质—半精车—精车—铣键槽—修研顶尖孔—粗磨—精磨—检查—入库，风力发电机组的主轴多设计为是中空的，为传输轮毂部分控制线路，由此造成主轴加工难度增大。整个主轴的加工工艺复杂繁琐，质量关键点多，质量控制比较难，质量潜在风险较大，同时由于主轴的加工精度随着机组功率的增大必然要求主轴的直径长度重量都要随之增大，随之要求加工设备巨大，造成机组成本增大内孔加工比较困难，现在对风机主轴的加工设备是深孔钻镗床，根据风机主轴的特性，深孔钻镗床要加高床头。

③主轴组装步骤多，国内GE1.5MW机组的主轴装配步骤包括：立轴、安装前挡环、安装轴承座、安装后挡环、安装后盖和主轴承螺母共六步将主轴与相关附件安装完毕，并将主轴吊起并保持4度倾斜角，将主轴吊入齿轮箱，用清洁剂（如Cleansol）清洁主轴尾部及齿轮箱涨圈内孔。

3）需要独立的箱变柜。国内风机组装厂家在塔筒附近需要制作独立的箱变系统，以保护风力发电机组的变压器，以便和附近变电系统线路相连，从而增加现场的施工工作量，加大了风机的安装成本。

2 LW2500型机组 “紧凑型驱动理念”的优势

1）LW2500型机舱紧凑型布局。LW2500型机组的总体布置与传统方式相近又有区别，采用“紧凑型驱动理念“设计，巧妙的将连接轴和主轴承设计承紧凑型，将主轴和主轴连接器安装在轮毂部分构成轮毂的一部分，增加了轮毂的重量，从而取代了主轴部件，使得机舱布局由传统的齿轮箱、主轴、发电机、变流器、控制柜，调整为齿轮箱、发电机、变压器、变流器、控制柜，根据计算分析重新整理布局，从而改变了机舱和塔筒内部的布线，节省了动力电缆。为了调节取消了传统机舱内部的主轴和轮毂重量增加而造成的中心转移的问题，通过计算分析，将分布在塔筒底部单元的变流器、变压器至于机舱内部。

2）机舱紧凑布局的优势。

①降低连接发电机定子端和转子端的电缆成本，目前国内市场上主流的产品多为双馈式异步发电机，我公司2.5 MW机组同样采用的是双馈发电机组。发电机的转子通过变流器与电网相连，风力机组可以变速运行，在发电机的变速范围内，变流器根据风轮的旋转频率改变双馈发电机励磁可调量有三个，即励磁电流的频率、幅值和相位。调节励磁电流的频率，保证发电机在变速运行的情况下发出恒定频率的电力；通过改变励磁电流的幅值和相位，可达到调节输出有功功率和无功功率的目的。根据双馈异步电机转子转速的变化，双馈异步发电机可有三种运行状态：亚同步运行状态、同步运行状态、超同步运行状态。机组在亚同步运行状态和超同步运行状态工作时，分别通过变流器馈入和馈出机组功率的30%。发电机定子通过并网接触器与电网相连，由变流器实现同步化后给出并网指令，实现快速软并网。

为完成上述发电机转子和定子与电网之间的能量转化，国内风能市场运行的为例，GE1.5WM机组将齿轮箱、发电机、机顶控制柜置于机舱内部，而将将变流器、低压配电系统、箱变、分别放在了塔架的底部单元和专门的箱变箱内。根据这种布局则造成连接的发电机转子和定子的电缆需要整个塔筒高的长度。GE1.5MW机组图纸的要求，连接发电机转子到塔底部单元变流器的电缆：9*95MM的铜芯动力电缆，连接发电机定子到塔筒底部单元低压控制柜为：12*240MM及另外2*240MM的接地线缆。

②用主轴连接器替代主轴，LW2500型风力发电机组采用紧凑型布局，取消掉了发电机的主轴，采用主轴连接器替主轴的作用，减少主轴所占的空间，优化机舱内部布局，降低了机组的成本。

③减少单独箱变柜的制作，我公司将变压器布置在机舱内部，变压器同时起到为机舱配重的作用，同时也降低了连接动力电缆使用量，也不需要在塔筒外部单独做箱变柜的工程。对风力发电机组和安装工程降低成本有重要作用。

随着国内风机组装日益激烈，风机的成本已逐渐透明化，各大组装厂在努力提高风机运行的可靠性和增加风机运行寿命的同时要降低风机成本，才能在未来的国内、国际风电市场占有一席之地。本着此目的本文简单论述LW2500型风力发电机组在机舱布局方面较与传统机组方面的优势，从而对降低机组成本占领国内国际市场有明显的优势。

参考文献

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