Ветрогенератор Boland WT6250D175 для европейского рынка

1.1 Роторный узел

Ротор европейской ветротурбины WT6250D175 состоит из 3 лопастей, системы изменения угла наклона и ступицы. Лопасть крепится к внутреннему кольцу подшипника изменения угла наклона болтами, а внешнее кольцо подшипника изменения угла наклона соединяется со ступицей.

Скорость вращения ротора регулируется комбинацией регулировки угла наклона лопастей и управления крутящим моментом генератора/преобразователя. В нормальных условиях эксплуатации, если смотреть с наветренной стороны, ротор вращается по часовой стрелке.

Полный диапазон углов наклона лопастей составляет приблизительно 90 градусов, при этом нулевое положение соответствует положению лопасти перпендикулярно преобладающему ветру. Наклон лопастей на полный угол флюгирования, приблизительно равный 90 градусам, обеспечивает аэродинамическое торможение ротора, тем самым снижая скорость вращения ротора.

Система изменения угла наклона лопастей использует электропривод для регулировки и поддержания этого угла. Подшипник с изменяемым углом наклона передает нагрузку на ступицу европейской ветряной турбины, которая приводит в движение шпиндель, передающий вращение на редуктор-генератор, вырабатывающий электроэнергию.

---

2.1 Технические характеристики европейской ветряной турбины мощностью 6,25 МВт

В этой таблице представлены основные параметры ветротурбин европейского производства.

Технические характеристики ветроэнергетической установки WT6250D175 (Европа)

Параметр	Единица	Параметр
Номинальная мощность Дизайн на всю жизнь Проектирование класса ветротурбин	кВт — —	6250 25 МЭК С
Vref	РС	42.5
Ваве	РС	7.5
Номинальная скорость ветра	РС	11.1
Иреф	—	0.15
Количество лопастей	—	3
Наклон ротора/вала	°	6/8
Диаметр ротора	м	175
Стандартный диапазон рабочих температур	˚С	-30˚C ~ 45˚C
Диапазоны температур выживания	˚С	-40˚C ~ 50˚C
Высота ступицы	м	105-160 (можно настроить)
Включение режима ограничения скорости ветра	РС	3.0
Отключение по скорости ветра	РС	25 (мягкое отключение)
Длина лезвия	м	86
Материал лезвия	—	GFRP (стекловолоконный армированный полиэстер)
Система подачи мяча	—	Электрическая система
Система рыскания	—	Подшипник скольжения с внешним зубчатым кольцом
Тип генератора	—	Двухфазный индукционный генератор
Количество пар полюсов генератора	—	4
Номинальная частота	Гц	50
Номинальный коэффициент мощности	—	-0,95 до 0,95 (можно настроить)
Номинальное напряжение генератора	В	1140
Номинальная скорость генератора	об/мин	1720

---

3   Ветроэнергетика ЕС Механический Дизайн

3.1 Ротор ветроэнергетической установки

Европейская ветряная турбина оснащена ротором, состоящим из трех лопастей и ступицы. Ступица представляет собой шаровидный корпус из чугуна. Каждая лопасть оборудована системой электрического управления углом наклона и резервной системой питания на основе суперконденсатора. В зависимости от преобладающих ветровых условий лопасти непрерывно позиционируются для оптимизации выходной мощности.

Параметры ротора

Параметр	Единица	Ценить
Диаметр	м	175
Обработанная площадь	м2	24030.6
Номинальная скорость вращения	об/мин	8.6
Наклон вала/конической формы	°	6/8
Скорость наконечника	РС	78.8

3.2 Лопасть ветряной турбины

Лопасть европейской ветряной турбины WT6250D175 состоит из двух скрепленных между собой несущих оболочек, а также внутренних распорок, обеспечивающих дополнительную жесткость конструкции. Лопасть спроектирована таким образом, чтобы выдерживать экстремальные и усталостные нагрузки, обладать аэроупругой устойчивостью и, в сочетании с конфигурацией турбины, ограничивать отклонения на конце лопасти, предотвращая столкновения с башней и резонансы.

Параметры лезвия

Параметр	Единица	Ценить
Длина лезвия	м	86
Материал	—	Полиэстер, армированный стекловолокном

3.3 Система изменения угла наклона лопастей ветрогенератора (EU Wind Power Pitch system)

Система изменения шага лопастей включает в себя электрический механизм изменения шага и систему управления шагом. Она использует 3 двигателя переменного тока с постоянными магнитами, многоступенчатые планетарные приводы и 3 независимых комплекта суперконденсаторов, установленных на каждой оси лопасти. Сигналы управления и питание системы изменения шага лопастей передаются через контактные кольца на задней части редуктора.

Система управления углом наклона лопастей включает в себя такие компоненты, как двигатели изменения угла наклона, редуктор и подшипники. Она осуществляет вращение лопастей в соответствии с командами и стратегиями управления главного контроллера, регулируя энергию поступающего ветра, воздействующую на турбину. Механизм регулировки угла наклона также может инициировать остановку турбины путем поворота лопастей в нейтральное положение. Для синхронной работы каждой лопасти требуется три независимых привода изменения угла наклона. Поскольку сценарии отказа лопастей подробно описаны в разделе расчета нагрузки, при проектировании системы необходимо предусмотреть резервирование, чтобы предотвратить экстремальные отказы, такие как одновременные неисправности всех трех лопастей.

Параметр системы шага

Параметр	Единица	Параметр
Максимальная скорость вращения киля	град/с	4
Диапазон углов наклона	град	0~90
Подшипник шага	—	Трехроликовый подшипник

3.4 Трансмиссия

Система трансмиссии в основном включает в себя главный вал, один главный подшипник, главный редуктор с рычагами крутящего момента и генератор и т. д. Эффективный крутящий момент передается для преобразования энергии. Неэффективная нагрузка, такая как изгибающий момент и осевая нагрузка ротора, передается на главную раму, а для поддержания работоспособности ротора и трансмиссии ветротурбины предусмотрены функции высокоскоростного торможения выходного вала и блокировки ротора.

3.4.1 Главный вал

Главный вал соединен со ступицей болтами для передачи вращательной энергии ветрового ротора на редуктор.

Параметр главного вала

Параметр	Единица	Ценить
Материал вала	—	Поддельный

3.4.2 Главный подшипник

Главный подшипник поддерживает узел главного вала. Главный подшипник и рычаги крутящего момента на коробке передач образуют трехточечную опорную конструкцию. Главный подшипник представляет собой двухрядный сферический роликовый подшипник. Его внутреннее кольцо соединено с главным валом, а внешнее кольцо входит в корпус главного подшипника.

Параметры главного подшипника

Параметр	Единица	Ценить
Тип подшипника	—	Двухрядный сферический роликовый подшипник

3.4.3 Редуктор для ветроэнергетических установок (Европа)

Являясь ключевым компонентом трансмиссии ветротурбинной системы, редуктор соединен с валом в передней части и с муфтой высокоскоростного вала и генератора в задней части для передачи крутящего момента. Рычаг крутящего момента редуктора ветроэнергетической установки европейского стандарта жестко соединен с основной рамой посредством упругой опоры. Редуктор имеет 3 планетарные ступени и 1 параллельную ступень.

 Параметры коробки передач

Параметр	Единица	Ценить
Соотношение	—	195.35
Количество ступеней редуктора	—	3P1H
охлаждение трансмиссионного масла	мм	Водяное охлаждение
Соединение главного вала и редуктора	—	Расширяющееся кольцо
Соединение редуктора и генератора	—	Гибкое соединение

3.5 Система рыскания

Система поворота предназначена для управления ориентацией гондолы относительно направления ветра, одновременно обеспечивая ее крепление к вершине башни. Для регулировки положения гондолы относительно башни, когда ориентация ротора не направлена против ветра в пределах допустимого усредненного по времени допуска, используются несколько электрических двигателей поворота, активно управляемых европейской системой управления ветротурбинами. Вращение каждого из двигателей поворота передается через редуктор поворота на шестерню, которая входит в зацепление с подшипником скольжения, установленным на башне.

Параметр системы рыскания

Параметр	Единица	Ценить
Yaw Drive	—	Внешний электрический привод
Тип подшипника поворота	—	Подшипник скольжения
Тип тормоза	—	Предварительно натянутая пружина
Количество двигателей привода поворота	—	18
Количество тормозов рыскания	—	13

3.6 Опорная плита и задняя рама

Опорная плита в основном поддерживает цепь трансмиссии и компоненты механизма поворота, а также воспринимает нагрузку, передаваемую подшипниками и корпусом редуктора, позиционирует зубчатое кольцо механизма поворота, привод механизма поворота и систему торможения механизма поворота, воспринимая нагрузку от блокировки ротора. Задняя рама в основном используется для поддержки генератора и других компонентов.

Опорная плита и задняя рама

Параметр	Единица	Ценить
Тип опорной плиты	-	Кастинг
Задняя рама	-	Сварной конструкции

3.7 Гондола

Модульный кожух гондолы вмещает в себя всю гондолу и ее компоненты. В передней части расположена система привода. Генератор находится в задней правой части, а преобразователь — в задней левой. Трансформатор расположен в задней части. На самой задней левой стороне гондолы находится насосная станция, которая циркулирует воду к охладителю на крыше гондолы для охлаждения редуктора, генератора, трансформатора и преобразователя.

---

4   Электрическое проектирование

4.1 Европейский ветрогенератор

Европейская ветротурбина WTG представляет собой генератор с двойным питанием (DFIG) и четырьмя парами полюсов. Генератор предназначен для горизонтальной установки и оснащен системой водяного охлаждения. 

Технические характеристики генератора

Параметр	Единица	Ценить
Номинальная мощность	кВт	6400
Тип	—	Двухфазный индукционный генератор
Количество полюсов	-	4
Метод охлаждения	—	водяное охлаждение
Номинальное напряжение	В	1140
Номинальная выходная скорость	об/мин	1720
Номинальная частота генератора	Гц	50

4.2 Европейский преобразователь для ветряных турбин

Система преобразователя состоит из низковольтной распределительной цепи, полного силового преобразователя, цепей управления и защиты распределения. Преобразователь со стороны ротора подключен к ротору генератора с двойным питанием, а со стороны сети — к сети. Преобразователь со стороны ротора управляет крутящим моментом генератора и реактивной мощностью, обмениваемой между статором и энергосетью, путем генерации трехфазных напряжений с различными амплитудами и частотами. Преобразователь со стороны сети обменивается активной мощностью с энергосетью. Амплитуда такой активной мощности представляет собой активную мощность, поглощаемую или излучаемую преобразователем со стороны ротора.

Используется преобразователь частичной мощности, что означает, что мощность силовой электронной системы преобразователя составляет приблизительно 301 Тл·3Т от мощности двухфазного асинхронного генератора (DFIG). Однако полная мощность, проходящая через всю систему преобразователя, включая силовую электронную систему и электрическую систему, такую как главный автоматический выключатель, статорный контактор, равна номинальной мощности ветротурбины.

Преобразовательная система состоит из преобразователя со стороны ротора, промежуточной цепи постоянного тока и инвертора мощности со стороны сети. Преобразовательная система включает в себя силовой модуль и соответствующее электрооборудование.

Технические характеристики преобразователя

Параметр	Единица	Ценить
Метод охлаждения	—	водяное охлаждение
Емкость	—	Примерно 30% номинальной мощности ветротурбины.
Номинальная частота генератора	Гц	50

4.3 Трансформатор

Европейская ветряная турбина мощностью 6,25 МВт подключена к сети ветропарка через повышающий трансформатор. Трансформатор представляет собой трехфазный, трехплечевой, двухобмоточный, сухой трансформатор, расположенный на задней стороне гондолы. Номинальное напряжение высоковольтной стороны повышающего трансформатора обычно составляет 35 кВ, и трансформатор способен регулировать напряжение холостого хода. Напряжение низковольтной стороны повышающих трансформаторов составляет 1140 В.

4.4 Высоковольтные распределительные устройства

В основании башни ветротурбины установлено высоковольтное распределительное устройство, являющееся неотъемлемой частью системы. Состояние распределительного устройства и высоковольтных устройств безопасности в турбине контролируется системой управления ветротурбиной. В случае срабатывания автоматического выключателя из-за обнаружения неисправности, его повторное включение осуществляется только вручную. Распределительное устройство имеет три параметра в зависимости от количества сетевых кабелей, подключенных к автономной ветротурбине.

---

5 Сетка Технические характеристики 50 Гц

Эта европейская ветровая турбина мощностью 6,25 МВт обладает возможностью первичного регулирования частоты, способностью быстро, точно и в широком диапазоне контролировать активную и реактивную мощность, а также способностью вырабатывать электроэнергию превосходного качества.

Эта европейская ветроэнергетическая установка также обладает способностью преодолевать низковольтные и высоковольтные неисправности, инерционным откликом и первичным регулированием частоты, возможностью быстрого, точного и широкого регулирования активной и реактивной мощности, а также способностью выдавать электроэнергию превосходного качества. Она может автоматически определять субсинхронные и суперсинхронные колебательные состояния установок и предлагать стратегии подавления колебаний.

---

6 Система безопасности

6.1 Система освещения

Система молниезащиты (СЗ) помогает защитить ветряную турбину от физических повреждений, вызванных ударами молнии. СЗ состоит из нескольких частей:

1.    Молниеотводы и токопроводящие кабели внутри/на лезвии
2.    Защита от перенапряжения и перегрузки по току
3.    Защита от магнитных и электрических полей
4. система заземления

6.2 Доступ

Доступ к европейской ветряной турбине мощностью 6,25 МВт осуществляется снаружи через дверь, расположенную на входной площадке примерно в 3-4 метрах над уровнем земли. Дверь оборудована замком. На вершину ветряной турбины можно подняться на служебном лифте внутри башни или по лестнице. Необходимо использовать средства защиты от падения. С вершины башни, примерно в 10 метрах от гондолы, ведет лестница.

Гондола состоит из основной части, в которой размещается силовая установка. Вдоль силовой установки и в задней части основной части гондолы расположены пешеходные дорожки.

После того, как генератор европейской ветряной турбины мощностью 6,25 МВт будет аккуратно остановлен и зафиксирован в соответствии с требованиями, через люк из-под трансмиссии можно попасть в ступицу. По лестнице в гондоле можно выйти на ее верхнюю часть.

6.3 HSE

Европейская ветряная турбина мощностью 6,25 МВт спроектирована в соответствии с требованиями стандарта EN50308 для устранения всех возможных опасностей для здоровья и безопасности на рабочем месте, чтобы обеспечить здоровье и безопасность персонала.

1.  Гарантируйте безопасное рабочее пространство, соответствующее стандартам безопасности, включая платформы, ограждения, защитные каналы и конструкцию, предотвращающую поражение электрическим током, для предотвращения несчастных случаев.
2.  Установите предупреждающие знаки, чтобы напомнить обслуживающему персоналу о любой потенциальной опасности.
3.  Точки крепления для персонала, работающего на высоте.
4.  Система аварийного выхода для организации эвакуации в чрезвычайных ситуациях.
5.  Необходимо установить требования по охране окружающей среды, включая обращение с опасными отходами, энергосбережение и защиту окружающей среды.
6. Установите требования к предельным значениям опасных факторов, таких как шум и излучение, в соответствии с требованиями охраны труда.
7. Все этажи имеют противоскользящее покрытие. В каждой секции башни находится один этаж.