湘电风能直驱式永磁单轴承大功率发电机组简介
直驱式永磁同步风力发电机概述
直驱式永磁同步风力发电机概述永磁同步发电机是一种以永磁体进行励磁的同步电机，应用于风力发电系统，称为永磁同步风力发电机。
永磁同步风力发电机一般不用齿轮箱，而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接，为“直驱式”，所以称为直驱式永磁同步风力发电机，以下本章除特指外均简称为永磁同步发电机。
一、永磁同步发电机的特点1.与传统电励磁同步发电机比较同步发电机是一种应用广泛的交流电机，其显著特点是转子转速n与定子电流频率f之间具有固定不变的关系，即n=n0=60f/p，其中n为同步转速，p为极对数。
现代社会中使用的交流电能几乎全部由同步发电机产生。
永磁同步发电机是一种结构特殊的同步发电机，它与传统的电励磁同步发电机的主要区别在于：其主磁场由永磁体产生，而不是由励磁绕组产生。
与普通同步发电机相比，永磁同步发电机具有以下特点：（1）省去了励磁绕组、磁极铁芯和电刷-集电环结构，结构简单紧凑，可靠性高，免维护。
（2）不需要励磁电源，没有励磁绕组损耗，效率高。
（3）采用稀土永磁材料励磁，气隙磁密较高，功率密度高，体积小，质量轻。
（4）直轴电枢反应电抗小，因而固有电压调整率比电励磁同步发电机小。
（5）永磁磁场难以调节，因此永磁同步发电机制成后难以通过调节励磁的方法调节输出电压和无功功率（普通同步发电机可以通过调节励磁电流方便地调节输出电压和无功功率）。
（6）永磁同步发电机通常采用钕铁硼或铁氧体永磁，永磁体的温度系数较高，输出电压随环境温度的变化而变化，导致输出电压偏离额定电压，且难以调节。
（7）永磁体存在退磁的可能。
目前，永磁同步发电机的应用领域非常广泛，如航空航天用主发电机、大型火电站用副励磁机、风力发电、余热发电、移动式电源、备用电源、车用发电机等都广泛使用各种类型的永磁同步发电机，永磁同步发电机在很多应用场合有逐步代替电励磁同步发电机的趋势。
2.与非直驱式双馈风力发电机比较虽然双馈风力发电机是目前应用最广泛的机型，但随着风力发电机组单机容量的增大，双馈型风力发电系统中齿轮箱的高速传动部件故障问题日益突出，于是不用齿轮箱而将风力机主轴与低速多极同步发电机直接连接的直驱式布局应运而生。
湘电风机详细介绍
XEMC Z72-2000 WIND TURBINE风机简介风机是由几大部件组合在一起的系统，主要有以下部件The generator发电机发电机是一多极永磁发电机，直接安装在轮毂上。
磁铁提供转子励磁，所以不需要外励磁场，与带外励磁场的绕线转子比较，发电机的损耗可降低25%。
定子外部装有冷却风扇，由空气冷却。
定子绕组用真空压力浸漆（VPI）。
通过有经过过滤的干燥循环空气,保证了发电机内的温度均匀，当密封处稍有泄漏时，保证发电机的内部为正压，因此灰尘和盐雾不可能进入到发电机内。
发电机的重量为49吨，外形尺寸为3.9m×2.0m。
The main bearing主轴承主轴承是一特殊设计的大直径双列圆柱滚子轴承。
非转动内环与发电机定子相连，转动外环安装在轮毂和发电机转子之间，轴承可承受轴向、径向、负荷以及弯矩。
轴承配有一个全自动化的润滑系统，该系统由风机控制器监控。
The nacelle机舱机舱是一个紧凑的球墨铸铁结构，内部装有偏航机构，一个维护用的提升机和一个控制板，发电机和塔架通过法兰盘与机舱连接，铸铁件结构的几何设计能确保载荷最大限度地转移到塔架上，设计很简单。
机舱装配重量是19吨，尺寸3.3m×2.9m×3.3m，机舱顶部装一标准无影灯。
The hub轮毂轮毂由球墨铸铁制成，安装在一个四点主轴承上，通过预应力球轴承将叶片与轮毂连接。
因此在进行变桨距系统、变浆轴承和叶片根部（内部）维修时，可保证两个维修人员有足够大的工作空间。
通过主轴承内圈能进入到轮毂内。
轮毂重量为19吨，尺寸大小为3.8m×3.8m×3.7m, 轮毂内的电子元器件设计有防雷保护措施。
The blades叶片根据空气动力学最佳效率和对污物的最低敏感度原则，采用真空注入技术用玻璃钢/环氧树脂通过特殊工艺研制而成。
每一叶片重量为4,600公斤，叶片长度为34.0米（按外部叶片底部直径为1.9米），最大弦长3.1米，共三片。
湘电风能2.5MW风机介绍
4.3.3 变桨轴承：为双排四点接触球轴承，带一定的阻尼力矩，内圈与叶片连接，
带动叶片转动。
图5
4.3.4 工作原理：变桨电机为变桨装置提供扭矩，变桨装置把扭矩增大约 200 倍
后，通过行星减速器的输出小齿轮（小齿轮与变桨轴承的内齿圈相啮合），把
力传递到变桨轴承上面，使变桨轴承旋转，改变叶片的迎风角度。
4.5 主轴承
4.5.1 主轴承为特殊设计的大直径三列圆 柱滚子轴承，连接带叶片的轮毂和发电机 的转子，同时承载带有风轮叶片的轮毂和 发电机转子。 4.5.1 非转动内环与发电机定子相连，转动外环安装在轮毂和发电机转子之 间。
图7 4.5.2 主轴承可承受轴向、径向负荷以及弯矩，能够抵御空 气动力载荷以及发电机转子本身的重量。 4.5.3 主轴承配有一个全自动化的润滑系统。
3.8 结构简单、运行可靠，少维护、低保养成本； 3.9 由于无齿轮箱，大大降低了风电场风力发电机组的运行维护成本。仅是每 三年更换一次齿轮箱润滑油一项，就能节省大量费用。 3.10 从机舱内部直接进入轮毂进行设备维护，提高了人员的安全性。 3.11 由于减少了部件数量，使整机的生产周期大大缩短。 3.12 较轻的自重，可利用一般的吊车安装。
承内圈上，提供制动力。
4.8.4 偏航时保持 18bar 的余压，产生一定的阻尼力
矩，使偏航运动更加平稳，减小机组振动。
4.9 液压系统
4.9.1 液压系统由液压站、电磁阀、蓄能器、连接管
路线等组成，用于为偏航刹车系统及转子刹车系统
提供动力源。
4.9.2 偏航控制回路：通过提供工作压力和释放压力控制偏航制动器的制动和
号反映出风机与主风
图 12
向之间有偏离，当风向持续发生变化时，控制器根据风向标传递的信号控制
湘电永磁直驱风机技术特性说明-永磁同步发电机技术优势
湘电风能有限公司1湘电XE 系列直驱永磁风力发电机组技术来源Technology Resource ofOur XE Series Direct driving PM WTGLagerwey 750 kWZephyros Z72 1.5MW/ 2MW1st Generation19962nd Generation2000XE 2MW Series WTG XE72/XE82/XE87/XE93Customized product 3rd Generation3.6MWOffshore & 5MW Far seaWTG4th GenerationMore than 300 units,with perfect More than 180 unitsMore than 400 unitsT ec h n o l o g y t r e nd 无齿轮箱Without gearbox变速调节Variable speed 变距调节Pitch control 齿轮箱With gearbox 变速控制Variable speed 定速Constant speed 主动失速Active stall 失速调节Stall control n 术流派转向变速运行、变距调节的先进技术方向；n operation, stall ctrl method, is now changing to variable speed, pitch ctrl;n 电机的结构型式在技术上的优势及领先地位是不容置疑的。
n advantages of the full power 当今世界风电技术主流发展趋势Technology Trendn n n目前世界主流机型双馈式风力发电机组Double feed wind turbines型式与型号nnn直驱型风力发电机组Direct drive wind turbine型式与型号湘电XE系统2MW永磁直驱单主轴承风力发电机组The XEMC XE Series 2MW PM Direct Driving Single Main Shaft WTGScanWind3.5MW 直驱型风机direct drive WTG3500 kW, D=90 m型式与型号半直驱型Semi direct drive WTGsn n n Multibrid 5MW型式与型号nnn美国Clipper 风机Clipper WTG, USA型式与型号综合分析General多MW级风机的技术情况Technology situation of the MW grade WTGnnn n齿轮箱风机的缺陷Disadvantages of WTG with the gearbox nnnn nSource:WINTUS GmbH 综合分析General运行30 个月的齿轮箱轴承The bearing of gear box after 30 months of serviceS o u r c e :2008年3月，欧洲风能研究所发表的研究资料表明，风电整机及零部件部分产品质量问题，排在前五位的分别是：齿轮箱高速端轴承损坏、齿轮箱齿断裂、齿轮箱漏油、齿轮箱行星轮松动和主轴断裂。
XE115-5MW海上风机技术规范
XE/DD115‐5型5MW永磁直驱式海上风力发电机组技术规范一． XE/DD115‐5型风机概述XE/DD115‐5型风机叶轮直径115m，三叶片结构，轮毂高度100米。
XE/DD115‐5型5MW风机按照IEC61400‐‐ⅠC类风区标准设计，轮毂高度处的年平均风速在8.5m/s到10m/s 之间，风速15m/s时，最大湍流强度12% 。
将专门设计的直驱式多极永磁同步发电机与风机整体结构有机集成，其优点是：—－对比传统的带增速齿轮箱的风机，旋转部件数量大为减少－—极低的维护工作量；更方便的维护操作－—采用永磁体励磁，效率大大提高（无转子损耗，从而省去了相应的冷却系统）－—机头重量（仅265吨）较5兆瓦等级的国际同类产品大大降低――变频器等部件全部安装于塔筒内，便于维护――全封闭式设计，内循环冷却系统，内置除盐雾设备，完全适用海洋环境－—机头装配完整后，可在海上整体运输并用一台起重机安装主轴承采用多列圆柱滚子轴承，一端与轮毂联接，另一端与发电机锥形支撑和发电机转子联接。
定子与锥形支撑的另一侧联接，并安装到紧凑的机舱铸件上。
这种设计的优点是相对于带主轴的传统设计，载荷分布到相对大的直径上，从而减轻重量。
发电时，叶轮的转速是变化的。
可利用的空气动力扭矩和产生的机电扭矩之间的匹配决定叶轮的转速。
转矩—转速曲线存储在变频器的控制器中。
发电机侧的逆变单元根据检测到的发电机发出的频率，调整发电机定子电流。
AC‐DC‐AC变频器位于塔基，当电流以50HZ（或60HZ，取决于本国适用频率）的恒定频率并入电网时，变频器可使发电机变速运行。
当风速超过额定风速时，变频器也能保证平均恒定电力的输出。
风机运行和停机时，电网侧的功率因素是可控的。
超过额定风速时，叶片变桨控制系统使风轮转速维持在一定的恒速范围内，其偏差应可接受。
变频器，变压器，控制柜，冷却系统等装置全部安装在塔筒内．二． XE/DD115‐5型风机技术规范1. 风轮（转子）类型 三叶片水平轴位置 上风向直径 115米扫风面积 10387m²转子速度 可变标称值18rpm功率调节 变桨控制转子倾角 6°2. 叶片类型 XEMC Darwind D115叶片长度 55.5米空气动力外形 改进的DU圆锥体 叶尖1.5m处预弯材料 玻璃纤维增强树脂表面光泽 Semi‐matt 5‐15 ISO 2813表面颜色 浅灰 RAL 7035制造商 XEMC Darwind3. 变频器系统类型 电压电源逆变器控制 微处理器冷却 水冷电网连接 AC‐DC‐AC4. 载荷支撑数据轮毂 球墨铸铁主轴承 单滚子圆柱轴承发电机支持 球墨铸铁 GGG.40.3机舱 球墨铸铁 GGG.40.35. 运行数据切入风速 4m/s20m/s切出后切入风速（10分钟平均）切出风速 25m/s(10分钟平均)切出风速 35m/s(2秒平均)额定风速 12m/s(动力)风级 按照IEC61400‐1 IC电源质量标准 电网编码 E功率峰值 P1 min < 1.03闪烁 C=4POCC电源质量 THD <4%6. 发电机类型 同步额定功率 5000KW电压 3000伏励磁 永磁额定电流 970Amp保护 IP 54冷却 空气冷却；IC40绝缘等级 F制造商 Converteam/湘电7.偏航系统类型 主动偏航轴承 4点接触球轴承偏航驱动 6个电机偏航制动 液压控制摩擦制动8.塔筒类型 锥形管状结构轮毂高度 100米表面颜色 浅灰 RAL7035表面光泽 Semi‐matt 5‐15 ISO 28139. 安全系统类型 独立的变桨叶片激活 后备电池支持的电气机械系统10. 重量转子 85吨发电机 135吨机舱 45吨100米塔筒 根据具体安装地点确认质量密度 19.2 kg/m211. 温度工作时 ‐ 10 °C +40 °C运输时 ‐ 30 °C +50 °C12. 风和风场信息2s内最大阵风 70 m/s最大平均风速 10 m/s最大入流角 8°塔 筒 段 数 据部件 直径(mm) 高度(mm) 重量(T) 基础环 6490/6000* 2500 39第1段（底段） 6000 8000 75第2段 6000 16200 124第3段 6000 20000 105第4段 6000/4650 25600 84第5段（顶段） 4650/3425 26400 60备 注 1. 陆上为5段；海上为4段(不含第3段)2. * 6490是指底法兰直径三． XE/DD115‐5型风机电气技术规范电源和额定电网情况载荷25%时功率因素 1.00（标准）载荷50%时功率因素 1.00（标准）载荷75%时功率因素 1.00（标准）载荷100%时功率因素 1.00（标准）功率因素标准 在0.92和1.00之间超前或滞后可控可选功率因素 客户同意的范围内可控启动时浪涌电流 没有浪涌电流（0 A）可控功率上升时间 大约30s可控功率下降时间 大约12s 其他可选值DP/dt 控制 可选接地要求接地 按照当地标准变压器选择标准二级额定电压 3300V额定功率损耗 1%二级变压器保护 避雷器一级和二级绕组之间的静电屏蔽 防止高频成分的传播二级绕组的额定功率 6000kVA电网要求测量法 按客户要求低电压 400 Vac, +10% — －10%最低频率 额定频率的96%最大频率 额定频率的102% 其他可选 公共耦合点（POCC）上的最大谐波电压畸变(无风机联接时)根据IEC 61000‐3‐6和VDEW四． XE/DD115‐5功率和推力系数曲线风速(m/s) 功率(kw) Ct Thrust Force(KN)4.5 139.097 1.03465 134.075 248.829 0.96923 155.0525.5 380.847 0.912916 176.7126 534.621 0.862363 198.6576.5 710.313 0.830742 224.5977 909.531 0.830997 260.5597.5 1130.66 0.8306 298.9688 1386.43 0.830797 340.248.5 1683.58 0.830933 384.1629 2019.34 0.830943 430.6929.5 2391.54 0.830854 479.82510 2805 0.830969 531.73610.5 3259.14 0.831106 586.33511 3756.78 0.830954 643.38911.5 4300.71 0.831031 703.27412 4766.28 0.72671 669.6312.5 4766.28 0.585883 585.7913 4766.28 0.498675 539.28213.5 4766.28 0.433703 505.79214 4766.28 0.382026 479.13814.5 4766.28 0.339407 456.63415 4766.28 0.303554 437.04915.5 4766.28 0.273437 420.37116 4766.28 0.247659 405.70216.5 4766.28 0.225258 392.42817 4766.28 0.205713 380.42617.5 4766.28 0.188631 369.65918 4766.28 0.17354 359.79618.5 4766.28 0.160157 350.75319 4766.28 0.14822 342.39519.5 4766.28 0.137557 334.70820 4766.28 0.128004 327.63820.5 4766.28 0.119397 321.08121 4766.28 0.111583 314.88221.5 4766.28 0.104539 309.21922 4766.28 0.098112 303.86322.5 4766.28 0.092253 298.85423 4766.28 0.086874 294.07723.5 4766.28 0.081989 289.73724 4766.28 0.077501 285.65624.5 4766.28 0.073377 281.843五． 载荷数据依据IEC 61400‐1标准所规定的工况计算．坐标系统设置如下图所示．在极限阵风和电网失电同时发生时的极限基础载荷如表1所示：对应于风机20年使用寿命，并假定107个载荷循环周期，安全系数取1.0, 得到对应于不同S/N 曲线斜率的等效疲劳载荷，如表2所示：表1 极限基础载荷表2 等效疲劳载荷等效疲劳载荷平均值如表3所示：六． 防雷接地要求防雷保护按照GL ‐IV ‐8‐9标准设计．根据GL 海上风机规范，XE115风力发电机组为保护等级Ⅰ.七． 低电压穿越采用Coverteam 变频器，具有低电压穿越能力．八． 噪音等级九． 防腐方案1) 整个机组采用封闭式结构，避免了盐雾进入风机内部．2) 独特的发电机内部空气增压及封闭循环冷却技术，并且在循环回路内安装有除盐雾装置，可确保发电机不受盐雾影响．3) 所有部件均做表面防腐处理，满足海洋环境20年使用要求．表3 等效疲劳载荷平均值85909510010511011512034567891011121314151617181920Average wind speeddB(A)。
湘电直驱风机与东汽风机的对比
湘电直驱风机调试硬件初步认识以及对比截止8月15日，风机调试组三人配合湘电厂家人员调试工作已进行了三天了，通过三天的摸爬和对东汽双馈风机的对比，现初步将两者之间的异同之处、优势劣势对比列举如下：湘电XE96-2000型风机，塔筒高度80米，上下电能输送选用电缆，而非东汽的导电轨，选用电缆意味着免维护，且线缆布局合理规范没有东汽风机的杂乱一捆，此处湘电略胜一筹。
（左主缆右副缆）在进入机舱前的平台上可以看到风机吊车，湘电采用吊链上下走塔筒的方案，这样可以杜绝类似东汽风机大风天不能放吊车的短板，至于缺点：个人认为如果吊运油品，一定要帮系好被吊物品，否则一旦在半空中脱落，极为容易让油流入变频器。
当然这只是一己之见。
偏航驱动：4个驱动装置+内齿圈，优点：内齿圈偏航由于齿圈在塔筒内，相对东汽外齿圈密封好，可以防止沙尘暴沙尘粘上涂满油脂的齿面，最后造成齿面磨损。
缺点;驱动力臂减少，但可以增加偏航驱动数量加以弥补可以看到偏航齿轮加了防护罩。
下方为吊车的工字钢。
偏航制动器：16组，多于东汽的7组，偏航过程带15bar阻尼，湘电的人员说偏航刹车片用的久了也需要更换，但是更换方便，无需用液压扳手拆卸偏航卡钳，只需要一个一字螺丝刀即可，此处设计考虑到日后维护更换的便利，较之东汽风机好。
重点要阐述的是湘电的空冷发电机定子绕组，由于东汽发电机的空-空冷却，而湘电直驱为空冷却。
后者比前者少一个“空”字，原理和效果却大不相同。
东汽空-空冷却给我留下的印象是若是气温高，满负荷发上两天电，机组立即报：发电机定子绕组温度高！造成业主电量损失。
现场唯一的办法是等待气温、绕组温度下降、风机自动复位。
究其原因就是：1、送风机吹入发电机的空气接触不到通电发热的发电机绕组。
2、发电机绕组“热辐射”空-空冷却器铝管的外壁，3、而送风机把空气吹入铝管的内壁。
从此穿过带走热量。
一句话就是：间接冷却方式。
古语：隔靴搔痒说的就是这个道理！但是此次参与调试，发现湘电发电机为湘潭电机厂制造，防护等级为IP54，百度IP54，I：International 国际P：Protection 防护5：防止灰尘侵入，但侵入灰尘量不会影响正常运作4：防止飞溅的水侵入，防止各方向飞溅而来的水侵入。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。
由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。
直驱式（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。
随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。
德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。
1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。
2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。
2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。
目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出兆瓦直驱式风力发电机。
直驱式风力发电机知识
是我们初中学的磁极数，一个发电机是有南北极的（货是正负极），就是指的这个，但是3相的就不是了，你可以通过数住绕组的个数来辨别是多少级数，或者说发电机的转速也可以看出来是多少级数以50HZ为例，2级的就是3000转，4级就3000/2，1500转这样就好理解了直驱永磁风力发电机组特点直驱式风力发电机（Direct-driven Wind Turbine Generators），是一种由风力直接驱动发电机，亦称无齿轮风力发动机，这种发电机采用多极电机与叶轮直接连接进行驱动的方式，免去齿轮箱这一传统部件。
由于齿轮箱是目前在兆瓦级风力发电机中属易过载和过早损坏率较高的部件，因此，没有齿轮箱的直驱式风力发动机，具备低风速时高效率、低噪音、高寿命、减小机组体积、降低运行维护成本等诸多优点。
直驱式（无齿轮）风力发电机始于20多年前，由于电气技术和成本等原因，发展较慢。
随着近几年技术的发展，其优势才逐渐凸现。
德国、美国、丹麦都是在该技术领域发展较为领先的国家，其中德国西门子公司开发的（直驱式）无齿轮同步发电机安装在世界最大的挪威风力发电场，最高效率达98%。
1997年的风机市场上出现了兼具无齿轮、变速变桨距等特征的风力发电机,这些高产能、运行维护成本低的先进机型有E-33、E-48、E-70等型号，容量从330千瓦至2兆瓦，由德国ENERCONGmbH公司制造，它们的研制始于1992年。
2000年，瑞典ABB公司成功研制了3兆瓦的巨型可变速风力发电机组，其中包括永磁式转子结构的高压风力发电机Wind former，容量3兆瓦、高约70米、风扇直径约90米。
2003年，在Okinawa电力公司开始运行的MWT-S2000型风力发电机，是日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦级风机，采用小尺寸的变速无齿轮永磁同步电机，新型轻质叶片。
目前，国内多家企业也开始进军直驱式风力发电机领域，湘潭电机集团与日本原弘产株式会社合资组建的湖南湘电风能有限公司，2兆瓦直驱式永磁风力发电整机机组已试车成功；广西银河艾万迪斯风力发电有限公司与德国AVAVTIS公司联合推出的2.5兆瓦直驱变桨风力发电也将于2008年二季度完成样机；具有自主知识产权的新疆金凤科技股份公司、哈尔滨九州电气公司也分别研制出1.5兆瓦直驱式风力发电机。
风机大型化趋势与湘电风能5MW海上直驱型风力发电机组情况介绍'
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海上风电技术先锋
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项目开发背景Introduction
湘电正在成长为整合荷兰及中国技术力量 的国际海上风电设备供应商
• 2009 年 8月，湘电风能收购荷兰5MW 海上风力发电机组 开发公司达尔文及荷兰风机设计咨询公司维威克 • 2010年，湘电风能公司获得”国家海上风力发电技术与检 测国家重点实验室 ” 授权，以中国及荷兰两家技术人员为 基础，形成直驱永磁风力发电机组的顶尖设计团队，成立 湘电风能设计研究院 • 以八百多台 2MW 直驱型机组的良好运行经验为基础，着 力打造国内一流的风电设备设计及制造团队
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海上风电技术先锋
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2.8 样机关键部件Components
机组情况介绍Overview
5MW塔筒第一节
Байду номын сангаас
5MW叶片
5MW风机轴承
5MW轮毂装配
5MW机舱装配
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海上风电技术先锋
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机组情况介绍Overview
2.9 风力发电机组驱动链满功率试验台Test Bed
可实现低压、中压，7MW以内直驱风机及其驱动链全功率试验
海上风电技术先锋
Large-scale trend of WTGS & introduction of 5MW direct drive PPMG WTGS of XEMC
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海上风电技术先锋
主要内容
Content
世界风电大型化发展趋势
Large-scale trend of WTGS all the world
可靠高效
直驱、永磁、中压 、 无齿轮箱 结构简单、轻而紧凑的设计，带来高可靠性 主轴承/发电机的集成设计、轴系短，刚 性，避免旋转机械常发生振动故障
XE系列机组风力发电机组产品技术介绍资料
XE系列风机技术参数 XE72-2000
XE72-2000系列风机技术参数
技术特点
XE系列直驱机型与双馈机型相比，机组运行优势：
福煤（莆田）风力发电有限公司XE72-2000机组与V80-2MW机组
运行比较：
地点：
福建莆田石井风电场
机型： XE72-2000
（叶片长度34米）
数量：20台
运行时间：4个月 2009.7.18-11.27
发电量：3668万kw.h
917万kw.h/月
¾ 2010年10月，XE-DD115 5MW直驱型海上风机样机安装。
从2MW-5MW， 我们用了3年时间。
技术特点
¾ 无齿轮增速箱，系统简单、运行可靠；消除了可能渗漏油、早期磨损等隐 患，同时减小了机械损耗。
¾ 机械传动部件的减少降低了机械损失，提高了整机效率，Cp值在低风速段 明显偏高；在任何风速条件下，比相同型号双馈型风力发电机的标准小时
IP后第二位数的含义为防水保护： 0： 无特殊保护 1： 防止垂直方向的滴水，滴水不会产生有效的危害。 2： 防止垂直方向的滴水，当装置向任何方向倾斜150时，垂直方向的滴水不会产生危害（防
偏斜滴水）。 3： 防止垂直方向直至偏斜600时，由于喷雾状态而落下的水。 4： 防止任何方向飞溅来的水的侵害。 5： 防止从喷头喷出来的水从任何角度对装置的侵害。 6： 防止大量的或带压力的喷水的侵害。 7： 当装置浸泡在水中，在定义的压力和时间内，装置内不会进入产生危害的水量 8： 当装置连续地浸泡在水中，其浸泡条件由制造商确定，装置仍是好用的。通常这意味着
数提高100小时以上。 ¾ 采用永磁同步发电机，损耗小、系统发电效率高。 ¾ 系统维护量少，运行成本低，进入机舱轮毂维护方便。 ¾ 采用内正压技术，机组具有良好的防盐雾、沙尘措施，适合长期的内陆、
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技术来源 —— 创新提高 建设国家级风电成套装备总装基地
投入 4 亿元建设风机总装基地。在湘潭 高 新 区购买 250 余亩地， 2007 年 10 月 底，完成总装车间及研发大楼建设，投入 使用 2008年完成福建分公司总装车间并已投 入使用
建设国家级风力发电机制造基地
投入 2.7 亿元建设直驱永磁风力发电机 制造基地，新建厂房20,000平方米。 2007 年年 3 月底完成主体工程建设， 2008年8月全部竣工，投入使用 2009年建设直驱永磁风力发电机制造基 地（二期）
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机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机采用的沿海及海上技术
提高极限生存能力，可抗７０m/s的台风。 风机内部通风采用正压过滤技术。 发电机采用单轴承迷宫设计，旋转部分只有一条缝隙。 风机表面采取防腐蚀、防盐雾 、防潮处理。 电气元器件采取防护处理。 机组已经过荷兰鹿特丹、台湾、日本北海道（其中Z82型2 台）等沿海地区的实际运行，通过了长时间沿海风场考验，并 已承接了３３台韩国海上风场的订单，完全能够适用于沿海和 海上风电场环境使用要求；
技术来源 —— 技术引进 公司采用Zephyros(原Lagerwey)的成熟技术
荷兰Lagerwey公司成立于80年代，是世界上最早从事兆瓦级 风机研发和制造的公司之一。 前期从事250kW、带增速齿轮箱风机的开发与生产，在日本和 欧洲安装了300多台。在运行中，发现增速齿轮箱的故障率 高，从而在后续成功的开发出750kW直驱式风力发电机组，并 在日本和欧洲安装了二百多台，运行的可靠性较传统风机有了 质的飞跃 2000年，为开发2MW直驱式风机，公司重组为Zephyros公 司，并于当年在荷兰鹿特丹安装了第一台样机，成功实现并网 运行 2005 年 原 弘 产 株 式 会社 (Harakosan) 挑 战 美国 GE等 5家 公 司，成功收购Zephyros公司， 2MW直驱式风机至今在日本、 欧洲和中国台湾、福建、内蒙已成功安装了74+110台该型机 组，运行情况良好，得到了业内高度评价 2007年荷兰Enercon集团成功获得Zephyros公司直驱式海上 风机研发权，并启动设计5MW直驱式海上风机
面积3900多亩
湘潭电机是国务院确立的我国重 大技术装备国产化研制基地 中国电工行业标准化室和中国牵 引电气设备研究所设在本公司
通辽风能 湘电电气 湘电长泵 湘电铸造 湘电东洋 北京研究院
湘电五菱
湘电海诺 江苏风能
湘电风能
甘肃风能
湘潭
湘潭
公司本部
福建湘电大唐风能
公司是国家认定企业技术中心和国家高技术产业基地
公司是我国牵引电机研发生产的发源地 公司负责归口制定全国牵引电机行业发展规划 公司负责制定牵引电机等国家及行业标准 公司负责全国矿用牵引电机联合设计工作
电机 北京 电气 特电 车辆 结构件 水泵 研究院 研究所 研究所 研究所 研究所 研究所 研究所
风电工程 技术中心
城轨工程 技术中心
技术 中心
大型 实验室 技术 准备室
技术来源 —— 创新提高
风电技术工程中心 中心管理委员会
控 制 研 究 室 集 成 研 究 室
专家指导委员会
技 风 电 术 研 究 室 风 电 场 综 合 风 力 发 电 机
风 电 系 统
研 究 室
风 机 叶 片
整 机 系 统
试 验 中 心
研 究 室
1.5 1.5
1.5 1.5
机 组 主 控 制 系 统
根据不同风区选择机型
XE-2MW 系列风力发电机主要技术参数
机型 额定功率(kw) 额定电压(V) 功率调节方式 风轮直径(米) 轮毂高度(米) 切入风速(m/s) 额定风速(m/s) 切出风速(m/s) 极大风速（3s） 预期寿命(年) 叶片长度（米） 叶片材料 机舱（吨） 发电机（吨） 叶片（吨） 适用风场 XE72 2000 660V 变速变桨 70.65 65 3 13 25 70 20 34 GFRP/ GFRE 17 49 36 II B XE82 2000 660V 变速变桨 82.64 80 3.5 12 25 70 20 40 GFRP/ GFRE 19 53 42 II B、III A XE87 2000 660V 变速变桨 87.74 70/80 3.5 12 25 59.5 20 42.5 GFRP/ GFRE 18 56 67 II B、IIIB XE93 2000 660V 变速变桨 93.4 80/90 3 11 22 52.5 20 45.3 GFRP/ GFRE 20 61 70 III A、IIIB
湘电风能的愿景及使命
• 湘电风能的使命是 —— 领军中国风电装备制造业
机型对比 —— 综合分析与对比
目前市场上各种类型风力发电机组性能对比
选择是战略的精髓 选择是战略的精髓
战略是保证“做正确的事而不是正确地做事”。 正确 的战略是选择“和对手做不同的事” 没有战略等于是“做和对手一样的事”，其结果“竞 争变成沿着同一条道路的没赢家的赛跑”。 公司 “十 一五”发 展战略规 划，共6大 本 、 841 页 ， 近 40 万字。
XE82-2000B 2000kW IEC III 82.64m 11.5 52.5m/s
XE82-2000C 2000kW IIB+ 82.64m 12 70m/s
常温型 -15℃～+45℃， 低温型-35℃～45℃ 常温型-25℃～+50℃，低温型-45℃～+50℃ 70m/80m/100m 低速永磁内转子同步发电机 电机+增速齿轮箱 主动偏航 主：三叶片独立变桨空气制动 辅：液压制动 全自动润滑系统
系 统
变 流 器 及 控 制
系 统 研 究
机 舱 研 究
塔 架 研 究
轮 毂 研 究
永 磁 发 电 机 课 题 组
兆 瓦 以 上 直 驱 式
双 馈 发 电 机 课 题 组
兆 瓦 以 上 变 速 恒 频
承担了多项国家级大功率风力发电技术科研课题
2005年9月，国家发改委(1899号文件)核准公 司为兆瓦级风力发电系统成套装备的产业化基 地。“十一五”期间，公司将形成年产兆瓦级 1,000台整机生产能力; “十一五”国家863计划“兆瓦级直驱型风力发 电机组及其关键部件的设计和制造技术”承担 单位; “十一五”国家科技支撑计划大功率风电机组研 制与示范重大专项: --直驱式变速恒频风电机组研制及产业化课题承 担单位; --1.5MW以上直驱式风电机组永磁发电机的研制 及产业化课题承担单位; --1.5MW以上风电机组双馈式发电机的研制及产 业化课题承担单位
产业 产业 定位 定位 战略 战略 定位 定位
重大装备解决方案服务商 重大装备解决方案服务商
领军中国电工装备制造业 领军中国电工装备制造业
企业领导人应从全方位的角度来选择和制定企业发展战略
XE-2000KW
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XE/DD115-5000KW
型式与型号
湘电XE72-2MW
传动型式: 直驱式，无齿轮增速箱 额定功率: 2MW, 额定电压: 660 VAC 切入风速: 3m/s, 额定风速：13 m/s 极大风速: 70 m/S (3S) 发电机 : 永磁同步多极发电机 控制: 全功率变频 变桨形式: 主动/电动 变桨 偏航形式: 主动/电动 偏航 主制动：3个叶片顺桨实现气动刹 车 第二制动：液压（用于维护状态）
机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机应对内陆寒冷地区采取的技术对策 主要电缆电线采用硅胶电缆：硅橡胶则在-60度～70度时 仍具有较好的弹性，某些特殊配方的硅橡胶还可承受极 低温度。同时硅橡胶还具有很高的电阻率 ，在很宽的温 度和频率范围内其阻值保持稳定，硅橡胶对高压电晕放 电和电弧放电具有很好的抵抗性。 电缆电线接头不采用锡焊，而采用压接方式：锡材料在 低温时容易产生脆化开裂，影响机械强度及导电可靠性 ；而压接方式在低温下仍能很好地保证连接的机械强度 及导电可靠性。 关键系统自带加热器。用于测风速及风向的气象站、变 频器、主控柜、机舱控制柜、轮毂控制柜、冷却控制柜 等自带有电加热器，可以保证其在低温环境下各个系统 仍能正常工作。
机型选择 —— 原理与规则
湘电XE-2MW系列风机应对内陆寒冷地区采取的技术对策 金属结构件严格按照低温型技术规范，材料选用适应低温 环境的钢材。法兰、塔筒及关键焊接结构件采用Q345E低合 金高强钢材料、轮毂等大型铸件采用EN-GJS-350-22U-LT 材料，低温冲击功在-40℃时至少达到27J。 制动系统的介质油采用耐低温油品：变桨驱动齿轮箱、偏 航驱动齿轮箱等采用低温齿轮油。如壳牌T15，可耐-40℃～ +160℃，壳牌T32，可耐-40℃～+240℃。 润滑系统采用低温润滑脂：变桨轴承、变桨驱动、偏航轴 承、偏航驱动总成及主轴承的润滑脂采用gleitmo 585K，其 最低运行温度可以达到-57℃。
XE系列机型适用不同风区
• XE72风机安全等级为IEC IIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速70m/s。风速 为15m/时s，最大湍流强度低于16%。 XE82 风机安全等级为IECIIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速70m/s。风速 为15m/s时，最大湍流强度低于16%。 XE87 风机安全等级为IECIIB类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为7.5m/s至8.5m/s之间风电场。可抗极大风速59.5m/s。风 速为15m/s时，最大湍流强度低于16%。 XE93 风机安全等级为IECIIIA类，设计主要应用范围为轮毂高度处年 平均风速为6.5m/s至7.5m/s之间风电场。可抗极大风速52.5m/s。风 速为15m/s时，最大湍流强度低于18%。