首批引進國外技術的2MW國產風電機組的全面改造升級與技術革新

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首批引進國外技術的2MW國產風電機組的全面改造升級與技術革新因北重風機的設計缺陷，風機發電機定轉子故障、變頻器故障頻發，齒輪箱、液壓站跑冒滴漏嚴重、小故障層出不窮，原有DeWind主控的SCADA系統是基於Excel編程，無可視化界面，數據刷新慢，且無報表統計功能，不具備低電壓穿越功能，因廠家技術力量薄弱，導致平均每天停機15台以上，長期故障停機最多達到20台以上，年風機可利用率僅為80%左右。

目錄

一、 背景

因北重風機的設計缺陷，風機發電機定轉子故障、變頻器故障頻發，齒輪箱、液壓站跑冒滴漏嚴重、小故障層出不窮，原有DeWind主控的SCADA系統是基於Excel編程，無可視化界面，數據刷新慢，且無報表統計功能，不具備低電壓穿越功能，因廠家技術力量薄弱，導致平均每天停機15台以上，長期故障停機最多達到20台以上，年風機可利用率僅為80%左右。為徹底解決北重風機存在的各類問題，防止故障反覆發生，有效降低故障時數，提高風機可利用率，蘇右風電場經過百餘次會議研究總結確立了104項綜合治理工作。

二、應用案例

1.項目概述

項目主要針對於首批引進國外技術的北重 2MW 機組進行了應用研究，主要分為 5 部分內容，分別為德國 DeWind 控制系統、變頻器、E-bus 模塊、液壓系統、空冷雙饋異步風力發電機系統技術，項目涉及了 104 項綜合治理工作，並成功進行了發電機接地環、SOBO支架、控制 櫃加熱密封、編碼器、輪轂通訊滑環、液壓站到輪轂內油管支架 6 項大型的應用技術研究攻

1）北重風機綜合治理項目在全國風電行業內實屬首例，北重綜合治理取得的經驗、技改創新成 果及思路可以在後續東汽 1500 和上海電汽 1250 風機整治上進行推廣； 2）風機國產控制系統的改造替代，解決了國外控制系統對我們的技術壟斷，在雙饋機控制系統 可以進行技術推廣； 3）北重風機發電機接地環改造可有效提高發電機使用壽命，可以在各種雙饋發電機上進行技術 推廣，目前已在京能賽罕風電場、中廣核內蒙古分公司寶日布風電場上電 1250 風機推廣應用，並在 寶力格風電場東汽 1500 風機進行試裝； 4）模塊的改造升級可以在後續老款控制系統使用倍伏 KL 模塊風機上進行技術推廣； 5）液壓站整治項目成果已在京能賽罕風電場應用推廣。 6）高壓油管壓接產品已量化生產，並與內蒙古天誠商貿有限責任公司簽訂首筆訂單

2.主要效益

通過北重風機綜合治理工作，北重風機可利用率從80%左右提高至98%以上，提高了18 個百分點，每年大約減少故障電量損失2402.94萬千瓦時，折合人民幣 1200 多萬元。降低檢修人員工作強度，人員登塔檢修次數從每人每月平均40次左右，降低到每人每月登塔平均20次左右。風機大部件損壞率從每年40次，降低到每年 5 次左右，節省檢修費用600萬元左右。通過發電機接地改造，單颱風機每年可節省接地環造價6000元,28台永濟發電機可節省16.8萬元；單颱風機可節省購買接地碳刷費用0.72萬元，加上故障損失的挽回，預計每年28台永濟發電機可節省40.32萬元。

三、技術要點

1.中廣核新能源內蒙古分公司蘇右風電場開展的首批引進國外技術的 2MW國產風電機組的全面改造升級與技術革新暨北重風機液壓系統綜合治理項目中，所取得的液壓系統治理成果和實踐經驗，以及蘇右風電場的油管壓接技術，已由我公司（內蒙古天誠商貿有限責任公司）在京能哲里根圖風場 39 台上電 1250 雙饋發電機、中廣核寶力格風電場 200 台東汽 1.5MW 風機、京能賽漢 24 台北重 2.0MW 風機液壓系統整治三 個同類項目中得到技術經驗推廣和實際應用，取得了良好的預期效果。

2.主要技術原理

（1）風機變頻器技術研究

加裝定子接觸器，採用定子接觸器作為併網開關，在對變頻器的軟件和硬件進行升級同時改造了風力發電機組的低電壓穿越功能，解決了該機型存在的疑難問題，還滿足國家電網電科院最新的低電壓穿越要求，現場實踐表現良好。

新型研究改進的變頻器程序實現了變頻器故障字狀態字回傳主控功能，變頻器與主控的通訊模式由乾結點變為CANOPEN通訊模式，實現變頻器內部的狀態字和故障字回傳主控，主控SCADA可以報出變頻器多數故障字，以上功能達到項目預期目的。

（2）風機模塊技術研究

在不脫離原有電氣設計的基礎上，將倍福K-Bus模塊升級為E-Bus模塊的方案。並且為利用原有線路、保證系統的穩定性和方便後續的維護工作，針對原K-bus 模塊型號特點，選用接線基本一致的E-bus模塊型號進行替換，將主控PLC程序更新，再次對改造後模塊進行測試，模塊改造改造升級後，總線端子模塊異常故障徹底消除，提高風機可利用率。

（3）控制系統技術研究

利用系統原有部件，縮短改造時間，使改造費用科學合理，通信方式由原來的Lighbus總線改為最新的EtherCAT總線通訊方式，通信速度快，抗干擾能力強，其軟件控制系統根據定子溫度實現了自動限功率功能，針對一些風機在高風速下滿功率長時間運行會出現定子溫度高故障導致風機停機的問題，添加了當溫度升到一定的溫度值後自動限功率運行，當溫度降低到一定的範圍後慢慢增加運行功率直至滿發的控制策略。

（4）風機液壓站系統研究

研發人員重新對對液壓系統變槳機構、主軸自動器和偏航自動器和控制進行系統測試壓力調整，在風力發電機運行期間控制油缸驅動葉片進行轉速、功率調節變槳，安全油缸在風機的啟動、停機以及超風速等緊急停機時驅動葉片變槳，控制各單元及附屬的控制閥接收風機控制系統的電信號測試功能，優化控制測略。

（5）風機其他部分的技術研究

風機其他部分的技術研究包括輪轂部分、傳動鏈部分、齒輪箱系統、聯軸器、發電機系統、偏航系統、機艙控制櫃、機艙加熱電源櫃、水冷系統、塔筒、變頻器、塔基控制櫃，針對風機各系統故障情況，經過多次研究總結了發電機接地環、SOBO 支架、控制櫃加熱密封、編碼器、輪轂通訊滑環、液壓站到輪轂內油管支架6項小型技術研究工作。

四、應用前景

我國在風電設備零部件配套上，大規模風電設備製造處於發展初期，在核心零配件、產品性能等方面與國外先進企業差距顯著。整機設計技術目前國內還沒有足夠的實力，針對某一類風資源的風機整機設計依然依賴於國外供應商。由於國內的風電場分布、風資源狀況與國外大不相同，電網的技術標準也不一致，因此，控制系統需要根據國情做出調整，目前的調整都受制於國外的供應商。為滿足風電產業快速發展需求，通過本項目的風電產業自主創新，產生了具有核心技術的自主知識產權5項，增強我國風電企業技術人才資源，建立專業研發機構，研發投入力度不斷加強，形成有效的科研創造與轉移轉化體系，逐漸解決風能產業發展的瓶頸。減小與國外發達國家的主流機型技術水平差距，投入大量資源攻關的風電機型現已經相對成熟，因此，成果轉化和推廣應用前景較好。