1GB/TXXXXX—XXXX風能發電系統風力發電機組偏航系統本文件規定了并網型風力發電機組偏航系統的系統構成、環境要求、基本參數、技術要求、測試驗證、安裝、運行和維護要求。本文件適用于水平軸式并網型風力發電機組偏航系統。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T1032三相異步電動機試驗方法GB/T2900.53電工術語風力發電機組GB/T3766液壓傳動系統及其元件的通用規則和安全要求GB/T18451.1風力發電機組設計要求GB/T19292.1—2018金屬和合金的腐蝕大氣腐蝕性第1部分：分類，測定和評估GB/T19568風力發電機組裝配和安裝規范GB/T19608.1特殊環境條件第1部分：干熱GB/T19608.2特殊環境條件第2部分：干熱沙漠GB/T19608.3特殊環境條件第3部分：高原GB/T29717滾動軸承風力發電機組偏航、變槳軸承GB/T25385風力發電機組運行及維護要求JB/T5558減（增）速器試驗方法JB/T6456YE系列（IP55）電磁制動三相異步電動機技術規范（機座號63～280）JB/T10427風力發電機組一般液壓系統NB/T10567風電機組變槳系統檢修規程NB/T31024-2021風力發電機組偏航盤式制動器NB/T31107低風速風力發電機組選型導則ISO76滾動軸承.靜載荷額定值（Rollingbearings-Staticloadratings）ISO281滾動軸承.額定動載荷和額定壽命（rollingbearings-dynamicloadratingsandratinglife）ISO/TS16281滾動軸承.通用裝載軸承用改良參考額定壽命的計算方法（Rollingbearings—Methodsforcalculatingthemodifiedreferenceratinglifeforuniversallyloadedbearings）3術語和定義2GB/T2900.53界定的術語和定義適用于本文件。3.1偏航yaw風輪軸繞垂直軸的旋轉（僅適用于水平軸風力發電機組）。3.2偏航安全鏈yawsafetychain影響偏航操作的安全節點構成的安全鏈。3.3偏航驅動yawdrive風力發電機組偏航系統中偏航動作的驅動組件，通常包括電動機或液壓馬達、偏航齒輪箱等。3.4解纜cable-unwinding解除由于偏航造成的電纜扭絞的操作和動作(一般采用反向偏航的方法)。3.5滑動偏航slidingbearingyawsystem采用滑動軸承設計的偏航系統，滑動軸承由偏航齒圈和偏航卡鉗（包括滑動襯墊）等構成。3.6滾動偏航rollingbearingyawsystem采用滾動軸承設計的偏航系統。3.7風向角winddirection風向標所檢測的風向與葉輪軸向的夾角。4工作條件4.1一般工作條件4.1.1環境條件環境條件包括：——工作溫度范圍：-30℃~+40℃;——生存溫度范圍：-40℃~+50℃;——相對濕度：小于等于95%，無凝露；——海拔高度小于等于2000m。4.1.2使用場所的要求使用場所滿足以下要求：——偏航系統工作環境中不應有腐蝕、破壞絕緣的氣體或其它介質，不應有易燃易爆的介質，不應有明顯的霉菌；——偏航系統的工作環境應避免雨、雪、沙的進入。4.2特殊條件干熱、干熱沙漠及高原特殊條件見GB/T19608.1，GB/T19608.2，GB/T19608.3的規定。GB/TXXXXX—XXXX4.3其他條件超出4.1和4.2所規定的正常和特殊工作條件的由用戶與制造商協商。5偏航系統概述偏航系統主要由偏航軸承，偏航減速器，偏航制動器，偏航電機及偏航控制回路組成。偏航系統的基本功能如下：a)對風偏航系統根據風向傳感器檢測到的數據，經過控制系統處理判斷，控制偏航電機進行偏航，使葉輪跟蹤變化的風向。b)解纜偏航系統根據機艙位置編碼器采集的數據，當風機塔筒電纜發生纏繞時，控制偏航電機執行安全解纜。c)極端工況停機在機組發電機機轉速失去主控系統控制或約束，葉輪轉速超過保護閾值時，偏航系統執行側風或背風操作，盡可能將機組轉速降低到正常轉速范圍之內。6技術要求6.1偏航系統通用技術要求6.1.1控制系統設計要求6.1.1.1由于偏航旋轉造成扭攬限位安全鏈動作時應停止偏航。6.1.1.2風力發電機組運行時，風向偏差超過設置值時，控制系統應發出偏航指令，實時調節機艙位置執行偏航對風；當風向偏差小于設置值時應停止偏航，應鎖住機艙。注：本文件中的風力發電機組控制系統是指風6.1.1.3應具備手動偏航及維護功能，能通過人機界面、計算機軟件或便攜式設備對偏航系統進行機艙位置調節，參數設置、校準及狀態信息的讀取。手動操作模式的優先級應高于其他控制模式。6.1.1.4應具備完善的保護功能，在偏航電機過載、過速、偏航滑移等情況下，控制系統能進行故障識別，啟動保護機制。6.1.1.5偏航控制系統設計時應符合GB/T18451.1的有關規定。6.1.1.6偏航系統的速度和加速度能力應符合風力發電機組的載荷仿真設計要求。6.1.1.7偏航電機的抱閘性能應符合風力發電機組的設計要求。6.1.1.8偏航控制系統設計應滿足于整機載荷仿真模擬工況的需求。6.1.1.9風向多變異常場址，控制上宜采用相關策略，提升偏航系統的穩定性。6.1.1.10不偏航時應保持偏航位置信號穩定。6.1.1.11偏航控制上應考慮風向儀測量方位靜態誤差和死角的影響。6.1.1.12對于風向儀應考慮冗余設計，宜采用2種測量途徑。6.1.1.13對于偏航扭纜編碼器，應考慮累計誤差的影響，定期校準。6.1.1.14對于偏航控制系統設計應符合NB/T31107規范要求。6.1.1.15偏航電機驅動方式宜采用軟啟動器或者偏航變頻器進行驅動。若采用直接啟動。偏航航電機應采用力矩限制，并校核啟動轉矩(通常參考啟動電流)是否符合機械設計要求。46.1.1.16偏航控制回路應能可靠的控制偏航電機正反轉來實現左右偏航。偏航控制系統應具備左右偏航互鎖功能。6.1.1.17偏航電氣回路應具備回路過載保護功能，回路短路保護功能。6.1.1.18偏航系統需測量風向和機艙位置，檢測回路包含對風傳感器和位置傳感器，傳感器的選型須滿足風力發電機的運用環境。6.1.1.19風機的安全鏈應能合理的約束偏航的動作。在急停，控制器看門溝，電纜扭矩轉的安全鏈節點應禁止偏航。6.1.1.20偏航系統在偏航時需考慮機組運行狀態及設備的安全。風機控制軟件在滿足偏航對風和解纜的需求時，應最大限度保護機組的安全。6.1.1.21允許偏航對風的基本要求為偏航系統和液壓系統（如有偏航液壓剎車）正常，風向標正常，機組不處于維護模式，偏航安全鏈正常，風向角大于偏航誤差設定值。6.1.1.22允許偏航解纜的基本要求為機組處于機狀態，偏航系統和液壓系統（如有偏航液壓剎車）正常，偏航安全鏈正常，機艙位置大于解纜設定值。6.1.1.23允許其他偏航對風的基本要求為偏航系統和液壓系統（如有偏航液壓剎車）正常，機組處于停機或維護狀態，有維護手柄偏航、就地監控面板偏航或中央監控遠程偏航指令。6.1.1.2490度側風偏航的基本要求為偏航安全鏈正常，過速安全鏈斷開且葉輪轉速大于設定值。6.1.2機械設計要求6.1.2.1偏航系統機械設計應滿足GB/T18451.1的要求。符合整機安全要求，壽命設計要求，安裝維護的要求。6.1.2.2偏航系統設計應該通過測試驗證，滿足整機功能要求。6.1.2.3機組實現偏航對風的驅動力通常是由偏航電機/液壓馬達提供。驅動扭矩經過偏航減速機及減速機輸出齒與偏航軸承齒嚙合傳遞。6.1.2.4偏航驅動設計校核時，其運行的時間應不小于整機運行時間的10%，如果校核時采用小于該值應進行控制仿真或者采用風場的測試數據。6.1.2.5若偏航電機采用直啟方式則需要考慮啟動沖擊對傳動結構影響。6.1.2.6偏航剎車是由偏航電機上的抱閘實現，或者由偏航電機上抱閘和偏航液壓制動器共同實現（施加制動力到與塔架頂法蘭的制動大盤上）。6.1.2.7偏航系統制動力需要考慮剎車片摩擦系數變化對制動力矩影響。6.1.2.8偏航制動系統設計時需要考慮液壓系統響應時間和外部風載影響。6.1.2.9偏航減速機設計校核時應考慮運行時不均載性。6.1.2.10對于超過制動設計能力的工況載荷，需采用動力學進行齒輪安全校核和制動器可靠性評估。6.1.2.11由于風載波動帶來偏航扭矩震蕩，造成機艙繞塔架的往復擺動。為了降低交變應力對偏航齒造成的損壞風險，應設計一定的偏航阻尼。偏航阻尼力矩可以是偏航軸承固有及負載帶來的摩擦阻尼力矩或者是偏航剎車系統的施加的阻尼。6.1.2.12應設計偏航集油裝置，以收集偏航大齒和減速機小齒輪齒部以及機艙軸承中多余的潤滑油脂。6.2功能要求6.2.1手動偏航功能6.2.1.1手動偏航模式下機艙的位置和運行方向應可調整。6.2.1.2進行手動偏航操作時，應具備左右偏航互鎖功能。5GB/TXXXXX—XXXX6.2.1.3在手動偏航模式下，如發生扭纜限位觸發安全鏈故障，偏航系統應停止偏航。6.2.2自動偏航功能偏航系統應能實時跟隨控制系統發出的指令調節機艙的位置，進行對風。6.2.3自動解纜功能機組解纜設計應該具備冗余設計。機組解纜應該至少有2層設計保護閾值；軟件保護閾值與硬件保護閾值。扭纜角度達到軟件控制上設置的閾值時，機組能主動執行解纜。扭纜角度達到硬件設置閾值時機組會強制停止偏航，防止扭纜超對于采用集電環的免解纜機組，設計上需要考慮集電環的磨損及壽命。6.2.4偏航系統的保護功能6.2.4.1偏航系統的保護功能通常由整機控制系統執行。6.2.4.2采用偏航軟啟動器或偏航變頻器控制時，當軟啟動器或變頻器與風力發電機組控制系統的通訊故障，應禁止自動偏航。6.2.4.3安全鏈斷開：風力發電機組安全鏈斷開時（如扭纜限位）應自動停止偏航。6.2.4.4偏航系統應具有扭纜保護功能，在達到規定的扭轉角度前應觸發解纜動作。扭纜保護宜采用角度測量保護和角度限位等，雙重冗余保護。6.2.4.5偏航扭纜編碼器故障：偏航扭纜編碼器信號跳變或丟失時，應能自動報出故障。6.2.4.6偏航電機故障：偏航電機過載故障時，應報出故障。當報出故障時應該停止自動偏航。6.2.4.7偏航系統剎車故障：偏航剎車異常（如抱閘打開信號異常或液壓壓力信號異常或抱閘磨損信號等）時，應進行報警或報故障，并根據安全策略進行處理。6.2.4.8偏航載荷異常故障：當監測到偏航載荷超出異常時應進行報警或報故障，并根據安全策略進行處理。6.2.4.9偏航軟啟動器或偏航變頻器故障：偏航軟啟動器或變頻器器故障時，整機報警或報出故障。當報出故障時，應停止偏航后進行剎車動作。6.2.4.10風速風向儀故障：風速風向儀故障時，整機應報警或報出故障。當報出故障時，應停止偏航。6.2.4.11液壓系統故障：在偏航液壓系統故障時，整機報警或報出故障，并根據安全策略進行處理。6.2.4.12潤滑系統出現液位低與堵塞時，整機控制系統及時報警或報故障。6.2.5監控及維護功能6.2.5.1偏航系統應具備通過人機界面、計算機軟件或便攜式設備進行參數設置、零位校準、狀態信息讀取功能。6.2.5.2偏航系統應具備通過人機界面、計算機軟件或便攜式設備進行故障讀取、診斷、分析以及復位的功能。6.2.5.3偏航系統故障數據主控應該記錄。6.2.5.4對于帶對北接近開關校準的偏航系統，應具備通過人機界面、計算機軟件或便攜式設備進行標定，記錄接近開關位置，且在掉電后應被保存。66.2.6變頻控制通訊接口要求（如有）6.2.6.1通訊接口方式采用變頻控制的偏航系統的通訊，主要用于實現與風力發電機組控制系統的信息交換。接口可采用CAN、Profibus現場總線或RS485串口等方式。6.2.6.2通訊接口共同要求通訊接口滿足以下要求：——通訊信號線應采用屏蔽雙絞銅纜；插接頭應帶屏蔽外殼；——在總線的兩個末端應接一個末端電阻，阻止信號反射，其阻值按照總線的要求確定；——應根據主從站的通訊距離選擇合適的通訊速率。6.3.4防護要求（IP代碼）6.3.4.1電機及電氣柜防護等級應不低于IP54，插入式連接的防護等級應為IP65。6.3.4.2外部傳感器和開關防護等級應為IP65。6.3.5防雷要求偏航系統與塔架之間應按照GB/T33629—2017中8.4的規定采取雷電防護措施。6.3.6防腐要求壽命期內，陸上風力發電機組偏航系統的防腐應符合GB/T19292.1—2018的C3及以上的規定，海上風力發電機組偏航系統的防腐應符合GB/T19292.1—2018的C4及以上的規定。6.3主要零部件技術要求6.3.1滾動偏航軸承偏航軸承的設計應符合GB/T29717的規定。滾動軸承的計算分析應基于ISO76和ISO281,ISO/TS16281進行。計算應考慮實際運行和潤滑狀態以及軸承環境。6.3.2滑動偏航軸承6.3.2.1滑動偏航軸承由偏航齒圈與偏航機械卡鉗等構成。6.3.2.2滑動軸承運行時應無異常噪音振動。6.3.2.3偏航齒圈與滑動襯墊接觸表面應合理設計粗糙度。偏航齒圈齒面硬度宜大于50HRC。6.3.2.4滑動偏航卡鉗設計應有利于拆卸維護。6.3.2.5滑動偏航應計算校核包括卡鉗本體，襯墊及其鄰近相關結構的極限強度與疲勞強度滿足載荷要求。6.3.2.6滑動襯墊材料應該具有以下性能：a)具有一定的強度；b)具有耐高溫蠕變性能；GB/TXXXXX—XXXXc)滑動襯墊具有耐磨性能，壽命滿足整機壽命，或滿足可更換性；d)滑動襯墊應該具有一定的剛度，滑動偏航應考慮滑動襯墊受力變形及磨損后對齒輪側隙的影響，宜定期調整；e)滑動偏航滑動襯墊材料宜采用工程塑料或者尼龍等。6.3.3潤滑偏航軸承應使用合理性能的潤滑脂，應設置油脂回收裝置，減少對環境的影響。偏航軸承與偏航齒應采用自動潤滑。對于自動潤滑系統需配置低液位報警傳感器與系統堵塞報警相關傳感器，自動潤滑系統設計要考慮溫度的影響。潤滑系統出現液位低與堵塞時，整機控制系統及時報警或報故障。偏航齒輪箱應采用合理性能的潤滑油和潤滑脂，潤滑油應按照合理的周期進行檢測和更換。檢測標準和更換周期，應由齒輪箱制造商和整機廠家協商并取得一致的意見。密封元件需要考慮環境溫度要求。6.3.4偏航電機偏航電動機應采用三相交流電動機，防護等級不低于IP54，絕緣等級不低于F；偏航電機制動器宜采用常閉電磁制動型式。偏航電機的設計應符合JB/T6456的規定。6.3.5偏航齒輪箱和偏航齒6.3.5.1偏航齒輪箱通常為行星減速結構。6.3.5.2計算校核應滿足GB/T18451.1。6.3.5.3齒根彎曲校核考慮齒的交變載荷，相應的S/N曲線使用交變彎曲系數0.7。6.3.5.4電機如果是直接啟動控制，偏航齒輪箱及偏航軸承齒設計校核應考慮電機的啟動扭矩及最大扭矩。6.3.5.5齒輪箱體內重要結構件如下箱體，行星架、輸出軸等結構件需進行有限元疲勞與極限校核。計算要求見表1。表1偏航齒輪箱重要結構件計算要求>16.3.6偏航液壓制動器偏航液壓制動器的設計符合NB/T31024要求。6.3.7制動盤8a)制動盤材料應具有足夠的強度、剛度和一定的韌性，如采用焊接連接，還應具有較好的可焊性;b)制動盤的連接、固定應牢固、可靠，在壽命期內不得出現疲勞破壞；6.3.8液壓系統a)液壓系統的設計和制造應符合GB/T3766及JB/T10427的規定。液壓系統不應有漏油、滲油現象。b)液壓管路應采用無縫鋼管制成，柔性管路連接部分要求采用合適的高壓軟管制成。螺接管路連接組件應通過試驗驗證工作中密封性能和振動要求；c)液壓元件的設計、選型和布置應符合液壓系統有關規定的要求；d)液壓系統管路應保持清潔，并具有良好的抗老化性能；e)液壓系統應密封良好，無滲漏現象。f)液壓油及液壓元件應考慮環境溫度影響；偏航系統泄壓建壓響應時間應該滿足設計仿真要求。6.3.9偏航電機抱閘設計時應考慮電機抱閘的最大和最小制動力矩。電機制動器的設計選型需與傳動結構的承載能力匹配。電機制動器須注意考量制動力矩誤差、轉子轉速峰值、制動器熱力負荷性能及環境因素。由于電機制動器摩擦片性能和環境條件的差異，有可能會導致與額定力矩的偏差。這些因素必須在制動器選型中加以考慮。摩擦片磨損，需維護手冊中明確維護要求與維護周期。6.3.10螺栓連接所有的高強度連接螺栓應進行極限載荷和疲勞載荷強度計算，計算采用的材料數據按國家有關標準選取。易松動部位連接螺栓夾持長度應大于3倍直徑。6.3.11傳感器偏航系統涉及的傳感器主要有風速風向儀，扭纜編碼器，油位傳感器，磨損傳感器，壓力傳感器，電機過載保護等。對于風向儀宜冗余設計，至少采用2種測量途徑。對于偏航扭纜編碼器，應考慮累計誤差的影響，定期校準。潤滑系統應配置油位信號傳感器，堵塞檢測傳感器。剎車系統宜配置剎車片磨損檢測。液壓系統宜配置壓力信號檢測。偏航電機宜配置過載檢測，電流檢測。7試驗方法7.1試驗條件7.1.1試驗時，試驗場地的風速應為5m/s～維護風速。7.1.2試驗應避免在特殊的氣候(如雨、雪、結冰等)條件下進行。7.1.3正常試驗環境條件及試驗基準環境條件見表3。除另有規定外，試驗一般在正常試驗環境條件下進行，試驗的基準條件作為判定條件。9GB/TXXXXX—XXXX7.1.4試驗用儀器儀表應符合GB/T18451.2和JB/T5777.3—2002第3章的規定。7.1.5試驗前應按照5.1.3規定的要求進行結構及外觀檢查。表2試驗環境條件-20℃~+40℃——7.2功能試驗7.2.1手動偏航功能試驗7.2.1.1起動被試驗機組后使被試驗機組處于正常停機狀態，然后手動操作使偏航系統向順時針方向偏航，偏航半周后，使偏航系統停止運轉。這一操作至少重復三次。觀察順時針偏航過程中偏航是否平穩、有無異常情況發生(如沖擊、振動和慣性等)。7.2.1.2起動被試驗機組后，使被試驗機組處于正常停機狀態，然后手動操作使偏航系統向逆時針方向偏航，偏航半周后。使偏航系統停止運轉。這一操作至少重復三次。觀察逆時針偏航過程中偏航是否平穩、有無異常情況發生(如沖擊、振動和慣性等)，記錄逆時針偏航結果。7.2.2自動偏航功能試驗通過風力發電機組控制系統的人機界面發出偏航角指令進行偏航控制。檢查偏航系統是否工作正常。7.2.3解纜功能7.2.3.1在滿足被試驗機組初期解纜的工況下，起動被試驗機組后，使被試驗機組處于正常停機狀態。手動操作使偏航系統偏航到滿足初期解纜的觸發條件。確認后，觀察被試驗機組是否自動進行解纜并最終復位。記錄結果。7.2.4偏航保護7.2.4.1偏航軟啟動器或偏航變頻器通訊故障：將偏航軟啟動器或偏航變頻器通訊線路斷開，觀察并故障報警狀態。7.2.4.2偏航扭纜保護試驗起動被試驗機組后，使被試驗機組處于正常停機狀態并屏蔽自動解纜的觸發條件。手動操作使偏航系統偏航到滿足扭纜保護的觸發條件，觀察被試驗機組是否緊急停機并記錄結果。7.2.4.3偏航扭纜編碼器故障將偏航扭纜編碼器的通訊線路斷開，觀察并故障報警狀態。7.2.4.4電機過載故障手動觸發偏航電機過載保護裝置（熱繼保護或熱敏信號），觀察并故障報警狀態。7.2.4.5偏航系統剎車故障手動觸發偏航剎車保護裝置，觀察并故障報警狀態。7.2.4.6偏航軟啟動器或偏航變頻器故障手動強制觸發偏航軟啟動器或偏航變頻器故障，觀察并故障報警狀態。7.2.4.7風速風向儀故障手動斷開風速風向儀通訊線路，觀察并故障報警狀態。7.2.4.8液壓系統壓力低故障改變液壓油壓力傳感器采樣值，使其低于液壓油壓力低報警設置值，觀察并記錄風力發電機組動作結果和故障報警狀態。7.2.4.9液壓系統油溫高故障改變液壓油油溫傳感器采樣值，使其高于液壓油溫度報警設置值，觀察并記錄風力發電機組動作結果和故障報警狀態。7.2.4.10潤滑油位低故障手動觸發潤滑油位傳感器報警信號，觀察并故障報警狀態。7.2.4.11潤滑系統堵塞故障手動觸發潤滑堵塞傳感器報警信號，觀察并故障報警狀態。7.2.5監控及維護功能監控及維護功能試驗應按照6.2.5的規定執行。7.2.6變頻器控制通訊測試變頻器通信協議測試按照相關產品標準規定的試驗方法進行試驗。7.2.7防雷試驗防雷試驗應按照GB/T3482—2008中第6章規定的方法執行。7.2.8防腐試驗按照GB/T30790.6—2014中表1的規定執行。7.3主要部件試驗7.3.1偏航軸承試驗偏航軸承的試驗應按照GB/T29717—2013中第8章的規定執行。7.3.2偏航齒圈試驗偏航齒圈的試驗應按照產品的設計要求規定執行。7.3.3偏航機械卡鉗試驗偏航機械卡鉗的試驗應按照產品的設計要求規定執行。7.3.4偏航電機試驗GB/TXXXXX—XXXX偏航電機的試驗應按照產品的GB/T1032的規定執行。7.3.5偏航齒輪箱偏航齒輪箱的試驗應按照JB/T5558的規定及產品技術要求執行。7.3.6偏航液壓制動器偏航液壓制動器的試驗應按照NB/T31024的規定及產品技術要求執行。7.3.7偏航制動盤偏航液壓制動器的試驗應產品技術要求執行檢測。7.3.8液壓系統試驗7.3.8.1液壓站功能檢查試驗起動液壓泵電動機，檢查電動機的旋轉方向、檢查油位傳感器、檢查調整油壓、檢查