简析风电机组整机型式认证

发布时间: 2016-12-17     发布人:   发布机构:靠谱质检

从国家“十五”规划至今,我国风电行业已初步建立起相对比较完善的风电整机装备及部件认证体系,风电机组整机装备及部件的认证已逐步成为保证整个风电产业健康发展的重要管理手段和方法。风电产品的认证能够促进产品质量的提升、优化风电机组性能,同时加快了风电技术的改进和发展。

20149月,国家能源局发布《关于规范风电设备市场秩序有关要求的通知》(国能新能[2014]412),明确提出风电行业要“加强检测认证确保风电设备质量”。文件规定,接入公共电网的风电机组及其风轮叶片、齿轮箱、发电机、变流器、控制器和轴承等关键零部件必须进行型式认证,由此可见风电机组型式认证的重要性及迫切性。

风电机组型式认证作为风电机组开发的最后一个环节,能够全面检测风电机组实际运行性能,确保后续批量投运的风电机组性能与设计指标相符,同时可以保证风电机组产品质量。因此,风电机组整机型式认证工作这一环节至关重要。本文就国内型式认证涉及内容作相关介绍和分析。

型式认证的内容

国内风电机组型式认证执行的标准是基于IEC标准和相关国家标准,同时与各认证机构专用的认证规则相结合,主要包括设计评估、型式试验和工厂审查等认证模块。型式认证是着眼于风电机组整机的设计、结构、工艺、生产、质量、性能、一致性等方面的评估和审查,目的在于确保风电机组根据设计条件、相关标准及其他技术要求进行设计输入、设计输出和验证,并由有资质和能力的整机制造商生产制造,确保风电机组按照设计要求和条件进行安装、测试、运行、维护,最终为风电机组投入市场提供技术保障。

国内型式认证关键模块

国内型式认证关键模块如图1所示。

 

1:国内型式认证关键模块

一、设计评估

设计评估主要包括六个方面:载荷评估、控制和保护系统评估、部件试验验证、机械和电气部件评估、制造方案及工艺评估、安装和维护方案评估。

()载荷评估

载荷评估主要包括对载荷计算方法的评估、机组运行状态的模拟计算分析、动力学模型评估、大部件及关键位置载荷的计算结果评估和优化等。

()控制和保护系统评估

控制和保护系统评估主要包括控制系统原理和控制系统功能评估、风电机组运行模式评估、控制系统逻辑评估、安全系统评估及安全系统传感器评估、液压系统等相关评估。

()部件试验验证

在设计评估中,如发现对部件的相关分析不够充分,除了对部件的设计文件进行评估外,还要对一些关键部件进行试验验证,例如齿轮箱、发电机、变流器等部件的出厂试验或型式试验报告审查等,以补充理论分析,对部件的功能以及适用性做出准确评估。

()机械和电气部件评估

机械和电气部件评估主要是对机械零部件的设计图纸、技术条件、材料清单、强度和安全性进行评估,包括零部件静强度、寿命疲劳的评估以及电气零部件设计评估和试验报告审查。

()制造方案及工艺评估

制造方案及工艺评估主要包括对风电机组制造和装配工艺、专用设备、专用工具、测量试验方法、质量记录、质量评估要求以及制造、安装人员的资质和技能的审查。

()安装和维护方案评估

安装方案评估包括对风电机组安装要求、安装人员资质和技能要求、土木电气的详细要求说明、安装专用工具和设备、人员安全和环境保护措施、安装手册等项目的评估和审查。

维护方案评估包括对维护要求、维护计划、维护周期、安全保护措施、操作指南、维护手册以及人员资格和技能的评估和审查。

二、型式试验

型式试验包含低电压穿越测试、电能质量测试、载荷测试、功率特性测试等多项测试,目前风电场开发商比较关注风电机组功率特性测试和载荷测试,原因在于风电机组功率特性测试能直观地反映机组发电量水平,而载荷测试则能反映机组的安全可靠性。

目前国内型式试验测试,排除风电场风况及天气因素外,制约和影响测试的主要因素就是地形,平坦地形的测试按照IEC相关标准执行即可,而复杂地形包括山地和丘陵地形的测试则没有相关标准可以参照。下面就以某复杂地形风电场的型式试验测试为例,简单阐述和分析一下目前国内如何应对复杂地形的型式试验测试。

以四川昭觉某风电项目为例,该项目所处地形复杂,不符合IEC61400-12-1标准对地形的要求,如按照常规的测试方法进行测试,测试的结果会受地形的影响而偏差很大,因此按照IEC规定需要对该场地进行标定,标定是对复杂地形的量化,以降低地形和障碍对功率曲线特性和载荷测试的影响。场地标定的方法是在距离风电机组尽可能近的地方安装激光雷达测风系统,同时在风电机组周围装用于功率特性和载荷测试的测风塔(如图2所示),激光雷达测得10min风速平均值为Vj,测风塔测得10min风速平均值为Ve,由此得到风速矫正系数a=Vj/Ve,根据风速矫正系数即可推得风电机组处的风速(如图3所示),可用于风电机组的功率曲线特性和载荷测试。可见复杂地形的功率曲线特性测试和载荷测试比较困难,因此,选择合适的测试风电场尤为重要。

三、工厂审查

工厂审查实质上就是对整机制造商的生产能力评估和质量管理体系审查,是对制造商的制造工艺、工厂生产制造能力以及产品一致性的评估和审查。

风电机组零部件变更对于型式认证的影响

目前对于风电机组制造商来说,风电机组型式试验成本较高,风电机组制造商不可能将各种配置的风电机组在风电场竖机进行型式测试。因此,风电机组零部件的变更对设计评估和型式试验产生的重要影响,是整机制造商比较关注的问题。下面简单介绍关键部件更改对风电机组型式认证的影响:

(1)如变更叶片,对于设计评估,载荷需要重新评估,风电机组结构安全需要重新校核;对于型式试验,功率曲线特性测试和载荷测试需要重新测试。

(2)如变更齿轮箱、发电机、变流器等大部件,在保持设计不变的情况下,对于设计评估,需要补充设计评估资料,如图纸、计算报告等;对于型式试验,功率曲线特性测试和载荷测试不需要重新测试,更换后的部件须做部件型式认证,同时配整机做相关评估审查即可。

(3)如变更控制器,在保持控制策略不变的情况下,对于设计评估,需要补充设计评估资料,如设计图纸、原理图等;对于型式试验,功率曲线特性测试和载荷测试不需要重新测试,变更后的控制器须做部件型式认证,同时配整机做相关评估审查。

结语

对中国风电整机制造商来说,2015年是忙碌的一年,各大制造商都在对自己公司的主力机型进行型式认证。对风电机组进行型式认证,无论对于风电开发商、设备制造商、还是整个风电行业来说都是好事。一方面,对风电设备行业可以起到优胜劣汰的作用,达不到认证要求的企业市场空间将越来越小,并最终出局;另一方面,有利于龙头企业的地位巩固,通过认证的风电设备,任何企业都应采用相应的结果,不得要求重复检测,这实际上也减轻了设备供应商不必要的负担。更重要的是,我国风电设备的质量与性能必将大大提高,这更有利于增强我国风电设备在国际市场中的竞争力。