GB 17646-1998 小型风力发电机组安全要求.pdf

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1、GB 176461998 前言本标准等效果用IEC1400-2: 1996(小型风力发电机组安全要求。为了使我国生产的小型风力发电机组尽快适应国际贸易、技术和交流的需要，完整地采用IEC标准中的安全要求是十分必要的，但考虑到我国大量使用小型风力发电机组在北方地区这一实际情况，其环境温度远低于IEC标准级规定的对正常温度和极端温度的要求，为此，结合我国环境条件的具体情况，把第3章中的标准将高寒地区使用机组的系统正常运行温度范围和在极端情况下运行的温度范围下降5C.参照极端风速提高5m/s.并应适当考虑大气中含沙尘的环境条件。对其他地区而言，仍与国际标准一致。这样对出口的标准级机组仍完全符合国际标

2、准的要求。由国际标准IEC1400-2转化为国家标准时，各章、条号均未作改变。便于对照使用。本标准的附录A是提示的附录。本标准由机械工业部提出。本标准由全国风力机械标准化技术委员会归口。本标准起草单位z机械工业部呼和浩特畜牧机械研究所。本标准主要起草人z舒兆明、宋经逃。202 GB 17646-1998 IEC前言1) IEC(国际电工委员会7是由各国家电工委员会(lEC国家委员会)组成的世界性标准化组织，IEC的目标是促进电气和电工领城有关标准化方面的国际合作，为达此目的和开展其他活动.IEC出版国际标准，委托各技术委员会起草国际标准g任一IEC国家标准委员会对涉及到的项目感兴趣，都可以参与

3、该项目的起草工作，与IEC建立联络关系的国际的、政府的和非政府的组织也可参与起草工作，IEC与国际标准化组织(150)按照两个组织间确立的协议条件，密切合作。2) IEC有关技术方面形成的正式决议或协议表达了国际上对有关项目尽可能一致的意见，因为每个技术委员会都是由来自有关的国家委员会的代表组成的。3)形成的文件有国际使用的建议形式和以标准、技术报告或指南等形式出版，并为各国家委员会所接受。的为了促进国际间的统一，各IEC国家委员会在其国家和区域性标准中应明确地、最大限度地采用IEC国际标准.IEC标准和相应的国家或地区标准之间的任何差异都应在后者中明确地指出。任。5) IEC对它的批准过程不

4、提供说明。并对任一设备都须与其标准之一相符合的要求也不负说明责6)应注意本国际标准的某些单元可能有专利权项，对任一或所有这些专利权IEC不负鉴别责任。国际标准IEC1400-2已由IEC第88技术委员会(风力发电设备技术委员会)起草。本标准文本以下列文件为基础2FDI5 88!53!FDI5 投票报告88!65!RVD 本标准通过投票的全部情况可在上表所述的投票报告中找到。附录A仅作为资料。203 GB 17646一1998寻l占一一口本标准提出了小型风力发电机组的最低安全要求，并不能用作完整的设计规范或结构说明书。依照本标准并不意味着任何个人、组织或公司可以不遵守其他的适用规范。204 中华

5、人民共和国国家标准小型凤力发电机组安全要求GB 17646一一1998eqv IEC 1400-2,1996 Safety of small wind turbine generator systems 1 概述1. 1 主题与范围本标准为小型风力发电机组(5WTG5)(以下简称机组)的安全要求，它涉及到安全原理、质量保证、工程完整性和特定的要求，包括设计、安装、维修和特定外界条件下的运行，其目的是制定-个恰当的保护等级，以防止机组在计划寿命期内发生意外事件和损坏。本标准还涉及到机组的各辅助系统，例如保护机构、内部电气系统、机械系统、支撑结构、基础和电气与负载的连接。本标准适用于扫掠面积小于4

6、0m2，电压低于1000 V (8 c. )或1500 V (d c. )的机组。本标准应与有关的国家标准、1EC和150标准结合使用(见1.2)。1. 2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。GB/T 19001-1994 质量体系设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式(idt 150 9001 ,1 994) GB/T 19002 ,1 994 质量体系生产、安装和服务的质量保证模式(idt150 9002 , 1994) GB/T 19003 ,

7、1994 质量体系最终检验和试验的质量保证模式(idt150 9003 ,1 994) IEC 364 建筑物的电气安装lE(二529，1989外壳防护等级(lP法则IEC 1000 电磁兼容性(EMC)IEC 1400-1 ,1 994 风力发电设备第1部分2安全要求IEC CI5PR 11 ,1 990 工业、科学和医疗(l5M)射频设备电磁骚扰特性的测量方法和限值1502394,1 986 结构可靠性通则补充篇1(1988)1. 3 定义本标准采用下列定义，1. 3- 1 制动能有效地降低风轮转速或使其停止转动的手段。1. 3- 2 控制系统接收风力机状况和其运行环境倍号，调整风力机使其

8、保持在限定范围内运行的辅助装置。1. 3- 3 切人风速(v，.)风力机开始输出有用功率时，在轮被高度处的最小风速。1. 3- 4 切出风速(VOUI)设计时规定的风力机输出有用功率时，在轮慧高度处的最大风速。国质量技术监督局1998-12-21批准1999-10-01实施20,1 GB 17646一19981. 3. 5 设计极限设计中使用的最大或最小值。1. 3. 6 设计工况机组可能发生的运行模式(如发电、停车等)。1. 3. 7 外界条件影响风力机运行的因素，包括风况和其他气象因素(雪、冰等)。1. 3. 8 失效-安全设计特性中的一项，即产生紧急故障时仍能保持设备的安全。1. 3.

9、9 阵风风速的瞬间变化。可以通过它的形成时间、强弱和持续时间来表示其特性。1. 3. 10 水平轴风力机(HAWT)风轮轴与风向基本平行的风力机。1. 3. 11 轮载能将叶片或叶片组件安装在风轮轴上的装置。1. 3. 12 轮毅高度风轮中心距地面的高度，垂直轴的轮被高度是指扫掠面中心离地面的高度。1. 3. 13 怠转风力发电机慢速运转元功率输出的状态。1. 3. 14 极限状态载荷作用于结构上的一种状态，若超出此范围，则结构不再满足设计要求(见ISO2394)。注2设计计算(极限状态的设计要求)的目的是使极限状态保持在某一规定值范围之内的可能性，该规定值是由结构类型确定的(且ISO2394

10、)。1. 3. 15 载荷情况结合考虑设计工况和外界条件所产生的结构载荷。1. 3. 16 平均风速在一给定的时间段内，瞬时风速的平均统计值，时间段可以从几秒钟到许多年。1. 3. 17 机舱设在水平轴风力机塔架顶部，内装有传动和其他装置的机壳。1.3.18 停机风力机正常关机以后的复位状态。1.3.19 输出功率以特殊的方式，为达到特定的目的通过一种装置输出的功率。注2由风力发电机组输出的电功率。1. 3. 20 保护系统使机组保持在设计极限范围内的安全保护装置。1. 3. 21 额定功率部件、装置或设备在规定的运行条件下能达到的功率，通常由制造厂给出.注2在正常运行条件下.机组设计能达到的

11、最大连续电力输出。1. 3. 22 额定风速(VR)风力机达到额定功率时的特定风速。1. 3. 23 参照极端风速(Veu)50年一遇的在轮般高度处10mm最大平均风速。1. 3. 24 风轮转速206 GB 17646-1998 风力机风轮绕其轴的旋转速度。,. 3. 25 安全寿命预定的工作年限，并应指明严重失效的概率。1.3.26 关机风力机处于发电与停转或空转间的变化过程。1. 3. 27 支撑结构风力机的塔架和基础部分。,. 3. 28 扫掠面积(用于水平轴风力机)风轮叶尖旋转运动所作的困在垂直于风速矢量平面的投影面积。,. 3. 29 揣流强度风速的标准偏差与平均风速之比，平均风速

12、由某一给定时间周期内，从同组测出的风速采样数据中确定。.3. 30 风切变在垂直于风向的平丽内，风速随高度的变化。1. 3. 31 风速空间特定点上的风速，空气围绕该点的瞬时运动速度。.3. 32 风力发电机组将风能转变为电能的装置。,. 3. 33 调向(用于水平轴风力机)风轮轴围绕立铀的迥转。1-4 符号与单位A 截面积Aproj 垂直于风向平面上的投影面积B 叶片数Cd 阻力系数e 风轮与塔架中心之间的距离e, 从风轮重心到风轮旋转轴之间的距离F 作用力FxB、FyB、F.作用在叶片根部的力Fx糖、Fy输和Fz输风轮轴上凤轮连接点的作用力g 重力加速度h 风轮轴距地面高度lB 叶片转动惯

13、量l ,b 风轮重心与前轴承的距离M制机械制动公称力矩M.、M_YB，M1f:B作用在叶片根部的力矩Mx箱作用在风轮前轴承上的组矩MB- 作用在风轮前轴承上的弯矩m. 叶片质量m , 风轮质量mo 机舱质量向风轮转速 2m2myhhNH阴阳fLLF!LLm 0 s j mJ kg 0 m汀mJ N 0 mJ N 0 mJ N 0 mJ N 0 mJ kgJ kgJ kgJ romin-J 207 GB 17646-1998 nrnall 风轮最大转速nR 额定风速时风轮转速PR 小型风力发电机组额定功率QR 额定风速时风轮轴转矩且风轮半径扎。叶片重心与叶根和轮毅连接点的距离Rcnsr 材料强度

14、);n 切入风速11 切出风速叫b轮毅高度处的风速VR 额定风速Vexr 参照极端风速Wb 截面系数Y 安全系数甲效率R 额定风速时的叶尖速比p 空气密度 强度d 设计强度(由设计载荷计算h 当量强度r 剪切强度 调向角速度使用坐标系来定义载荷方向，如图l所示。1丁丁寸寸寸寸丁寸寸1寸丁寸寸寸门斗斗Wmm川寸寸寸寸寸d一一一门Jmmfmsssssbtcmmmmm-smmN.5 Nhhhhh鸣NNNNLVrrL飞bm-FLLLLafr 俨?果用说明，IJ原文为fl，应更改为rad-s-1o208 Y. 注z叶片坐标罩随风轮旋转。风轮轴坐标罩随机舱旋转塔架坐标矗是固定的.1. 5 缩略语SWTGS

15、 小型风力发电机组HAWT 水平袖风力机2 基本要素2. 1 概述GB 17646 -1998 z . X衅，非z. z Y X 囹1水平轴风力机坐标系定义工程完整性包括结构设计、机械、电气和控制系统，它应由本标准中有关设计、制造和质量管理的要求来达到。机组的安装、运行和维护应用了现代综合技术，这些技术领域中所制定的安全程序都必须执行。2.2 质量保证质量保证应是机组和其所有部件的设计、完善和制造中的一个完整的部分，也是装配、安装、运行和维护文件中的个完整的部分。建议质量保证系统应满足GB!T19001、GB!T19002和GB!T19003的要求。209 GB 17646-一19983 外界

16、条件机组的设计应考虑本章所述的外界条件，这些条件取决于机组安装的预定场地和场地类型。规定了两种风力机等级;标准级和特殊级，标准级旨在满足大多数的应用场合，其参数能代表诸多不同场地的特征值，对哪些需要特定设计条件的地方应采用特殊级风力机。特殊级的外界条件参数值应由设计者规定和说明。标准级应考虑如下外界条件:在轮毅高度处参照极端风速Ve0.1m 0.7 1. 2 1. 3 1. 6 1. 5 图2推力系数C，4.6 应力计算由一种载荷情况下的单个的力和力矩计算出的多个应力必须合成找出其等效应力，合成的等效应力必须同材料许用应力见4.7)相比较。213 应力计算应考虑:应力变化，一一应力集中;所产生

17、载荷的大小和方向，零件尺寸;零件表面粗糙度和表面处理方法s载荷类型(弯曲、张紧、扭转等。GB 17646-1998 表2为根据单向值给出的等效应力计算指南表2等效应力圆形叶根矩形叶根轴向载荷即=F万, 6F=F互-弯曲JM!+ dM=町A4.7町M咽; (JM= W. 剪切可忽略可忽略告成饲=aF+M F、M、A和w.为叶根值e晤盼F 4. 7 安全系数和材料特性值风轮轴. p=万F. 6MEMW: 9 rM=wMJ ; 问ZJ(d，十M)2十3rL当载荷按第4.5条简化载荷计算导出时，应使用表3给出的安全系数，材料特性值Rchar应按国家或国际规范考虑，其值应基于保全性概率在95%以上，并具

18、有95%的置信界限，当不能获得认可的规范时，材料特性值应从统计有效的试验数据中导出，其推导值应考虑到规格大小的影响，尺寸公差、由于外界作用的削弱以及在正常情况下检查不到的缺陷，对于塑性和非塑性变形材抖，其疲劳和极限载荷应采用极限拉伸强度WTS)作为材料特性值Rchar 0 式(15)为满足设计要求的表达式gad斗. ( 15 ) 安全系数值Y取决于载荷情况(疲劳或极端载荷)和材料类型(塑性和非塑性变形材料)，用于简化计算的安全系数由表3给出。表3安全系数非塑性变形材料载荷情况钢(例如本材，合成材料)载荷情况A(疲劳)10 10 载荷情况B、C、D、E、F2 3 (极峭载荷)注，钢焊接件，其疲劳

19、极限应力应不超过40MPa.载荷情况A的安全罩数包括了由极限抗拉强度转换为疲劳强度的转换罩数，该Jf.数用于合成材料为8.用于钢材为10。材料革数对于合成材料为1.25.钢材为1.O. 两种情况的峨荷罩数都为1 在所有其他情况下，安全系数和材料特性值应采用IEC1400-1的规定。214 5 小型凤力发电机组的保护5. 1 概述GB 17646一1998当需要时，应提供一个或多个保护系统使机组保持在设计极限范围之内运行，尤其是旋转速度不得超过最大设计极限nmax机组的关机安全程序由制造厂规定，并应包括在执行这一程序期间对最大风速和其他条件的要求。5.2 保护系统的功能要求5. 2. 1 兼有控

20、制和保护的系统应设计为在故障情况下保证安全。通常，官能在发生任何单一故障、动力源故障或保护系统的非安全寿命的零部件发生故障时，起到保护机组的作用。5.2.2 当功能不胁调情况下，保护功能应超过控制功能a5.2.3 当风力机处于手动或自动控制下，保护系统应具有良好工作的能力。5.2.4 应采取有效措施，以防止保护系统发生意外或未经许可的调整。6 支撑箱构6. 1 概述支撑结构是机组的一个不可缺少的部分，应设计成能承受相应的包括第4章中规定的安全系数在内的设计载荷。支撑结构应能避免人或牲畜与机组的运动部件发生意外接触。支撑结构可采用各种型式，塔架或其他固定装置。6.2 塔架塔架可以是自立式或是拉线

21、式的，应妥当地设计塔架，使之能承受相当于设计值的最大载荷(包括安全系数)，零部件应由能满足使用要求的材料制造，例如镀铮或适当的阳极化处理，以达到长寿命的环境保护。应提供全部螺栓和紧回装置，给出拧紧力矩说明。如有需要，应提供合适的拉索，明确规定拉紧方法，在使用不同类型材料时不产生电解腐蚀。6. 3 基础和地锚设计基础和地锚时，使之足以承受机组的设计载荷(包括安全系数，见第4章。土壤条件应加以考虑。6.4 其他支撑结构机组固定呈现现存的支撑结构时，应做成与载荷相称的紧固租连接，还应考虑设计载荷和抗腐蚀性能。用于特殊环境的机组，例如装在船上的为船用蓄电池充电的风力机应有相称的设计和定位紧固，在这种特

22、殊环境下，一般没有公共通道，不常设立接近运动部件的保护。7 小型风力发电机组的电气系统7.1 概述机组的电气系统以及用于电气设备上的所有单元都应遵照IEC有关标准的规定，当机组接人电网时应采用lEC1400-1第6章的规定，电气设备的每一部分应能承受设定的安装场地的全部设计环境条件，以及在运行期间机组在机械、化学和热力学应力等方面可能出现的问题。但是，如果某一电气设备安装场地与设计条件不一致时，则可提供适用于这种条件的附加保护作为机组完整电气系统的一部分。按其功率特性选出的电气设备的每一部件应满足设备工作任务的要求，并考虑到预期发生的设计载荷情况。7.2 电磁兼容性每个电气元件应具有适当的抗电

23、磁干扰性能指标(lEC1000)，在选择所有的电气元件时，应保证其在整个电气系统内不会对其他元件和周围环境产生有害的影响。ECCISRR 11)。23 GB 17646-1998 7.3 运行条件制造者应提供下列数值，机组的电气系统在该值范围内运行将不会发生危险z额定电流;一额定电压和连接风力机的允许偏差;发电机额定转速。7.4 直接和间接接触保护应保护人和牲畜避免因直接或间接接触机组带电部件而可能引起的危险(IEC364)，防止直接接触带电部件的保护至少应达到IEC529中IP23的规定。7.5 开关装置为了保护、维护、试验、故障检测或修理的需要，机组的电气系统或分系统应设置合适的开关装置，

24、以便与一切电源断开。7.6 电气系统故障机组的电气系统应装有适当的装置，在故障发生时应能保护机组和连接的电气系统。尤其应提供由于超负载和短路时的过电流保护。?7 导线应考虑安装和运行期间导线可能承受的机械应力。包括由于电线缠绕产生的机械应力。8 文件机组的操作者手册应对安装、运行、检查和维护中人身安全的注意事项作详尽的说明。制造商对每台设备或代理项目应提供下列文件:操作说明书，包括维护要求的维护说明书g技术文件应包括用于装配、安装和竖起的图纸、规范和说明。文件还应包括全部载荷的详细情况、重量、起吊点和专用工具，以及机组为了运输、安装和操作的必要程序。升;手册应使用操作者能读懂的一种语言编写。在

25、安装、运行、检查和维修手册中应包括下列内容:安装为安装或装配的安全，应使用的专用工具、装配架和工件夹具以及其他器具的明细;对起重设备、卷扬机和升运设备的要求，包括所有的吊链、吊钩和其他稽具都必须确保安全提列表确定所有零部件的合适的润滑和预期维护条件s一一制造厂家建议的竖立程序;一一关键紧固件的检定，确认力矩的程序和其他要求;一一野外装配部件和安装图s一一安全起吊点的说明;基础和锚固系统设计的最低要求，一一完整的接线图和相互连接图。运行一一安全运行范围和说明，包括起动和关机程序$一保护系统的功能检查程序;一一机组各分系统及其操作说明。检查和维护维护检查周期和程序g216 GB 17646-199

26、8 规定的润滑周期和时间表，润滑剂或其他专用润滑液类型:非计划安排的维护和应急程序g一一拉索检查和重新张紧计划时间表，螺栓和力矩检查时间表，包括张紧度和力矩载荷;一一故障诊断程序和故障排除指南。9 试验9. 1 概述试验目的是为了验证和证明在实际条件下机组是否满足设计规范和标准的特定要求，试验应作为分析设计计算的补充，以及用来验证在计算中使用的设计运行参数值。机组的试验项目由部件试验、运行试验和动态试验所组成。试验应按照最新的试验方法进行，应选用适当的测试仪器，并进行正式的标定。试验样品在所设计的风力机类型和零部件中应有充分的代表性。试验应提供报告文件，其内容包括:对使用的试验方法、试验条件、

27、试验设备和试验结果进行完整的描述。试验方法应包括测试过程、使用仪器、数据采集和数据分析的详细说明。9.2 部件试验部件试验的目的是通过工厂试验来验证关键部件(叶片、主轴、支承结构等)的载荷承受能力，试验条件的选择，包括试验载荷，应考虑恰当的安全指标。9.3 运行试验应进行运行试验(外场试验)，以证实风力机使用的运行设计参数不超过第4章的规定，主要运行参数是:风轮最大转速(由制造厂规定h调向最大速率(由制造厂规定h额定功率。同样，运行试验应进行控制和保护系统动作试验，以证实保护系统能满足第5章的要求。试验过程应包括机组在风速尽可能接近Vo.r状态下运行的试验。9.4 动态试验为了验证风力机在运行

28、风速范围内不产生有害的振动，应进行动态试验。应测量风力机关键部件(叶片、风轮、支承结构)的振动模态。17 GB 17646-1998 下列标准与小型风力发电机组的设计有关zIEC 34:旋转电气机械附录A(提示的附录)参考资料IEC 269-2:1986 低压保险丝第2部分z允许经认可的人员使用保险丝补充要求(保险丝主要用于工业)IEC 439:低压开关装置和控制器组合IEC 617:图纸的图示符号IEC 721-2-1:1982 环境条件等级第2部分2自然环境条件:温度和湿度IEC 755:1983 剩余电流操作保护装置一般要求IEC 896:固定用铅酸蓄电瓶，一般要求和试验方法IEC 898: 1995 电气附件家用或类似设备的过电流保护断路器。218