1、ICS 27.180 F 11 道昌中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z 25426-2010 凤力发电机组机械载荷测量Wind turbine generator systems measurement of mechanical loads (lEC TS 61400-13: 2001 , Wind turbine generator systems Part 13: Measurement of mechanical loads , MOD) 2010-11-10发布2011-01-01实施数码防伪中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会发布G/Z 254
2、26-2010 目次前言. . III 1 范围2 规范性引用文件3 术语和定义4 符号、单位及缩写.5 试验安全.4 6 载荷测量(MLC)47 测量技术108 测量数据处理.9 报告.17附录A(资料性附录)坐标系.20 附录B(资料性附录)风力发电机组载荷测量不确定度的评估程序24附录C(资料性附录)载荷测量和分析的样本格式.31附录D(资料性附录)其他揣流条件下的外推法.48 参考文献.52 I G/Z 25426一2010前言本指导性技术文件的制定是为了:一一促使风力发电机组标准化工作与国际风力发电机组标准化工作接轨;一一-提高风力发电机组机械载荷的测试能力和水平，促进风力发电机组产
3、品质量提升，提高产品的市场竞争力。本指导性技术文件修改采用IECTS 61400-13: 2001(风力发电机组第13部分机械载荷测量(英文版)。本指导性技术文件根据IECTS 61400-13 :2001重新起草。与IECTS 61400-13:2001的编辑性差异有:1) 将原文的第1章中的1.1、1.2、1.3、1.4相应改为:1范围、2规范性引用文件、3术语和定义、4符号、单位及缩写;2) 将原文的第2章改为:5试验安全;第3章改为:6测量载荷;依次类推。为了便于使用，本指导性技术文件还做了下列编辑性修改:a) 将IECTS 61400的本部分改为本指导性技术文件zb) 用小数点代替作
4、为小数点的逗号，;c) 删除了IEC前言和引言;d) 增加了本指导性技术文件前言;本指导性技术文件的附录A、附录B、附录C、附录D为资料性附录。本指导性技术文件仅供参考。本指导性技术文件由中国机械工业联合会提出。本指导性技术文件由全国风力机械标准化技术委员会(SAC/TC50)归口。本指导性技术文件起草单位:中航惠腾风电设备股份有限公司、中国直升机设计研究所、全国风力机械标准化技术委员会秘书处、金风科技股份有限公司等。本指导性技术文件主要起草人z庄岳兴、夏千友、王建平、王相明、田野、高辉、秦海岩。E G/Z 25426-2010 风力发电机组机械载荷测量1 范围风力发电机组的载荷测量部分，主要
5、是针对水平轴风力发电机组(风轮扫掠面积40m勺。这里所描述的方法亦可用于其他风力发电机组(如风力提水机，垂直轴风力发电机组)。本指导性技术文件的目的是提供风力发电机组载荷测量的方法和有关技术。本指导性技术文件可以作为测量指南用于规则的验证或直接确定结构载荷。本指导性技术文件可以作为一份测量规范性文件。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本指导性技术文件的引用而成为本指导性技术文件的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本指导性技术文件，然而，鼓励根据本指导性技术文件达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本
6、适用于本指导性技术文件。GB/T 2900.53-2001 电工术语风力发电机组(IEC60050-415:1999 ,IDT) GB 18451. 1-2001 风力发电机组安全要求(IEC61400-1:1999 ,IDT) GB/T 18451. 2-2003 风力发电机组功率特性试验(lEC61400-12:1998 ,IDT) IS0 1995 测量不确定度表示的指南IS0 2394: 1998 结构可靠性的一般原理3 术语和定义GB/T 2900.53确立的以及下列术语和定义适用于本指导性技术文件。3. 1 叶片blade 风轮旋转产生空气动力的部件。3.2 叶根blade roo
7、t 叶片与轮毅相连的部分。3.3 标定载荷calibration load 在标定过程中施加的力或弯矩。3.4 俘获矩阵capture matrix 按照平均风速和揣流强度测量的时域矩阵。3.5 弦长chord 按照惯例定义的叶片翼型剖面前缘到后缘连成的基准直线的长度。3.6 弦线chord line 按照惯例定义的叶片翼型剖面前缘到后缘连成的基准直线。1 G/Z 25426-2010 3. 7 设计载荷design load 风力发电机组设计承受的载荷。这些载荷可以根据相应的载荷系数和特性值来确定。3.8 挥舞f1 ap 垂直于未变形叶片扫掠面方向的运动。3.9 轮鼓hub 将叶片或叶片组连
8、接到风轮轴的装置。3. 10 摆振lead-Iag 平行于未变形叶片扫掠面方向的运动。3. 11 机舱nacelle 设在水平轴风力发电机组的顶部，包容传动系统和其他装置的部件。3. 12 固有频率natural frequency 结构受到扰动而产生的自由振动的频率。3. 13 3. 14 3. 15 展向outboard 指向叶尖的方向。安全系数partial safety factors 计算载荷和材料强度时考虑到典型(特性)值的误差而采用的系数。径向位置radial position 在垂直于风轮轴的平面上，到风轮中心的距离。3.16 凤轮中心rotor central 主轴上的并在垂
9、直于主轴的一个平面中的一个点。3. 17 凤轮平面rotor plane 垂直于主轴同时包含风轮中心的平面。3. 18 翼展spanwise 平行于叶片径向轴线的方向。3. 19 稳态运行steady state operation 是指风力发电机组在发电、带故障发电条件下以及在停机或空转状态下处于一种稳定状态，或者在极限条件下基本保持稳定，或者在测量过程中表现出随机稳定过程的特性。3.20 瞬态事件transient event 指风力发电机组运行状态改变的事件，如停机等。2 GB/Z 25426一20103.21 试验载荷test load 在试验过程中施加的力或弯矩。3.22 端流强度t
10、urbulence intensity 在一个给定的时间段中，风速的标准偏差和同一时间段平均风速的比率。3.23 偏航位置yaw position 偏航位置是指主轴中心线在塔基坐标系中垂直方向的投影和塔架坐标系X轴之间的角度。偏航位置定义为逆时针方向为正(俯视)。4 符号、单位及缩写4. 1 符号和单位e;-一应变伊F一偏航角B一一叶片数f 频率F力I一一揣流强度i一风速区间序数j一累计的交变载荷循环次数的序数h一一特定的载荷序数Mbe一一叶片根部的摆振弯矩Mbf一一叶片根部的挥舞弯矩Meq 等效载荷Mm一一塔基法向弯矩M 塔基侧向弯矩M巾一一风轮俯仰弯矩Mttm一一塔顶法向弯矩ML一一塔顶侧
11、向弯矩M，tt一一塔顶扭矩m一-5-N曲线的斜率n一一测量数/结果数N一一疲劳循环数R 风轮半径Rk一一一推测的载荷范围Rijk -测量的载荷范围S一一载荷幅值Sj一-A类标准不确定度Trotor一一风轮扭矩U一一测量值不确定度评估Uj-B类标准不确定度Xb，Yb，Zb一-叶片坐标系(参见附录A，图A.1)Hz N Nm Nm Nm ,N Nm Nm Nm Nm Nm Nm 口1Nm,N Nm,N Nm,N Nm 3 GB/Z 25426-2010 Xh，Yh，Zh一一轮载坐标系(参见附录A，图A.2)Xi 输入值Xn，孔，Zn一一机舱坐标系(参见附录A，图A.3)凡，孔，Zb一一塔架坐标系(
12、参见附录A，图A.4)y一一测量值Ve1-一-一年中的极限风速Vhub一一轮载高度处的风速Vin一一切人风速V，一一额定风速Vovt一一切出风速4.2 缩写MLC-测量载荷状态DLC一一设计载荷状态so-稳态运行TE-瞬态事件TI-揣流强度5 试验安全m/s m/s m/s m/s m/s 部分测量载荷状态涉及风力发电机组在极限或应急故障条件中(例如电网掉电)的运行。由于大多数测量和试验的目的是验证原型风力发电机组的载荷，所以不能假定风力发电机组的性能和响应与期望值是一致的。因此，总是假设这样的试验具有一定的危险性，应特别考虑到人员的安全。基于这一点，应从一个安全状态开始并观察这类试验，通常在
13、机舱、塔架、风轮平面之内有人员时就不应进行这些试验。试验前，所有的试验及试验程序均应征得风力发电机组制造商的许可，以确保风力发电机组的完整性，并以此确保不危及人员的安全。6 载荷测量(MLC)6. 1 概述测量过程包括收集统计数据和时域数据，这些数据确定了风力发电机组在某些特定工作状态下的性能。在本条款中，对测量载荷状态MLC进行了定义，以便确定与GB18451. 1中的设计载荷状态DLC对应条件下风力发电机组的载荷。MLC可以直接用来编写与DLC相关的载荷文件，或者MLC可以为在特定条件下和极限条件下验证计算模型提供基础，然后这些模型可以用来估算设计条件下的载荷。6.2 测量载荷状态(MLC
14、)6.2. 1 概述本子条款描述了如何根据各种已定义的测量载荷状态MLC制定测量程序。MLC是根据GB 18451. 1中描述的相关设计载荷状态DLC来确定的。但是，不是所有的设计载荷都可以通过测量来进行验证。MLC定义了风力发电机组在测量过程中的主要外部条件和运行条件。其外部条件包括气象参数，如风速、揣流强度和空气密度。运行条件包括一些运行参数如风轮转速、电功率和叶片桨距角。运行条件取决于风力发电机组的具体结构，并应根据每一种特定情况来规定。外部条件具有随机性，每个MLC的测量都需要重复多次，以便减少统计中的不确定因素。本子条款中具体规定了每个MLC的最少测量次数。GB 18451. 1涉及
15、的DLC及本指导性技术文件定义的MLC都规定了特定的外部条件，在测量过程4 G/Z 25426-2010 中，某些外部条件很难达到。尤其是在高风速区一些DLC在测量过程或在某一特定位置是难以达到的，例如，不可能强迫极限阵风作用于风力发电机组。在这种情况下，应在尽可能大的风速条件下评估这些载荷状态。测得的时间历程按两种方法分类:一种看作稳态运行(SO);另一种看作瞬态事件(TE)。这样，所有的测量都可以分成与GB1845 1. 1中DLC相关的测量载荷状态。表1和表2给出了建议记录的MLC。表中确定的MLC可能不完整。根据风力发电机组的设计思想和控制、安全方案，可能还需其他MLCa表1G 184
16、5 1. 1中定义的并与DLC相关的稳态运行下的MLC载荷测量DLC nr 风况MLC nr 说明状态MLC(GB 18451. 1) (DLC) 1. 1 发电1. 2 V in V，十2m/s 2.2 正常停机4.1 Vin.V，和V，+2m/s 2.3 应急停机5. 1 Vin和V，+2m/s 2.4 电网故障1. 5 V，和V，+2m/s 2.5 超速时保护系统的启动5. 1 V, +2 m/s 注2理想的测量在Vout风速状态下进行;如果这不能实现，则在大于民十2m/s风速条件下进行测量。6.2.4 俘获矩阵俘获矩阵用于构成测量的时域。该矩阵有两个目标，它可作为编制数据采集系统程序的
17、指南，还可作为确定何时满足测量要求的工具。在稳态运行中，运行条件是确定的，平均风速和揣流强度由计算得到。假如需要储存时域，相关矩阵元素将更新。然后就能简单地确定何时达到推荐的时域。对于某一瞬态事件，实际的风速记录在俘获矩阵中。矩阵大小及每个矩阵中元素的数量要与每个特定的测量相对应。如果记录了来自控制系统的瞬态参数，就能自动地记录一些瞬态事件中的测量值。俘获矩阵完整的结构如表3所示。表3正常发电时的俘获矩阵正常发电风速区间大小:1m/s 端流区间大小:2.%时域*度10 min 至少2min 风速/(m/s)4.5 1/ .% Vin . . . V , . . . Vm Vout 5.5 .
18、. 29 至少3个时域的最少端流区间数4 4 4 4 4 4 4 4 推荐凭经验确定载荷的最少时30 30 30 30 30 30 30 8 8 8 3 3 3 1 域数V，十2J1J 推荐的模型验证最少测茧时间Vin到V，-2V，-2到V，+2(V,+2)+Vou, (V，十2)+VOUtEFJ V 2 :J .,. out 3小时3小时2 3小时1小时6 G/Z 25426-2010 假如在各风向测量场所地形特征明显不同，那么，俘获矩阵按预选风向区进行分解，而对数据库的总体要求是相同的。a) 发电在测量过程中必须依据风速、捕流强度对数据进行分类。尽管对大风速状态下的揣流强度没有要求，但对所
19、有记录的数据必须根据揣流区间进行分类;建议将风速分成1m/s的区间间隔，同时将揣流强度分成2%的区间间隔。在每个风速区间达到Vr时，10min内时域累计数应不少于300这对应于5h内每个风速区间由V，n到Vr总的原始数据。同时应记录不同揣流强度下要求的所有数据。在Vr到Vout-5m/s的风速范围内，每个风速区间10min内的时域累计数应不小于8，对该风速范围内揣流强度没有其他要求。在Vout-5m/s到V。川的风速区间内，记录的时域长度可减少至2mino Vout-5 m/s到Vout-1m/s的风速中在每一风速区间至少记录3个时域，在风速Vout时，至少应记录1个时域，对Vout一5m/s
20、到Vout风速范围内揣流强度没有特殊要求。从10min的时域中导出2min的时域，条件是在2min时域中没有重叠;b) 发电并出现故障风速分解成三个区间，即V吭r一6m/s到Vr一2m/s 2 m/s。每个时域长度要大于2min。对每种特定情况都必须评估相关的故障情况;c) 停机(静止或空转)建议静止或空转状态下MLCs(测量载荷状态)的风速区间大小为4m/s。时域长度推荐采用10 min。应在停机状态下按各种偏航角进行测量，包括最不利的来流角。表4带故障时发电的俘获矩阵发电+出现故障时域长度2 min 2 min 2 min 风速/(m/s)VinV,+2 3 3 测量的目的是确定作用在风力
21、发电机组上的基本载荷。这些载荷是风力发电机组结构关键部位上的基本载荷，根据这些载荷，可以推导出作用在风力发电机组所有相关部件上的载荷。要测量的基本载荷列在表8中。作用在风力发电机组结构上的载荷矢量如图1所示，对应于描述载荷标量的坐标系在附录A中给出。某些特定载荷如传动机构载荷(如偏航、变距)对安全运行来说是很关键的，因此应测量这些载荷。GB/Z 25426-2010 表8风力发电机组的基本载荷载荷说明注释叶片根部载荷挥舞弯曲必需测量一个叶片，摆振弯曲其他叶片，推荐俯仰力矩俯仰及偏航力距在旋转机构中测风轮载荷偏航扭矩量或在固定坐标系风轮扭矩(如在塔架上)测量塔架载荷底部2个方向的弯曲Myow M
22、阳4f , , , , , , , 荷载架塔图1风力发电机组组塔基、塔顶、凤轮和叶片载荷6.3.3 气象参数表9列出了载荷测量过程中所需测量的气象参数。表9气象参鼓数值重要程度注释风速必需在轮毅高度处风切变推荐风向必需在轮毅高度处空气温度必需影响材料特性温度梯度推荐空气密度必需由温度和气压可推导出来(也可由其高度参照ISO有关空气的标准导出)6.3.4 凤力发电机组运行参数表10列出了需要或可能需要的风力发电机组运行参数。9 GB/Z 25426-2010 表10凤力发电机组运行参数参数重要程度注释电功率必得风轮转速必需桨距角必筒仅适用于可变桨距的风力发电机组偏航位置必宙风轮方位角必需假如在主
23、轴上测量偏航和俯仰弯矩电网连接推荐 刹车状况推荐风力发电机组状态常规相关参数可从风力发电机组控制板上的读数推导出来7 测量技术7. 1 概述本节描述了载荷测量过程中的各种测量技术。这些技术包括:一一仪表;标定:一一信号状态(相关的)。在标定方面，如果对特种传感器未作特别说明，就应进行传感器标定并形成文件记录。本节对载荷测量过程中有关数据的采集方法提出了建议。7.2 载荷7.2. 1 传感器本条款涉及载荷传感器、安装位置的选择及推荐的实施程序。在论述测量风力发电机组载荷的细节以前，应强调下述几点1-一所推荐的载荷传感器类型;传感器安装位置的总体设计方案;一一保证仪器的准确性和可靠性所用的标定程序
24、。7.2. 1. 1 传感器类型载荷传感器是一种直接或间接测量某一系统或部件承受的载荷的装置典型的传感器(但不包括全部)如下:一一应变片;一载荷传感器/扭矩筒(包括压电传感器h-一一加速度、速度、转速、位移传感器。对于风力发电机组而言，在主传力路线中很少采用载荷传感器。通常布置应变片作为推荐的传感器类型，也可以通过建立静标定关系来实现，结构或附加动力特性会改变这种关系，应变片显示总的内部载荷而不是外部作用的载荷。布置应变片时，要避免导线受温度影响及载荷藕合效应的影响，并确保适当的温度补偿值。载荷搞合效应是测量系统对不同载荷惊敏感的不良特性，这种特性使测量系统难以或不能将载荷源区分开来。按全桥式
25、布置应变片设计提供了减少载荷搞合度和温度影响的良好工作范围，因此在大多数风力发电机组载荷测量中都采用这种类型传感器。10 注2分别根据结构惯量或刚度，用加速度或位移传感器间接测量施加的载荷，对一个旋转动力系统来说，根据装置是低于、等于还是大于共振频率来进行说明。不过，这种方法很困难的，需要非常精确地描述结构质量及刚度，很可能因此出现大的误差。GB/Z 25426-2010 7.2. 1. 2 传感器安装位置的选取为测量总的结构的载荷，在选择传感器安装位置的过程中，建议选择下述的位置:一一在每单位载荷水平下，产生较高应变的位置;一一应力和载荷之间具有线性关系，应避开载荷传入路径;一一在应力均匀处
26、(即:不存在大的应力/应变梯度，避免局部应力过高或集中); 一一有安装传感器的空间;一一允许温度补偿;一一一具有一致的材料特性(例如钢材比复合材料更好); 一一选用材料应易于固定或粘接测量装置。7.2. 1.3 载荷传感器的标定(通常情况下对所有必须使用的传感器，都应该对桥式应变片进行实验验证和标定。建议在试验前进行标定，在试验进行的整个过程中包括试验前和试验后，对必须使用的载荷传感器应进行标定检查。建议对传感器和其他的测量链路分别进行标定。7.2. 1. 3. 1 初步标定用传感器(桥式应变片)和测量链(桥式振荡器、信号放大装置、滤波器和数据采集系统)来测量载荷。为了避免在测量链中更换一个元
27、件而需重新标定传感器，建议对传感器和测量链路分别进行标定。a) 传感器标定为了确定传感器的标定系数(即用N或Nom表示的载荷和用mv/v表示的传感器输出量之间的关系)，尽可能在风力发电机组运行过程中预期的载荷范围对风力发电机组施加准静态标定载荷。标定载荷可以利用己知的质量块或别的方式，也可以在实验室中对传感器与部件进行标定。建议在初次标定之前对风力发电机组进行几次预加载，以减少可能的残余应力。在标定过程中必须记录施加的载荷和传感器信号以便用于后来的数据处理。建议不仅要确定按设计的传感器载荷函数关系产生的传感器的输出信号，而且还要确定其他载荷的传感器输出信号，以便计算可能的载荷藕合度影响。如果不
28、能进行载荷标定，也可以利用计算与结构材料特性、桥式应变片(构型及)特性，用计算分析标定系数的方法确定传感器的标定系数。不过这种分析方法与载荷标定相比，将对传感器标定系数产生较大不确定度，特别对复合材料结构和复杂的剖面形状不应采用这种方法。b) 测量系统的标定测量系统是指由传感器的输出到数据采集系统之间的各个环节，利用已知的传感器输出和数据采集系统对应的读数来标定，已知传感器的输出是通过加载而获得的，如上所述，但实际上产生的是电输出信号。可以这样来做:用一个专用的仪表(一种桥式应变片模拟装置)临时代替传感器，或者用一个大的电阻，比如说电阻值为应变片电阻值的1000倍，对桥式应变片中的某一个应变片
29、进行短时间分流。7.2. 1. 3. 2 标定检查建议对测量系统(从传感器到信号)定期进行标定检查。如果发现标定数据已改变超出了可接受的不确定度极限，就应找出原因。可以按照与初步标定相同的方法对测量进行标定检查。7.2.2 叶片根部弯矩测量7.2.2. 1 仪器应测量挥舞、摆振弯矩。考虑到雷电和环境保护，建议将传感器装在叶片内部，而不要装在外表面。桥式应变片安装在这样的位置:使摆振和挥舞测量之间的载荷藕合效应最小。将应变片布置在叶根尽可能靠近圆柱的零件上就能很方便地做到这一点。如果未注意到安装位置，就应按照附录B中B.2. 1 的内容测量出载荷藕合度并进行修正。对于桨距可调节的风力发电机组也可
30、以采用上述装置，但应变片布置在70%展向位置，其布片方向平行或垂直于叶片的弦线。11 GB/Z 25426-2010 7.2.2.2 标定在靠近叶尖处作用一外载来标定叶根载荷传感器;或者在叶片变矩可能超过至少900度的情况下，可以利用叶片质量作为标定载荷，对叶根的摆振和挥舞弯矩信号进行标定。在校正其根部应变片时，由于载荷信号可用于测定叶根应变片布置处的弯矩，因此利用应变片位置以外部分的叶片质量和重心进行标定时，要求对沿叶片展向每单位长度的叶片质量分布非常清楚。必须注意，用叶片质量作为标定载荷将限制标定载荷范围并会引起较高的标定不确定度。7.2.2.3 标定检查将风轮慢慢地旋转3600，叶片质量
31、将引起摆振信号变化。如果可以变距，还能测量挥舞信号的变化。在初始标定中要测出这些变化值以便为后来的检查提供参考。应在低风速下进行这项检查。在检测摆振弯矩时，建议风力发电机组与风向偏离900。7.2.3 偏航和俯仰弯矩测量7.2.3.1 仪器在风轮上安装弯矩测量仪器时，应区分带转动主轴的机械和带固定主轴支撑(及内部传动轴，直接驱动式发电机或一些其他传扭装置)的机械。对于带有旋转主轴的机械来说，其风轮俯仰和偏航弯矩并不总能从轴上测量的数据推导出来，尽管具有方位记录。在这种情况下建议将桥式应变片贴置于固定装置上来测量弯矩。对于带有固定主轴支撑的机械，可以从支撑轴上测量数据中推导出风轮俯仰和偏航弯矩。
32、因此，塔顶弯矩和扭矩的测量并不需要测量其所有的载荷。而对特定部件测定时，所有载荷都应测量。如果在转动主轴上结合风轮方位信号来测量偏航和俯仰弯矩，建议将应变片安装在被测的风轮叶片上。如果应变片装在固定的基准结构中，就应特别注意其安装位置，应就偏航系统对结构的影响进行分析并给出报告。7.2.3.2 标定用一个外载来标定传感器。如果测量风轮轴上的载荷，那么某个方向的弯曲载荷信号应与叶根挥舞弯矩同时进行标定。利用风轮质量对另一弯曲方向的传感器进行标定。当风轮旋转过一圈时可以测得在主轴两个弯曲信号。第二个轴弯矩的标定应设置到给出一个等于已标定的弯矩的载荷幅值。测量固定风轮轴支撑或塔顶上的载荷，通过在叶片
33、上施加外部载荷来进行标定。7.2.3.3 标定检查使风力发电机组产生3600的偏航，风轮和机舱的质量及风轮重心将使载荷信号发生变化。在初始标定时要测出这种变化，以便为以后的检查提供参考。当机舱由0。转到360。时，将获得一个正弦弯矩载荷信号，根据这个信号的平均值来确定零点。标定检查应在低于切人风速的情况下进行。在旋转主轴上利用风轮方位信号来测量偏航和俯仰弯矩，旋转风轮产生的载荷会引起信号的正弦变化。在初始标定中，在风速低于切入风速情况下，通过以非常低的风轮转速(空转)转动风轮来测定这种变化。7.2.4 凤轮扭矩测量7.2.4.1 仪器测量主轴的扭矩时，采用全桥式应变片电路，这些成对的应变片应贴
34、于轴的对称面。如果只利用某个轴表面上的桥式应变片，那么由弯曲引起的应力和横向载荷会被误认为扭矩。7.2.4.2 标定通过在叶片上施加载荷来标定风轮扭矩传感器。7.2.4.3 标定检查考虑到齿轮箱与发电机的效率，根据电功率信号来检查主轴扭矩。在低于切人风速的情况下及风力发电机组停机时，可以定期地检查信号零点。7.2.5 塔基弯矩测量7.2.5.1 仪表G/Z 25426-2010 对筒型塔架来说，应在两个相互垂直方向测量塔基弯矩。对于用钢索固定的塔架，可以用钢索连接点上方的测量来代替塔基测量。若钢索是主要受力结构件，那么对每根钢索中的拉力应进行监控。对于楠架式塔架，要对其所有支撑进行应变测量，从
35、而导出各风向下的塔基载荷，并应对楠架式塔架的应变状态及测量结果进行专门的评估。7.2.5.2 标定可以施加外载来对塔基的弯矩进行标定，该载荷可以来自地面、起重机、或风力发电机组邻近点。应注意由于机舱和风轮重心偏离塔架轴线而引起的附加载荷。依据塔架的尺寸和位置，可应用计算分析标定系数的方法(详见7.2.1.3)。7.2.5.3 标定检查将风轮偏转3600，机舱和风轮的质量以及风轮重心会引起载荷信号的变化。这些变化要在初始标定时测量，并且以后应定期进行重复测量。机舱从0。转到360。时所获得的正弦弯矩信号的平均值来确定零点。整个过程应在低于切人风速的情况下进行。7.3 气象参数7.3. 1 凤速和
36、凤向7.3. 1. 1 仪器建议用转杯式风速仪来测量风速，其测量范围应大于功率曲线测量范围。风速仪应能记录大于50 m/s的风速，以便能够测出载荷测量过程中的极限风速状态。风速仪距离风力发电机组的距离应小于5m。风速仪的安装和定位应按照GB/T18451. 2的要求来进行。风向由风向标来测量，其安装要求见GB/T18451. 20 如果对在不受干扰的气流进行了适当的标定，可以使用安装低榄杆风向标和安装在舱体的风速仪。由于标定取决于风力发电机组的运行参数，因此标定之间的关系将根据风力发电机组不同的运行参数求出，如风轮转速、桨距角等，并要考虑到外部条件的变化，特别是来流角与揣流的变化。因此标定应在
37、相同的或同一台风力发电机组上进行。风传感器必须安装在机舱与参考风力发电机组相同的位置上。在数据随机分析过程中，必须充分考虑安装在机舱的风速仪产生的随机变化量。在对数据的评估过程中，应仔细考虑风场的运行条件和附近的障碍物。7.3.1.2 标定植杆式风速仪的标定风速仪的标定可按照GB/T1845 1. 2进行。风速仪标定应符合国家标准。此外标定试验室应通过一个实验室比较程序来验证与其他认可的标定机构的标定之间存在的可比较性。机舱安装的风速仪的标定。用与梳杆风速仪标定相同的方法标定在机舱安装的风速仪。此外，对机舱和不受扰动的风速仪之间的标定关系要进行评估并形成记录文件。这不仅对平均风速(如10min
38、的平均风速)是必需的，而且对于评估揣流强度的标准的偏差关系也是必要的。特别需要注意如果风力发电机组超期运行，就要采用不同的标定关系。7.3.2 空气密度测量空气密度，一般可以通过测量空气温度和气压来实现，在GB/T18451. 2中有详细介绍。7.4 风力发电机组运行参数风力发电机组运行参数(发电机功率、风轮转速、叶片桨距角、偏航位置、风轮方位角、风力发电机组状态等)的测量不进行描述，因为这些技术完全是风力发电机组所特有的。有些信号是由控制系统提供的。在7.6中规定了风力发电机组各类参数所需的精度。为了对自动记录的数据进行分类就需要获得风力发电机组状态信息(如电网连接、紧急停机、保护13 G/
39、Z 25426-2010 系统启动等)。这些信息也可以作为自动数据采集的启动信号。7.5 数据采集利用数字式数据采集系统收集并贮存时域以及统计数据。数据采集应满足如下要求:一一模拟滤波器的截止频率不宜大于最大有效频率的3倍，以减少噪声和假频信号的影响;一一样本频率至少应比相关信号中任何有效频率大8倍;一一任何测量通路的数据转换范围应足够的宽，以免通路饱和(要考虑整个测量中的变换器、模拟转换器及A/D转换器); -一一所有测量的关键信号数字分量的分辨率应大于等于12比特。另外还有如下一些要求:一一-简要的统计数据如平均值、标准偏差、最大值和最小值可以在预先处理过程中自动计算出来;一一应能连续进行
40、数据采集并储存时域和统计数据;一一具有智能化储存能力，如能自动生成俘获矩阵;一一能够显示所选检查通路的实时数据。有关载荷传感器信号调制的指南可在EUR16898 EN 4J1)报告中找到。7.6 传感器精度和分解率精度是评估试验通道的测量结果与已知标准一致性的程度。某一通道的测量精度取决于其标定精度。应采用相同的仪器来进行标定并记录实验数据，提供所有部件以及数据测量通路，包括传感器、电缆线、信号调节器、A/D转换器的整体标定。建议标定时，在与预计的实际测量中类似的条件下进行多次测量。确保测量精度的最好方法就是利用产生已知结果的外部参考基准，直接测量整个通路响应。利用这项技术，可以同时标定所有部
41、件及数据通路，并能确定整个数据通路的精度。对于该标定来说，精度就是灵敏度系数的标准不确定度。对于许多类型的测量来说，不可能同时、直接标定整个测量通路。可选方案要求分别标定系统部件。通过试验前和试验后的标定可以确定转换器的不确定度，从而确保在试验过程中不确定度处于允许的公差范围内。用己知的可代替参考传感器，确定信号通路电子部分的不确定度。载荷测量标定不确定度是由标定矩阵中的基本元素表示的不确定度来定义例如UcA/A.式(B.6)J，其目标值是3%(将产生一个95%士6%的置信度)。表11中列出了非载荷量的标准不确定度目标值。表门各种非载荷量的标准不确定度目标值分量目标值验证方法气象参数风速0.2
42、 m!s 见GB!T18451. 2 风向50 衔接标定环境温度2 k 见GB!T18451. 2 气压10 hPa 见GB!T18451. 2 运行参数发电功率额定值的1%见GB!T18451. 2 叶片变距角0.3。衔接标定风轮转速额定值的1%衔接标定偏航位置50 衔接标定风轮方位角2。衔接标定1) 方括号中的数据是指参考资料。14 每一测量通道的测量不确定度文件应包括以下项目=一-传感器标定表格;一一外部测量标准标定表格;一一标定状态(外部测量信号图表、传感器灵敏度、标准灵敏度不确定度); 一一标定条件(日期、环境温度、风速等h一数据采集系统配置(样本率、增益、清晰度等)。应依据附录B的
43、内容确定测量不确定度并作出相应的报告。8 测量数据处理8. 1 概述G/Z 25426-2010 本章主要介绍典型的经常采用的确定风力发电机组动态特征的方法。尤其对以下一些问题进行了探讨:数据验证、时域分析、载荷统计、根据雨流法和等效载荷确定寿命期载荷谱等。8.2 数据验证对于测量及计算数值的有效性，例如从主轴弯矩测量值导出的风轮载荷，应进行检查，以便消除错误的记录，只有确认有效的数据方可用于以后的分析。一般来说，那些不满足传感器标定、传感器运行范围及噪音等判据的数据都要删除掉。如果数据是在非正常的环境条件下而不是极端恶劣的条件(如下雨，结冰等)下记录的，那么就应将这些数据归为特殊的一类，以便
44、于以后分析。在测量过程中，第一步应对测量的时域结果进行验证，并以符合规定的或较高的抽样率下的原始数据记录为基础。定期检查时域数据，保证试验结果的高质量和可重复性。应以测量、计算数值的全部统计结果为基础，对数据进行第二步验证。建议对数据进行常规检查，以便找出那些可能未被检测出的异常情况。有关数据验证的主要问题描述如下:一一识别出由于障碍影响而造成的元效测量数据z在试验机械或其他障碍物的尾流中传感器工作时测得的风速和风向应删除;一一排除在外部运行极限条件下的任何测量值:传感器、转换器(如遥测系统)不应超出极限条件工作。尤其要注意极端条件的情况;一一标定检查:有效数据必须以第7章中所描述的标定为基础
45、。数据验证的主要部分是对已进行的标定进行正式的检查;漂移z零点漂移可根据测量的统计数据来识别。温度影响引起的零点漂移可能较大，尤其是在叶片载荷的测量过程中，对这种零点漂移应进行检查、记录计算。如果进行了任何数据修正，应给出详细报告并在不确定度估算时考虑进去。在低风速条件下通过监视信号来识别零点漂移是最理想的;一一传感器标定系数的错误应用:必须注意测量过程中传感器、放大器或采集设备的变换;一一存在的噪声:有效数据应不受噪声的影响，至少对相关信号的任何重要频率来说，目标信号、噪音的频率应不相交。必须进行修正以便对那些限制出现的噪声进行补偿，对于每个测量通道都应定义一个临界值，这个临界值以噪音引起的
46、峰值脉冲为特征，孤立的峰值脉冲可以利用2个相邻有效测量值及插值公式来恢复。应删除记录中的各个孤立峰值脉冲、不可恢复的相邻峰值脉冲或达到饱和的峰值脉冲。如果从数据中删除峰值脉冲，应记录这一过程。假如某些方面通道对数据分析是不必要的，即便这些测量通道不符合噪音验证准则，也可以认为数据是有效的。如果删除了峰值脉冲，就不应采用该通道的简单的统计数据;-一一可比较数据之间存在的不真实不确定度z在一些情况中(例如塔基弯矩或主轴弯矩的测量)，应对两个独立的传感器组记录结果进行比较。若发现存在元法解释的差异，测量仪器必须重新GB/Z 25426一2010检测而那些可疑数据应删除。应注意被删除的时域数据在特殊状
47、态分析中可能是有用的。完成疲劳分析计算后，要进一步进行有效性验证。对引起恒定变化的特别数值进行检查就能揭示出不正确的记录数据，这些数值包括等效载荷以及每个记录中总的交变循环数。8.3 时域和载荷统计绘制测量和计算载荷时域的目的是:一一信号有效性检查;一一标定z一一一描述在正常条件下和瞬态事件中风力发电机组的动态载荷特性;一一提供测量报告。时域记录报告在附录C中C.2.1的描述。所有测量、计算载荷信息以及相关的风和风力发电机组运行数值均按平均风速给出。这些统计数据包括:平均值、最大值、最小值以及标准差并用于下述各项:气流特性:用风速统计的数据、空气特性和揣流强度特性，表示试验时的来流。正常状态下
48、风力发电机组正常情况下的静、动态载荷特征，用载荷和运行平均值及各种离散图来描述风力发电机组的性能特征。进一步评估俘获矩阵所收集的总的时域统计数据以满足测量报告的需要。有效性检查:根据载荷平均曲线和波动范围，验证测量数据的一致性。由测量统计数据能清楚的描述仪器、数据采集累统或分析软件的错误。测量报告:试瞌报告中应包括具有代表性的离散图。除频率分析外，还应绘制相关通道的功率谱密度曲线图，用来描述风力发电机组的动态特性(见附录C.2. 3)。在附录C.3C. 5中描述了风况、风力发电机组运行参数及载荷统计的典型表示方法。8.4 载荷谱8.4. 1 概述根据时域进行疲劳分析，必须获得采集数据库。在第6章中给出
