1、GB 18451.1一2001前言本标准的第5章、第8章、第9章、第10章为强制性的，其他为推荐性的。本标准等同采用IEC61400-1: 1999U l 切出风速V , 额定风速V ,. 10 min平均参考风速V(y ,.,tl 用于描述瞬时水平风切变的纵向风速分量V (z .o 用于描述极限阵风掘时变化和风切变状况的纵向风速分量x ,y ,z 用于描述风场的坐标系，分别为纵向风，横向风和垂向风Zhub 风力机轮锻高度Z, 离地面参考高度Z。对数风廓线的粗糙长度 风切变指数卢最大风向变化模型参数占变化系数F 伽马函数, 载荷安全系数几材料安全系数几损伤安全系数mJ mJ 一-J aJ 一-
2、 J J mJ V (Z) = O. 75v,(Z) 式中:Zhub 轮毅高2。假定与平均风向短期偏离为士15。. ( 10 ) ( 11 ) 1 )在t算载荷时除了表2内容外，还可以近似地使用不同的百分位数这些百分位数的附加值，确定如下z.a1 = (X - 1)(2 m/s)It5 式中X由正常慨率分布函数确定。如95%时，X1.64。2)现场设计准则可以这样描述.即风速和气功压力随高度而变化，但由上述关系式得到的结果同规tt值差异甚少。281 GB 18451.1 2001 6. 3- 2.2 极端i作阵风(EOG)标准级WTGSN年一遇轮级高阵风值VglltN由下面的关系式给出:一ll
3、Vgu入二llO112). ( 12 ) 式中1标准偏差，由公式(7)计算;11，一一淌流尺度参数，由公式(的选取;D 风轮直径g卢二4.8N二1; 卢=6.4N=500 周期为N年一遇的风速.由下式确定:v(z) -O.37vNsin(3町/1)0-c08(2t /1) ) 0 ,;: tT v(Z ,t) = r ,-. . .，.川(13 ) v(Z) tT式中V(Z)由公式(6)进行计算T=10.58 N=I; T=14. 0 s N=500 如一年一遇，淌流种类为A类，风轮直径42m，轮毅高30m，叫b=25m/s的极端工作阵风.见阁2040 / T、/ 与|飞V 505 332 4
4、E-gah制回2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 时间t., 图2极端工作阵风范例(N=l.A类，D=42m , Zhub=30 m，叫b=25m/s) 一年一遇和50年一遇二者均选取同一升降参数6.3.2.3 极端风向变化(EDC)N年一遇极端风向变化值。由，用下面公式进行计算:1 8,(t) =土arctanVhub 1十O.1 ( ) . ( 14 ) 式中:O_. 限定在士180范围内;11, 揣流尺度参数，由(的式计算pD一一风轮直径;=4.8 N=l; =6.4 N=50。N年一遇风向瞬时极端变化。N(t)，由下式给出:o t T 此处，瞬时风向极端变化持续时间T=6
5、80最大瞬时载荷发生时.应有信号发出。风向瞬时变化结束后，认为风向保持不变。并假定风速遵从6.3. 1. 2正常风廓线模型(NWP)。如50年4遇，漏流类型为A，风轮直径42m，轮载高30ffi ,Vhttb=25 m/s的极限风向变化见罔3232 18451. 1. 2001 GB / L m . 哥20-lii: Il E 50 40 200 100 10 100 (工44酬叫E。10 5 。时间t s 。40 30 20 风遮hub，m/s10 200 0 图4极端风向变化范例(N=50.A类，D=42m ,Zhub=30 m ,vhub=25 m/s) 极端风向幅值变化范例(N=50.
6、A类.D=42m.Z,b=30 m) 6.3.2.4 极端相干阵风CECG)标准级WTGS的设计需假定极端相干阵风具有v，=15 m/s的帽值。风速由下式确定zv(Z) t T v忙，t)= 50 40 30 20 10 45自乞，NV凶谓国。14 时间t , 图5极端相干阵风(v，=25m/s)(ECG) 6. 3. 2.5 方向变化的极端相干阵风(ECD)在这种情况下，假定风速的上升(由ECG阐述的，见图5)与风向的变化良a是同步进行的。8，.11.由下面的关系式确定:12 10 8 6 4 2 。2 . ( 17 ) V,b T 士。此处上升时间T=10s 。应用公式(6)规定的正常风廓
7、线。风向的变化。与风速叫巾的关系，风向的变化与时间的关系Cv，=25m/s时).分别见图6和图10231 18451.1一2001GB / 才V / 4 30 25 20 10 8 15 (L士)龟垣嗣岳阳 卜、200 00 60 (-vess哈制甚KH50 10 0 2 。12 8 6 时间t, , 4 2 。40 30 风矗.山，m/s20 10 。Vh,b= 25 m/s时风向变化时间历程。t二T图6ECD风向变化6. 3. 2.6 极端风速切变(EWS)50年一遇极端风速切变应用于下列两种瞬时风速来计算:瞬时垂直切变IZ 俨i Z -Z.川I/D11I4i iZ盯川Vhub l Zhu
8、b J十D)2.5十队阶11，)1 叫T11 图7t 7 h zz h v(z ,t) = . ( 19 ) 瞬时水平切变。，;t ,; T Vhub(元)+ (主)( 2. 5 + 0叫到(.)( 1一叫芋) t T 叫王;fv(y,z ,t) . ( 20 ) 式中:=0.2;卢=6.4汀=12 s; A , 淌流尺度参数，由公式(9)计算g一一风轮直径。/ 卜 可., 、. . 40 35 25 20 5 10 15 30 4巨-t.二A制dAT 长/1. 8 0.8 0.4 1. 6 1. 4 1. 2 31O N 、问0.6 。0.2 0.0 0 14 12 10 8 时间t, ,
9、6 4 2 。2 40 30 20 风速(z，叶.m/s10 风轮上部风轮下部风轮上部和下部风速切变时间历程(假定以图8为存在前提)图9t=Otr/2 图8极端垂直风速切变开始前风廓线(t=()，虚线)最大切变。=6s，实线)(，=50.揣流A类，Zhub=30m山h，b=25m/s .D=42 m) 134 GB 18451.1- 2001 要挑选水平风速切变信号，以使最严重的瞬时载荷出现。两种极端风切变是分别考虑的，所以不能同时应用。作为例.50年)!Il极端垂直风速切变在图8中予以说明.图中示出开始前的风速切变(to s)和最大切变(t6s)。图9则表示出风轮上部和下部风速切变的时间历程
10、。两图中均假定揣流类型为A，t!l，ob=2jm/s，Z!响30m.风轮直径D42mo 6.4 其他环境条件除了风速外，其他环境(气候)条件通过热、光、化学、腐蚀、机械、电的或其他物理作用都会影响WTGS的完整性和安全性。而且综合的气候因素更会加剧这种影响。至少应考虑下列其他环境条件，并将它们的作用在设计文件中阎明.温度g一湿度;一空气密度$-太阳辐射g丽、冰雹、冰雪$化学作用物质，一机械作用颗粒sp雷电;一地震g盐雾。近海环境，需要考虑附加特殊条件。设计中的气候条件可依照惯用值或气候条件变化范围来确定。选择设计值时，诸多气象条件同时出现的可能性也应予以考虑。对应一年周期里正常范围内气候变化不
11、应影响WTGS正常运行。除了相关存在因素外，6.4. 2中的极端环境条件应和6.3. 1中正常风况结合起来考虑。6. 4. 1 其他正常环境条件应考虑的其他正常环境条件一一设备正常工作环境温度范围一IOC40C，-一最高相对湿度小子或等于95%，一一大气成分相当于无污染的内陆大气(见IEC60721-2-1) , 太阳辐射强度1000W/m，空气密度1.225kg/m飞由设计者规定附加外部环境条件参数肘，这些参数的值应在设计文件中说明，并应符合IEC 60721-2-1的要求。6.4.2 其他极端环境条件WTGS设计中应考虑的其他极端环境条件是温度、雷电、冰和地震。6.4.2.1 温度标准级W
12、TGS极端温度范围设计值至少应是一20C+50C。6.4.2.2雷电第10.6条防雷措施适于标准级风力发电机组。6.4.2.3冰应给出标准级WTGS结冰时的最低要求。6.4.2.4 地震应给th标准级WTGS地震时的最低要求。6. 5 电网条件下面列出设计中要考虑的WTGS终端正常条件。23:; GB 18451.1-2001 当下列参数在下述范围内时，采用正常电网条件。电压，额定值土10%频率，额定值土2%电压不稳定，电压的负量与正量的比值不超过2%断电，假定年内断电20次，风力机设计的最长断电持续时间为星期以上来设计。7 结构设计7. 1 概述风力机结构设计应以承载件结构完整性的验证为基础
13、。零部件的极限强度和疲劳强度须通过计算或试验来验证，以表明相应安全等级的WTGS结构的完整性。应以ISO2394为基础进行结构分析。确定一个能够接受的安全等级，并通过计算或试验来验证，以示载荷未超过设计值。采用适当的方法进行计算。设计文件中需提供计算方法的说明。说明应包括计算方法有效性的证据或相应研究验证的参考文献。试验中的载荷水平应能反映相应计算中的安全系数。7.2 设计方法应验证风力机极端状态未超出设计范围。模型试验和样机试验可以代替计算来验证结构设计的合理性，如ISO2394的规定3?3 载荷设计计算中应考虑7.3.17.3.4阐述的载荷。7. 3. 1 惯性力和重力载荷惯性力和重力载荷
14、是作用于WTGS的静态和动态载荷，它们是由振动、旋转、地球引力以及地震的作用产生的。7.3.2 空气动力载荷空气动力载荷也是静态的和动态的载荷，它们是由气流与WTGS的固定件或运动件相互作用引起的。空气动力视风轮转速，穿过风轮平面的风速、漏流、空气密度和风力机零部件气动类型和它们之间相互作用(包括气动弹性)而定。7.3.3 运行载荷运行载荷由WTGS的操作和控制而产生。与其他载荷是一样的e均与风轮转速的控制有关，如通过叶片变浆或其他气动装置进行扭矩控制，从而控制转速。这些载荷包括由风轮起动和停止而引起的传动机构制动瞬时载荷，发电机接通和分离引起的载荷和偏航引起的载荷。7.3.4 其他载荷其他载
15、荷，如波动载荷，尾流载荷，冲出载荷，冰载荷都可能发生。这些载荷可适当计入总载荷考虑，见第11章。3) 150 2394定义极限状态和使用状态如下2结构和作用于其上的力的一种状态.一旦超过这种状态.结构不再满足设计要求。设计计算的目的是要使所研究的结构处在规定极限值以下.例如2最大极限状态相当于，视为同l体的结构或其一部分失去平衡(如倾覆); 自由超过极限强度(或由于交变载荷强度减少)或材料最大变形，造成结构危险剖面的断裂3机构机理破坏.失去稳定(弯曲等)。例如，使用效能和影响结构件或非结构件外表的变形$造成不舒适，影响非结构件或设备的超标振动(尤其是发生共振h减少结构耐久性的和影响使用功能或影
16、响结构件非结构件外袤的局部损伤。为了在设计中控制使用极限状态，通常使用一个或多个约束，如规定最大变形、最大加速度、最大裂纹等。236 GB 18451.1-2001 7.4 设计L况和载荷状态本条阎明了WTGS结构载荷状态，并规定了设计中需考虑的最低数量。为了达到设计目的，WTGS的寿命以机组将要承受的，包含各重要条件的设计上况来体现。载荷状态取决于装配、吊装、维护、运行状态、设计工况与外部条件的组合方式。将具有合理发生概率的各相关载荷状态与控制和保护系统动作，放在一起考虑。通常用于确定WTGS结构完整性的载荷状态，用下面的组合形式进行计算正常设计工况和正常外部条件，正常设计工况和极端外部条件
17、;故障设计工况和相应的外部条件$运输、安装和维护设计工况与相应的外部条件。如果极端外部条件和故障工况二者相关存在，可以考虑将它们组合在一起，作为一种载荷状态。在每种设计工况中，为使WTGS结构设计的完整，要考虑儿种载荷状态。表2所列是考虑的最少载荷情况。表中，每种设计工况通过对风、电和其他外部条件的说明都规定了设计载荷状态。在特殊的WTGS的设计中，如需要，也可以考虑其他有关安全设计载荷状态。表2中.对各设计工况用F和U注明相应的分析方法。F表示疲劳载荷分析，用于评定疲劳强度。u表示极限载荷分析，如超越材料最大强度极限的分析、叶尖挠度分析、稳定分析等。标有.U的设计工况，又分为正常(N)，非正
18、常(A)，运输和安装(T)等类.在风力机正常寿命期内电il:常设计工况是要频繁出现的。此时风力机经常处于正常状态或仅出现短时的异常或轻微的故障。非正常设计工况出现的可能性较小.它的出现往往对应产生严重故障，例如保护系统的故障。设计工况的形式:-./，A或T决定极限载荷使用的安全系数Yf。这些系数在7.6条的表3和表4中给出。表2列出了风速范围，应考虑到风速对WTGS产生的最严重影响。将风速范围分成若干个区段，并对每一段给出WTGS适当的寿命百分比。确定载荷状态时，应参考第6章阐述的风况。表2载荷情况设计工况DLC 风况其他情况分析方法局部安全系数1. 1 NTM Vhuh =v，或V.U N
19、1. 2 NTM Vm Vhu vu F 4晤1. 3 ECD Vhub = V, U N 1. 4 N飞I/PVhuh=Vr或Vou外部电故障U N 1)发电1. 5 EOG, Vbub = v. !X. VQU, 电线损伤U N 1. 6 EOGso Vhub=VT Vu U N 1. 7 E飞I/SVhub = V, VQU ! U N 1. 8 EDCSQ Vhub=V.或Vo时U N 1. 9 ECG Vhub =v, U N 2. 1 N飞I/PVhub=Vr Vou 控制系统故障U N 引发电兼有故NWP Vhub =U9.i v四保li矗统或取部电气故障U A 2. 2 障2.
20、3 NTM 叫n Vhuh Vout 控制(保护罩统故障F 4陪3. 1 NWP 它;n叫0节。oF 引起动3. 2 EOG, Vhub=V;n V，或VooU N 3. 3 EDC, Vhub=Vin V.或Vn，U N L一-一-237 GB 18451.1-2001 表Z(完)设计工况IlLC 风况4. 1 N飞IIPVin Vhub Vout 的正常关机4.2 EOG , Vhu=V，或Voti一s )紧急关机5. 1 NWP Vhub = v ,iX; V Otit 的停机(静止或5. 1 EWM Vhub =v.so 空转)6. 2 NTM VhubO.7vrd 7)停机兼故障7.
21、 1 EWM Vhub =Vel 8)运输、细装、8. 1 由制造厂加以说明维护、修理缩写见下面。赞如果未确定切出风速Vout则用V，cf代替。L DLC 设计载荷状态ECD 方向变化的极端相干阵风(见6.3. 2. 5) ECG 极端相干阵风(见6.3. 2. 4) EDC 极端风向变化(见6.3.2.3)EOG 极端工作阵风(6.3.2.2)EWM 极端风速模型(6.3.2.1)EWS 极端风速切变(6.3.2.6)Subscript 以年计发生一次的机会NTM 正常揣流模型(见6.3.1.3)NWP 正常风廓线模型(见6.3.1.2)F 疲劳U 最大N 正常的和极端的A 非正常的T 运输
22、和安装势疲劳安全系数(见7.6.3)7.4.1 发电DLC1.1-1. 9) 其他情况可能电网损坏分析方法局部安全系数F 将U N U N U N F 4峰U A T 这种设计工况，WTGS处在运行状态，并被接有电力负载。WTGS总布局应考虑风轮不平衡的影响。设计汁算中应考虑制造中规定的最大不平衡重量的气动不平衡(如叶片浆距和偏航角)。另外，理论最佳运行状态偏差，如偏航角偏差，控制系统轨迹误差等，在分析运行载荷时应予考虑。计算中应假设各种情况最不利的组合，例如风向变化与偏航角偏差的组合DLC1.8)或阵风与电负|荷损失DLC1.5)的组合。设计载荷情况DLC1.1和1.2包含了由大气浦流造成的
23、载荷要求。DLC1.3和1.6-1.9规定了WTGS使用寿命期间可能出现的临界事件的瞬态情况。DLC1.4和1.5考虑的则是外部故障和电负荷损失的瞬态情况。7.4.2 发电兼有故障DLC2.1-2. 3) 控制系统或保护系统故障，电气系统内部故障(如发电机短路)，WTGS大的负荷都有可能在发电过程中发生。对DLC2.1控制系统产生的故障(认为是正常现象)应进行分析。对DLC2.2保护系统或内部电气系统出现的故障(认为是罕见的现象)应进行分析。如果发生故障后未能引起立刻关机.由此产238 GB 18451.1一2001生的载荷可导致严重疲劳破坏，这种情况可能持续的时间.应在DLC2.3中估计到。
24、7.4.3 起动DLC3.1 3. 3) 这种设计工况包括WTGS从静止或空转状态到发电状态的瞬间作用于其上的所有载荷。7.4.4 正常关机DLC4.1 4. 2) 这种设计工况包括WTGS从正常发电到静止或空转状态的瞬间作用于其上的所有载荷。7.4.5 紧急关机CDLC5.1)由紧急关机造成的载荷增长应予考虑。7- 4. 6 停机(静止或空转)CDLC6. 1 6. 2) 风力机停机时，风轮停止不动或空转，此时应考虑极限风况。如果某些零件产生严重疲劳破坏(例如由空转叶片重力造成疲劳破坏)，应考虑对应各种风速的空转时数即不发电时数。电网损坏对停机后的风力机的影响也应加以考虑。7- 4. 7 停
25、机兼有故障(DLC7.1)WTGS停机中，由于电网或WTGS自身故障造成的不正常现象，要进行分析。任何故障，电网亏损造成的WTGS正常特性变化可能造成的结果，都应成为分析对象。故障原因应与极端风速模型(EWM)和一年一遇的外部条件结合起来分析。7. 4. B 运输、组装、维护和修理DLC8.1) 制造厂应指定WTGS运输、组装、维护和修理中的风况和设计工况。如果在WTGS上有大的载荷产生，那么就应考虑规定个最大允许风况。7.5 载荷计算对每种设计载荷情况都要考虑7.3.17.3.4中叙述的载荷。也要考虑下列相关问题:一一由WTGS自身引起的流场的扰动(尾流诱导速度、塔影效应等); 一三维流对叶
26、片气功特性的影响(例如三维失速和叶尖气动损失h一一不稳定空气动力影响，一一结构动力与摄动的精合模型;一一气动弹性影响;-WTGS控制系统和保护系统动作的影响。7.6 最大极限状态分析7-6.1 方法安全系数取决于载荷和材料的不确定性和易变性。分析方法的不确定性以及失效零件的重要性。7- 6.1.1 安全系数为保证载荷与材料的安全设计值，载荷与材料的不确定性和易变性用公式(21)与(22)确定的载荷与安全系数进行补偿。式巾:Fd一-载荷的设计值;7，一载荷安全系数:Fd = 7,Fk Fk一一载荷的实际值。载荷的实际值不容易估计出。式中，fd一材料的设计值51m一一材料安全系数;人材料性能值。f
27、d=夫人本标准中应用的载荷安全系数还要考虑下列因素z一载荷实际值出现不理想偏差的可能性;. ( 21 ) ( 22 ) 239 GB 18451.1-2001 载荷模型的误差。本标准中应用的材料安伞系数还要考虑下列因素:材料性能值出现不理想偏差的可能性，零件截面阻扰或结构承载能力计算不准确的可能性;几何参数的误差;零件材料性能与试验样品所测性能之间的差别.也即转换误差。这些误差仅在个别安全系数中存在，本标准与大多数其他标准一样，载荷的相关因素并入系数几而材料的相关因素并入系数儿。引人重要失效系数凡，以便进行区分:一类零件安全系数:用于失效一保险结构件，结构件的失效不会引起WTG5重要零件的失效
28、。二类零件安全系数:用于非失效保险结构件。结构件的失效会迅速引起WTG5重要零件的失效。WTG5最大极限状态的分析，执行下列四种分析形式一一极限强度分析(见7.6.2);一疲劳损伤分析(见7.6.3);稳定性分析(弯曲等)见(7.6.4);临界挠度分析(叶片与塔架机械干扰等)(见7.6. 5 ) 不超出最大极限状态的通用公式:)0 X 5(Fd) R(jd) ( 23 ) 每种分析都要求不同的载荷和阻扰函数.5和R.安全系数的使用要涉及不同的公差源。7.6.1.2 材料规范的应用在确定WTG5结构完整性中，可采用国内或国际的相应材料设计规范。当国内或国际规范中的安全系数与本标准安全系数同时使用
29、时，应特殊注意。须确保最终的安全水平不低于本标准的安全水平。当考虑各种类型的不确定性时，如材料强度的固有可变性、加工控制范围或交工方法等.不同的标准将材料局部安全系数几分为若干局部安全系数。本标准给出材料局部安全系数即所谓一般材料安全系数，是仅由强度参数固有变化决定。按照材料标准是给出安全系数还是给出不确定因素的影响简化后的安全系数，要认真考虑。一个规范可选择不同的载荷和材料安全系数。这里的安全系数是1502394确定的安全系数。如果这里选出的安全系数偏离了1502394.应根据本标准的要求进行必要的调整。7.6.2 极限强度分析一般来讲.R就是材料抗载能力允许设计值，在此，且(jd)元，而极
30、限强度函数S通常认为是结构最大应力值。对同时作用的多个载荷公式变为27.6.2.1 载荷安全系数S(YI1Fkl.YfnFkn) 一-L-xjkt 1 k 1飞mX Yn 各种来源的载荷可分别进行计算，载荷系数应由表3规定的.最小值。. ( 24 ) 很多情况下，特别是变化的载荷产生动态效应时，变化的载荷很难单独计算出来。此时载荷安全系数rt.选取表3中相应的最大安全系数。另一方面，应力的计算结合实际载荷或表现载荷的计算进行。对于不易确定因素，用表3的安全系数隐含定义的安全水平处理。21 () GB 18451. 1-2001 表3载荷安全系数Y，非在性载稿良性载荷载荷束源设计工况类型(见表2
31、)所有设计工况正常和极限非正常运输、安装-一一空气动力1. 35 1. 1 1. 5 Q. 9 二作1. 35 . 1 1.5 O. 9 重力1. 1/1. 35 1. 1 1. 25 O. 9 其他惯性力1. 25 1. 1 1. 3 O. 9 赞因质量而非因重量产生。7.6.2.2 元通用设计规范的材料安全系数材料安全系数应根据充分有效的材料性能试验数据确定。考虑到材料强度的固有可变性。当使用95%置信度及95%幸存率的典型材料性能时，所用的材料一般局部安全系数应不小于1.1。如果要获得其他幸存率p(但置信度为95%)和/或变异系数占为10%或高于10%的典型材料性能，根据表4选取一般的系
32、数。为了从一般系数导出综合材料系数.必须考虑尺寸效应以及外部环境如紫外线辐射、湿度以及通常探测不到的损伤造成材料强度容限减小的影响。表4材料通用安全系数由固有可变性)P 10% 15% 820% 825% 830% 99 yo 98% 95% 90% 80% 重大失效安全系数类零件，Y.=1.0二类零件，Y=l.0 . 02 1. 05 1. 06 . 09 . 10 . 16 . 14 1.22 1. 19 1. 30 7-6.2.3 有通用设计规范的材料安全系数. 07 . 12 . 1 7 . 13 . 20 1. 27 1. 22 1. 32 1. 43 1. 32 1.45 1. 6
33、0 1. 44 1. 62 1. 82 载荷、材料的安全系数和重大失效安全系数YfYm和Y.应大于或等于7.6. 2. 1和7.6.2.2的规定。对材料幸存率P和伸长率没有规定的，其值可假定为P=95%，=10%。7.6.3 疲劳损伤疲劳损伤可通过适当疲劳损伤计算来估计。例如，根据梅纳准则，累积损伤超过1时，达到极限状态。所以，在风力机寿命内，累积损伤应小子或等于L损伤罩三二日VJ作71.0.(25) 式中:ni一一载荷特性谱2区段中疲劳循环次数，包括所有载荷情况gS，一r区段中与循环次数对应的应力(或应变)水平，包括平均应力和应力幅的影响$v (. ) 至零件失效的循环次数，它是应力(或应变
34、函数的变量(即S-N特性曲线h儿，凡，Y，一一分别为材料安全系数、重大失效安全系数和载荷安全系数。7- 6. 3. 1 载荷安全系数正常和非正常设计工况载荷安全系数Y，均为1.0。241 GB 18451.1 2001 7.6.3.2 设计规范不适用时的材料安全系数当幸存率不小于95%和置信度为95%，伸长率为10%时，由SN曲线提供的材料安舍系数Y，/也1. 1。如果材料特性为其他幸存率P和其他伸长率8，则相应的通用材料安全系数奄表10疲劳强度应从有统计意义的试验循环数中获取，而特性值的偏差须考虑尺寸放应和由于诸如紫外线辐射和通常探测不到的外部影响造成的容限F降。重大失效安全系数一类零件:Y
35、n=l.0; 二类零件，Y，=1.1507.6.3.3 设计规范适用时的材料安全系数载荷和材料安全系数，重大失效安全系数应不小于7.6.3.1和7.6.3.2中的规定。对材料特性幸存率P和伸长率未规定的.假定P=95%，8=10%。7.6.4 稳定性在载荷作用下.零件不应弯曲和扭曲。设计载荷下.仅非失效保险承载件不许弯和扭，而其他零件允许产生弹性变形。载荷安全系数Y，的最小值应根据7.6.2.1中极限载荷不确定情况选取。7.6.5 临界挠度分析应验证表2详列的设计工况没有产生影响WTGS安全的变形。最重要的一条是要验证叶片与塔架之间无机械干扰。应确定表2详列载荷情况不利方向上的最大弹性变形.并
36、乘以载荷安全系数.材料安全系数和重大失效安全系数。载荷安全系数载荷安全系数Y，从表3选取材料安全系数材料安全系数几根据7.6. 2选取。应特别注意几何形状不确定性和挠度计算方法的准确性。重大失效安全系数一类零件，Y，=1.0 , 二类零件:Yn=1.0; 在不利方向，须将弹性变形的影响叠加到不变形的部位，将其最终位置与无干扰条件进行比较。7.6.6 特殊安全系数由测量或在测量基础上的分析得出的载荷值，如果把握性较正常情况商，可以用较低的载荷安全系数。使用的安全系数值，在设计文件中应加以说明。8 控制和保护系统8. 1 概述WTGS工作和安全性受控于控制系统和保护系统。控制和保护系统应满足本条款
37、的要求。于动或自动的介入，应不损害保护系统功能。允许手动介入的装置在必要处应有清晰flJ辨的相应标记。控制和保护系统的复位应能自由进行，不受干扰。控制系统承受件或活动件中任何一件单独失效不应引起保护系统误动作。8.2 风力机控制WTGS的控制系统通过主动的或被动的方式控制WTGS的运行，并使运行参数保持在它们的正常范围内。控制方式的选择要认真考虑。例如对维修而言，除了紧急停机按钮外，它的每种控制方式都应超越其他控制。控制方式的选择由选择器操纵，它可以被锁定在相应单独控制方式的每个佼置上。:1242 GB 18451.1-2001 某些控制是数字控制时，要提供选择相应功能的数字码。控制系统可控制
38、的功能或参数如下:功率范围;-Jxt轮转速$接通电负荷g起动或关机过程;电网或负荷亏损时的关机;电缆线严重缠绕;风力机对风调解。8. 3 风力机保护由于控制系统失效或内部及外部损伤或当发生危险导致WTGS不能保持正常工作时，保护系统应起作用。 保护系统在下列情况下应起作用:超速;发电机超载或出现故障，一过分振动;电网失电、负载丢失时风力机出现的关机故障，电缆线非正常缠绕(由于偏航机舱旋转造成)。保护系统按具有自动防止故障的功能来设计。保护系统通常能够在系统内电源或无安全寿命零件单独失效或故障情况下对WTGS进行保护。如果两个或多个失效相互关联或共同起作用，可将它们按单一失效处理。保护系统的非沉
39、余零件必须分析最大强度、疲劳破坏和最大载荷，并满足8.4的要求。8. 4 控制和保护系统的功能要求保护系统应有一个或多个能使风轮由任意工作状态转入停止或空转状态的装置(机械的、电动的或气动的)。它们之中至少应有一个必须作用在低速轴上或WTGS的风轮上。须提供使风轮在小于川的任怠风速下由危险的空转状态转为完全静止状态的方法。按紧急停机按钮后，解除要求应有恰当的动作。紧急停车的解除不能导致机组重新起动，起动须单独进行。应经常进行检查，以减少潜在失效造成的危险。无安全寿命期的零件或装置，对可能伤害它的环境和它自身状态应进行鉴测:它们的失效应引起机器关机。按安全寿命设计的零件应定期检查。能超越自动控制
40、系统使机器关机的紧急停机按钮，在每个重要工作位置都应设置。保护功能和l控制功能冲突时.应优先考虑保护功能。由于内部故障，或因达到风力机安全极限发生跳闸时，风力机不应自动起动因9 机械系统9. 1 概述WTGS的机械系统包括传动系统包括齿轮箱、驰和联轴器s附属装置，如制动器、叶片桨距控制器、偏航驱动器。附属装置可由电的、液压的或气压的驱动方式驱动。9. 2 错误装配布可能是危险源的零件错误装配，在这些零件的设计中是无法避免的。为克服这种危险，在这些零件上或其保护壳上做出标记。对运动件也要做出标记，并在其保护罩上标出运动方向，以避免产生危害.其他必要的信息应在操作者手册或维护手册中给出。:2 .1
41、3 GB 18451.1-2001 错误的连接也口I能成为危险源，进免错误连接不可能在设计中做到。为克服这种危险，采取一定预防措施，在护管和软管t、接头HIOC出标记。9. 3 液压或气功系统在装有液压或气动力的附件的地方，装置的设计和施工安装应避免受其潜在的危害。设计中应有隔绝和饲l街为法。输送压力油或压缩空气的管和软管及联接件的设计，应能承受已知的内外压力。应采取预防措施，使由破裂造成的危害减到最小。10 电气系统10. 1 概述WTGS的电气系统包括在WTGS终端的所有安装于其上的电气设备.下面称作WTGS电气系统。电力汇集系统不在本标准范围内。10.2 风力发电机组电气系统的一般要求所
42、有电气元件和系统均须满足JEC60204-1的要求。WTGS电气系统的设计，应保证对人畜最小的伤害。也须保证第6章确定的正常和极限外部条件下.WTGS运行和维护中对WTGS外部电气设备的最小伤害。WTGS的电气系统，包括所有电气设备和电气元件.必须遵从IEC相关标准。特别是WTGS电气系统的设计必须符合IEC60364的要求。制造厂应指明WTGS使用的设计标准是大于交流1000V或直流1500 V正常供电电压的电路这一部分内容。电气系统的设计还应考虑风力发电的波动特性。WTGS电气系统应遵照电磁兼容性的相关标准。它们是GB17625. 1, GB 17625.2. GB/丁17626.2.GB
43、/T 17626. 3.GB/T 17626. 4.GB/T 17626. 50 10.3 保护装置除了IEC60364要求外.WTGS电气系统还应有适当的防止WTGS和外部电气系统误动作的装置。因为它会导致不安全。10.4 分离装置当有维修和试验要求时.WTGS的电气系统应能与电源分离。半导体器件不能单独用分离装置。维修工作中为安全起见使用的照明或其他电气设备的附属电路，应有自己的分离装置。这样，当其他电路断电时，不受影响。10.5 接地系统WTGS的设计应包括局部接地电极系统，以满足IEC60363(电器设备正确操作)和IEC61024-1 防霄的要求。设计文件中应指出适合接地电极的土壤条
44、件。推荐土壤条件的同时，还需指出可能遇到的其他一些不适宜的土壤。接地设备(接地电极、接地导线、主接地端点和接地棒)的选择和安装应按JEC60364-5一54进行。任何工作在交流1000V或直流1500V以上的电气设备，都能为维护而接地.10.6 防雷按照lEC61024-1进行WTGS的防雷设计。在安全不会受损的前提下，不需将保护范围扩大到所有WTGS的零件。10.7 电缆有啃齿运动或其他动物损害电缆可能性的地方，应使用有金属编织层的电缆或使用护管。地下埋线雯埋iti合适的深度，以免遭车辆或农机的损坏。如果没有护管，地下电缆用护套或胶带作出标记。10.8 自励244 GB 18451- 1 -
45、2001 能白励的WTGS的任何电气系统.以电网失电时都成能脱离电网，而且保持安全脱离状态。如果一组电容器与并网WTGS并接(如功率因数补偿)，应当设置一个适当的开关，以便电网功率亏损时，切除电容器组，以避免WTGS发电机自励。换句话说.如果电容器处1连接状态，必须充分证明它没有引起自励。10. 9 过原保护过压保护的设计，按照lEC61312-1的要求进行。应规定过压保护极限，以使向电气设备输送的电压不会超过设备的绝缘水平。10. 10 谐波和功率调节装置!但设计功率调节装置，如逆变器、功率电子控制器、静态无功自藕变压器等.以使谐波线电流和电j乍波形失真不防碍电网安全转换。特别是并网WTGS
46、，它产生的电压谐波应该是在电网连接点超压波形失真不起过电阿能承受的上限。11 外部条件评估11. 1 概述WTGS受环境和电力条件支配.影响其他负载能力寿命和正常工作。除了环境状况外，对WTCS安装场地土壤性能还须考虑。实际环境，电和土壤性质，应比设计时假定的情况要好。如果实际情况比假定的更糟，那么对工程的完善性应重新进行探讨。沿海的场地，要求WTGS的等级为S级。11- 2 风况评估作为最低要求，场地的风况根据下列能决定WTGS等级的基本参数进行评估。参考风速:Vrr 一年均风速:Va町Vhub = 15 .m/ s时揣流强度1此处.1，为轮缎高度10min平均15m/s风速时端流强度特性值
47、。它是将测得的油流强度标准偏差加IjIJ测得(或算出)的平均值上算出的。jxl况以场地长期监视l和记录的资料和当地气象标准为依据进行评估。场地风况应和当地气象站长期记录数据有-定关联。监测周期成足够长，最少需得到六个月的可靠数据。在季节对风况有重大影响的地方.监测周期所将这种影响包含进去。1是通过对大于10m/s的风速，应用适当的统计学方法确定的飞在地形或其他局部冈素可能干扰端流强度的地区，在数据中应反映出它们的影响。用于获得测量数据的风速仪特性，取样速率和平均时间，可能影响淌流强度的评估。复杂地藐条件下，对现场测量数据还要进一步评估。另外，地形对风速、风廓线、端流强度的影响，以及每台风力机位
48、置上气流倾斜的影响都必须考虑。风电场内相邻机组尾流对WTGS工作的影响也要考虑。11. 3 其他环境条件的评估为了与WTGS设计中假定的条件进行比较，对下列环境条件应进行评估s正常的和极限的温度范围，结冰;1)例如风速数据出现低频倾向时，端流强度和其他参数的评估就应该谨慎.从测量数据预测揣流强度时这4Fj响凶章应予以考虑。湿度;-一太阳辐射s化学活性物质s地震;盐雾。11. 4 电网条件评估GB 18451. 1-2001 对WTGS和要与之并接电网之间的连接的电力条件进行评估，以保证与WTGS的兼容性以及WTGS与电网之间的设备的合理性。这些条件包括下列内容，又不仅限于这些内容t正常供电电压及变化范围$正常的频率和变化范围p电压不平衡g对称性误差s一一电网断电次数;自动闭合周期号一风力机终端短路阻抗;一一谐波电压畸变。11. 5 土壤条件评估计划实施场地的土壤性质，通过考察和参考当地建筑部门规范来进行评估。12 组装、安装和竖立12.1 概述WTGS制造厂应提供安装WTGS要求的详细清楚的说明。WTGS的安装工作应由经专门培训或经此业务指导过的人员进行。WTGS场
