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海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨_江苏中车电机_李岩.pptx

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海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨_江苏中车电机_李岩.pptx

1、中车株洲电机江苏公司海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨 2024年5月9日主讲人：李岩 Page 2海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨海上风电发展概况海上发电机组电气系统关键技术公司基本概况第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分海上发电机组电气系统研制经验第四部分第四部分中国中车股份有限公司版权所有 2021第一部分公司基本概况公司基本概况Page 3中国中车股份公司中车株洲电机有限公司轨道交通事业本部中车唐山中车长客中车株机新疆哈密基地福建福清基地江苏盐城基地江苏中车电机有限公司中车株所中车四方江西南昌基地（机舱叶轮）湖南株洲基地内蒙古包头基地广东阳江基地成

2、都中车电机有限公司（风电产业协同）新疆哈密基地新疆哈密基地浙江中车尚驰电气有限公司（风电产业协同）9大基地（2个内部协同单位）中国中车股份有限公司版权所有 2021公司发电机产业基地Page 4第一部分公司基本概况n 九大生产基地全面辐射陆上、海上及国内外市场，总厂房面积233963。江苏盐城湖南株洲内蒙古包头新疆哈密福建福清广东阳江四川成都（协同）浙江海宁（协同）江西南昌直驱永磁风力发电机980台/年中速永磁风力发电机2660台/年双馈/异步鼠笼风力发电机3300台/年n 全球最大的风力发电机生产企业之一。江苏盐城定位：风电总部，两海基地福建福清定位：两海基地广东阳

3、江定位：陆上+两海内蒙古包头定位：陆上新疆哈密定位：陆上江西南昌定位：机舱叶轮湖南株洲定位：陆上+两海四川成都定位：陆上浙江海宁定位：陆上 n 风电变压器产业。风电变压器500万千伏安/年（规划）第一部分公司基本概况公司发电机及变压器产品平台Page 5Page 6海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨海上风电发展概况海上风电机组电气系统关键技术公司基本概况第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分海上风电机组电气系统研制经验第四部分第四部分第二部分海上风电发展概况Page 7n 海上风电开发潜力 525米水深、50米高度约2亿千瓦 550米水深、70米高度约5亿千瓦

4、n GWEC提出，2050年全球海上风电总装机规模将达到2000GWn 中国海上风电2030年达到200GW，2050年达到1000GW，位居世界第一福建广东江苏425575520005023年2024年2025年2026年2027年2028年2029年2030年2023-2030年单年累积装机容量预测（GW）1、风资源丰富、装机量逐年递增Page 8第二部分海上风电发展概况“十二五”“十三五”海上风电成规模化，迎来发展黄金期；“十四五”海上风电进入平价上网。“十四五”2012年，风电发展“十二五”规划海上风电发展定位开发规模2014年，明确上网标

5、杆电价 0.85 元/kWh。2016年”十三五”规划核准原则、鼓励规模化2018年竞争配置/市场化促创新、降成本、优资源指导电价（元/kWh）2019年：0.8 2020年：0.75海上风电投标价格：2020年平均7095元/kW，2022年平均3400元/kW，2023年年初最低2353元/kW2021年10月华润电力苍南1#海上风电项目风机(含塔架)项目东方风电44184418元元/kW/kW2022年1月浙能台州1号海上风电场项目投标机型7-9MW中国海装30003000元元/kW/kW（不含塔筒）（不含塔筒）2023年1月中国电建海上机型集中招标金风科技23532353元元/kW/k

6、W（不含塔筒）（不含塔筒）2、风电行业政策Page 9“六化”趋势（与发电机相关）：大型化（提升单机容量、减少机位，大功率）、模块化（解决运输制造成本，分瓣式直驱)中压化（三电平、提升效率及发电量）、集成化（半直驱机组、传动链紧凑，成本优势）永磁化（提升机组效率及发电量）、智能化（提升机组发电量及利用率）3、海上风电技术发展趋势“十四五”战略规划：我国将重点研制20MW+深远海大功率风电机组海装风电-18MW（超紧凑）金风科技-16MW（超紧凑）GE X-14MW（分瓣式）明阳智能-16MW（超紧凑）20MW+第二部分海上风电发展概况Page 10海上风力发电机组电气系统关键技术研究与探讨海

7、上风电发展概况海上风电机组电气系统关键技术公司基本概况第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分海上风电机组电气系统研制经验第四部分第四部分Page 11深远海环境深远海环境2525年设计寿命年设计寿命平价上网平价上网高年发电量高年发电量业主对机组需求高性能高性能设计设计高寿命高寿命设计设计高可靠性高可靠性设计设计高防腐性高防腐性设计设计高经济性高经济性设计设计机组对电气系统需求050601020304电磁场电磁场分析分析机械机械强度强度仿真仿真温度场温度场仿真仿真模态模态分析分析可靠性可靠性研究研究环境适应性环境适应性研究研究电气电气系统系统1、海上风电机组技术需求维护困难极端环境高盐

8、雾多变载荷第三部分海上发电机组电气系统关键技术Page 122、电气系统高性能设计为客户定制化第三部分海上发电机组电气系统关键技术Page 13 海上风电干变p 借鉴高铁牵引变压器成熟的产品研发平台p 采用高铁牵引变压器严谨的设计流程p 沿用高铁牵引变压器可靠的工艺体系和质量管理体系p 海上风电干、油变已通过型式试验运行环境风电变压器运行工况复杂，尤其是海上的气候、环境恶劣，在运维方面，尽量做到免维护设计。变压器一旦发生故障，会造成巨大的损失，且维修成本高昂，故要求极高的可靠性，极低的故障率。极端试验基于风电变压器的特殊运行工况基于风电变压器的特殊运行工况3、变压器高可靠性设计海上风

9、电油变第三部分海上发电机组电气系统关键技术中国中车股份有限公司中国中车股份有限公司版权所有版权所有 2015Page 144 4套套绕绕组组运运行行3套绕组运行2套绕组运行8MW永磁发电机-4套2MW绕组4套2MW变流器发电机扭矩图发电机扭矩图发电机负载电流发电机负载电流多功率单元设计多功率单元设计4、发电机高可靠性设计多绕组结构第三部分海上发电机组电气系统关键技术Page 15聚焦发电机绝缘系统新材料、新结构、新工艺、新方法研究打造耐盐雾、耐高湿型风力发电机绝缘系统，储备高压绝缘技术绝缘高可靠性电树枝延伸距离随时间变化电树枝试样工频下少胶云母带界面附近的电树枝生长照片4、发电机高可

10、靠性设计绝缘结构第三部分海上发电机组电气系统关键技术Page 16 润滑脂选择与性能试验轴承配置高可靠性开展发电机轴承运输、电腐蚀等失效机理与优化设计研究构建发电机轴承失效的多场耦合分析方法和优化设计规范4、发电机高可靠性设计轴承配置第三部分海上发电机组电气系统关键技术Page 17第三部分海上风电机组电气系统关键技术4、发电机高可靠性设计磁极结构n 永磁体防护设计永磁体防护设计密封型磁极结构设计密封型磁极结构设计（表贴、内置）n 可靠性试验可靠性试验冷热冲击试验冷热冲击试验（高低温交替）机械振动试验机械振动试验（机械离心力试验）热态短路抗去磁试验热态短路抗去磁试验（瞬态短路）综

11、合环境试验综合环境试验（霉菌、盐雾）浸水试验浸水试验（持续、长期）超速试验超速试验瞬态短路试验瞬态短路试验Page 18智能监测p 智能传感、多通道多种数据、远程无线智能监测p 可实时查看发电机运行情况并进行异常预警，实现在线监测，智能电机p 风力发电机运行状态开展大数据研究p 建立轴承、定子、转子、绝缘等关键零部件故障诊断、寿命评估数学模型健康管理系统p”智慧风力发电机数字驾驶舱”健康管理理平台,实现风力发电机全寿命运行监测、故障诊断、降低运维成本，助推智能运维。故障诊断轴承故障诊断润滑脂寿命评估绝缘寿命评估智慧发电机数据驾驶舱5、发电机智慧设计全寿命周期数字化管理第三部分海上发电机组电

12、气系统关键技术Page 19第三部分海上发电机组电气系统关键技术绝缘结构更高绝缘等级更薄绝缘厚度更高导热性通风冷却提高冷却效率（水冷、直冷）提高温度均匀性电磁设计优化电磁结构采用定制磁钢、硅钢板、磁性槽楔等材料系统匹配设计发电机与变流器一体化发电机与齿轮箱一体化标准化、模块化、轻量化：接线盒、冷等：接线盒、冷等模块化：独立轴系、冷却器芯组等轻量化：机座、定转子支架、轴系等零部件国产化、定制化国产化：编码器、集中润滑器轴承、润滑脂等定制化：磁钢、硅钢板、电磁线020605040301低成本设计6、发电机低成本设计Page 20海上风力发电机组电气系统关键技

13、术研究与探讨海上风电发展概况海上风电机组电气系统关键技术公司基本概况第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分海上风电机组电气系统研制经验第四部分第四部分Page 211、产品研制经验 5.5MW/12MW海上漂浮式半直驱永磁发电机海上漂浮式半直驱永磁发电机超紧凑传动链：发电机、齿轮箱、主轴系一体化高效率：50%110%PN效率均不小于98%高效冷却系统：水夹克+强迫风冷+空水冷却器序指标名称 5.5MW12MW1额定功率（kW）6000129002额定线电压（V）71013803额定转速（rpm）278/2901974额定效率（%）98.398.55发电机倾角1014101

14、46绝缘等级H/FH/F7防护等级IP54IP548重量（t）4585中国中车股份有限公司版权所有 2022Page 21配套出口欧盟12MW海上漂浮式半直驱永磁风电机组配套国内首台5.5MW海上漂浮式半直驱永磁风电机组发电机发电机齿轮箱齿轮箱发电机发电机发电机第四部分海上发电机组电气系统研制经验Page 22国际首款16.6MW海上漂浮式“双机头”半直驱风电机组发电机“双机头”半直驱发电机，配套海上漂浮式机组发电机与齿轮箱高度集成，一体化；模块化轴系可塔上维护、承载能力强；高电气性能匹配三电平变流器，高效率16.6MW海上漂浮式半直驱发电机主要技术参数序名称要求1额定输出功率（kW

15、）290002额定线电压（V）13803额定转速（r/min）2234功率因数0.95C5定子绕组绝缘等级H/F6发电机倾角820（漂浮式）7电压畸变率（%）58转矩脉动（%）2.59效率（%）9810发电机重量（t）2592、产品研制经验 16.6MW海上漂浮式“双头机”半直驱永磁发电机第四部分海上发电机组电气系统研制经验Page 23第四部分海上发电机组电气系统研制经验研制经验密封型磁极盒设计嵌入式磁极盒（内转子）镍铜环氧镀层（磁钢）+滚浸处理（磁极盒），耐盐雾、防振动耐候性绝缘系统设计多因子环境老化试验，验证绝缘可靠性多功率单元设计双绕组交错分布，可独立发电（多功率单元设计

16、）故障下仍可持续运行，提高机组可靠性、利用率耐海上防腐设计冷却器芯组材料，耐压力、耐盐雾紧固件镍锌渗层处理，耐扭力、防腐蚀模块化设计独立轴系、冷却器芯组模块化，塔上更换、维护方便冷却器、转子等多接口冷却部件设计，可在线升级2、产品研制经验 16.6MW海上漂浮式“双头机”半直驱永磁发电机Page 24发电机齿轮箱主轴型传动链齿轮箱发电机型传动链发电机16.XMW海上半直驱永磁发电机高度集成传动链：发电机、齿轮箱/主轴一体化高效率：60%100%PN效率均不小于98%高效冷却系统：水夹克+强迫风冷+空水冷却器序指标名称 16MW型16MW型1额定功率（kW）170001688

17、02额定线电压（V）138013803额定转速（rpm）6275804额定效率（%）98985功率因数0.90.96绝缘等级HH7防护等级IP54IP548重量（t）19.224.53、产品研制经验 16.XMW海上半直驱永磁发电机第四部分海上发电机组电气系统研制经验Page 2510-14MW分瓣定子分瓣设计定子由12个定子瓣组成轻量化设计的定子支架瓣线圈设计采用三种单层分布绕组已获国际专利绝缘设计绝缘系统耐候性强SGRE 3MW分瓣式直驱永磁发电机模型（图片来源：2012年北京风电展，与DD9无直接关联）10/14MW直驱永磁发电机技术参数额定功率（kW）10000140

18、00额定电压（V）820绝缘等级H防护等级IP446个定子瓣6台变流器4、产品研制经验分瓣式直驱永磁风力发电机第四部分海上发电机组电气系统研制经验Page 26第四部分海上发电机组电气系统研制经验5、产品研制经验海上油浸式变压器绝缘等级高、热点温度低，可满足风电机组长时间运行双分裂设计，抗短路能力强，可承受半穿越运行时突发短路可靠性高，产品通过耐久、冲击及疲劳测试海上油浸式变压器海上7100-35型油浸式变压器主要技术参数序名称参数1额定容量kVA71002额定电压 kV35/0.69-0.693额定电流 A117.1/2970.5-2970.54绝缘等级F6满载效率99%7安装方

19、式塔筒立式安装8冷却方式KFWF(油水冷却)9器身结构双分裂10总重t12.2Page 27第四部分海上发电机组电气系统研制经验研制经验5、产品研制经验海上油浸式变压器抗振和防渗油设计基于轨道交通和风力发电机的抗振动设计基础采用牵引变压器密封方案，超万台运行零漏油抗短路设计低短路电动力绕组结构，器身和引线可靠支撑优良的线圈绕制工艺，线圈与铁心零间隙装配技术低热点温升设计通过磁热耦合准确捕捉线圈热点混合绝缘方案，实现经济和可靠双赢低局放设计对合成酯油性能的全面理解和最深厚的应用经验科学可靠的高压引线方案，防止高场强局放国产化设计首次实现海上风电变压器油泵国产化替代全面验证国

20、产化合成酯油与进口合成酯油性能Page 286、产品研制经验海上干式变压器第四部分海上发电机组电气系统研制经验海上9500-35型紧凑型干式变压器主要技术参数序名称要求1额定容量kVA95002额定电压 kV35/1.143额定电流 A156.7/4811.44绝缘等级F5满载效率99%6安装方式机舱立式安装7冷却方式AFWF(空空冷却)8器身结构双绕组9总重t18.3 体积小、重量轻，适合机舱紧凑式空间安装局部放电量小于5pC，处于行业领先水平首次采用空-空冷却方式，具有散热效率高、损耗低的优势海上9500-35型紧凑型干式变压器结束语Boundless is the ocean where we sail with the wind 中车株洲电机江苏公司未来将聚焦高可靠性、高可维护性、高经济性海上风力发电机和变压器产品！紧跟风电市场的步伐，助力海上风电市场的开拓，为国家“30.60”愿景达成，贡献中车绿色源动力！欢迎各位嘉宾、领导莅临江苏中车电机指导工作！

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