论不同风况对风电机组疲劳载荷的影响

摘要：风力发电机组总体载荷计算评估是风力机设计以及风电场风机选型中的

一项重要工作，特别是对于大型MW级风机，其意义更为重大。风机载荷计算评

估包括极限载荷评估和疲劳载荷评估。从计算角度分析，影响风机疲劳载荷的主

要因素包括风电场的湍流强度，空气密度以及年平均风速等相关风况气象参数。

本文通过总体载荷计算，对影响风机疲劳载荷的主要工况进行载荷计算以及疲劳

分析，给出规律性的结论，为以后的风机设计，风机选型等相关问题提供理论基

础以及经验总结。

关键词：不同风况，疲劳载荷，动量-叶素理论

风电场的开发是一个资金庞大，周期较长的项目，而整个风电场的主要设备

是风力发电机组。所以，我们必须对风力发电机组的安全性和可靠性做一个科学

规范的计算校核。需要对特殊地形造成的特殊风况进行疲劳载荷分析和总结，做

成自己的数据库，对不同风电场进行载荷评估。

一、风机总体载荷计算理论基础

1.1、风机气动载荷

目前计算风力发电机的气动载荷有动量-叶素理论、CFD等方法。动量-叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动

相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出

作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮

上的力和力矩，算得旋翼的升力和功率。动量-叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计

和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。

为此在计算中应用动量-叶素理论方法来计算风机的气动载荷。

1.2、动量理论

动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成

机械能，分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。

1.3、叶素理论

叶素理论的基本出发点是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，将作用

在每个叶素上的力和力矩沿展向积分，求得作用在风轮上的力和力矩。

1.4、动量─叶素理论

为了计算风力机性能，必须计算风轮旋转面中的轴向诱导因子和周向诱导因子，这就需要用到动量─叶素理论。由动量理论和叶素理论通过迭代方法可以求

出轴向诱导因子和周向诱导因子。

1.5、雨流技术基本计数规则

1）雨流依次从载荷时间历程的峰值位置的内侧沿着斜坡往下流；

（2）雨流从某一个峰值点开始流动，当遇到比其起始峰值更大的峰值时要停止流动；

（3）雨流遇到上面流下的雨流时，必须停止流动；

（4）取出所有的全循环，记下每个循环的幅度；

（5）将第一阶段计数后剩下的发散收敛载荷时间历程等效为一个收敛发散型的载荷时间历程，进行第二阶段的雨流计数。计数循环的总数等于两个计数阶段

的计数循环之和。

北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心发言人：韩炜 2008-4-14 w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法，工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。w w w .s i m o s o l a r .c o m

北京鉴衡认证中心风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础 w w w .s i m o s o l a r .c o m

风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 风力发电机组载荷计算 w w w. s i m o s o l a r.c o m 北京鉴衡认证中心

北京鉴衡认证中心风力发电机组设计等级（IEC61400-1：1999）级别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ S V ref [m/s] 50 42.5 37.5 30 V ave [m/s] 10 8.5 7.5 6 A I 15 [-] 0.18 0.18 0.18 0.18 a [-] 2 2 2 2 B I 15 [-] 0.16 0.16 0.16 0.16 a [-] 3 3 3 3 由设计者规定各参数注： V ref ：轮毂处参考风速 V ave ：轮毂处平均风速 I 15：风速15m/s时的湍流强度 a: 斜度参数风力发电机组载荷计算 w w w .s i m o s o l a r .c o m

第14章动载荷 14.1 动载荷的概念及分类在以前各章中，我们主要研究了杆件在静载荷作用下的强度、刚度和稳定性的计算问题。所谓静载荷就是指加载过程缓慢，认为载荷从零开始平缓地增加，以致在加载过程中，杆件各点的加速度很小，可以忽略不计，并且载荷加到最终值后不再随时间而改变。在工程实际中，有些高速旋转的部件或加速提升的构件等，其质点的加速度是明显的。如涡轮机的长叶片，由于旋转时的惯性力所引起的拉应力可以达到相当大的数值；高速旋转的砂轮，由于离心惯性力的作用而有可能炸裂；又如锻压汽锤的锤杆、紧急制动的转轴等构件，在非常短暂的时间内速度发生急剧的变化等等。这些部属于动载荷研究的实际工作问题。实验结果表明，只要应力不超过比例极限，虎克定律仍适用于动载荷下应力、应变的计算，弹性模量也与静载下的数值相同。动载荷可依其作用方式的不同，分为以下三类： 1．构件作加速运动。这时构件的各个质点将受到与其加速度有关的惯性力作用，故此类问题习惯上又称为惯性力问题。 2．载荷以一定的速度施加于构件上，或者构件的运动突然受阻，这类问题称为冲击问题。 3．构件受到的载荷或由载荷引起的应力的大小或方向，是随着时间而呈周期性变化的，这类问题称为交变应力问题。实践表明：构件受到前两类动载荷作用时，材料的抗力与静载时的表现并无明显的差异，只是动载荷的作用效果一般都比静载荷大。因而，只要能够找出这两种作用效果之间的关系，即可将动载荷问题转化为静载荷问问题处理。而当构件受到第三类动载荷作用时，材料的表现则与静载荷下截然不同，故将在第15章中进行专门研究。下面，就依次讨论构件受前两类动载荷作用时的强度计算问题。 14.2 构件作加速运动时的应力计算本节只讨论构件内各质点的加速度为常数的情形，即匀加速运动构件的应力计算。 14.2.1 构件作匀加速直线运动设吊车以匀加速度a吊起一根匀质等直杆，如图14-1(a)所示。杆件长度为l，横截面面积为A，杆件单位体积的重量为，现在来分析杆内的应力。由于匀质等直杆作匀加速运动．故其所有质点都具有相同的加速度a，因而只要在每质点上都施加一个大小等于其质量m与加速度a的乘积、而方向与a相反的惯性力，则整个杆件即可认为处于平衡状态。于是这一动力学问题即可作为静力学问题来

For personal use only in study and research; not for commercial use For personal use only in study and research; not for commercial use 风荷载标准值关于风荷载计算风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。脉动风和稳定风风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。从风振的性质看顺风向和横风向风力顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力，不引起振动。阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。横风向，既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。有的计算方法根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法（2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算

关于门式刚架单层房屋体型系数的选用，目前国内主要有两种，一种是按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002，一种是按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)。如何选用这两种规范的体型系数和在结构设计软件PKPM中的具体应用成了结构设计人员必须解决的问题，本文就两种规范体型系数的区别和各自的适用范围通过算例进行验证，并提出笔者的看法。在《建筑结构荷载规范》(以下简称GB50009)中，7.1.1条明确指出，计算主要承重结构和围护结构时，分别采用7.1.1-1式和7.1.1-2式，体型系数分别采用主体结构体型系数和围护结构的局部风压体型系数。主体结构体型系数根据7.3.1条取用，而围护结构局部风压体型系数按照7.3.3条规定，考虑边角区的影响和有效受风面积的修正。在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（以下简称CECS102）中，主体结构和围护结构均采用相同的公式附录A.0.1式。刚架和围护结构等的体型系数按照表A.0.2中的相应数据。其中区分端区、中间区、边角区等，同样也有有效受风面积的修正。 GB50009已在我国沿用了50多年，积累了丰富的实际工程经验，它是面对所有结构形式的建筑房屋，因此具有通用性，也是工程设计和软件应用的主要参考依据。CECS102是参考美国金属房屋制造商协会MBMA的相关试验数据和资料编制的，主要针对门式刚架低矮房屋，已为世界多个国家采用。CSCE102有其相对较强的针对性，也就有其特定的适用范围，关于风荷载计算适用范围在CECS102附录A.0.2中已有明确表述，对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度不大于10度、屋面平均高度不大于18m、房屋高宽比不大于1、檐口高度不小于房屋的最小水平尺寸时，风荷载体型系数可以按照CECS102附录A的规定进行取用。此时的风荷载计算结果是比较接近相关的试验数据的，用于工程设计是没有问题的。而试验分析同时也表明，当柱脚铰接且刚架的L/H大于2.3和柱脚刚接且L/H大于3.0时，按《荷规》风荷载体型系数计算所得控制截面的弯矩已经偏离试验数据较多，再按此风荷载体型系数取用已经严重不安全。因此，在工程设计中对于房屋高宽比不大于1的，应该严格按照CECS102的体型系数进行取用。下面通过算例比较《荷载规范》和《门规》的风荷载体型系数的计算结果，对于主体结构，封闭式房屋中间区的体型系数：算例一，跨度L＝24m，高度H＝8m，L/H=3.0, 50年一遇基本风压W0＝ 0.50KN/m2，地面粗糙度B类，恒载0.30KN/m2，活载0.50KN/m2。 1、按GB50009取用风荷载体型系数：左风左柱弯矩图：

4.2风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑所受的风荷载。 4.2.1单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算：（－1）式中： 1.基本风压值Wo 按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的值确定的风速V0(m/s)按公式确定。但不得小于0.3kN/m2。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压采用100年重现期的风压值；对风荷载是否敏感主要与高层建筑的自振特性有关，目前还没有实用的标准。一般当房屋高度大于60米时，采用100年一风压。《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）给出全国各个地方的设计基本风压。 2.风压高度变化系数μs 《荷载规范》把地面粗糙度分为A、B、C、D四类。 A类：指近海海面、海岸、湖岸、海岛及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的城镇及城市郊区； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；书P55页表4.2给出了各类地区风压沿高度变化系数。位于山峰和山坡地的高层建筑，其风压高系数还要进行修正，可查阅《荷载规范》。 3.风载体型系数μz 风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面风力的小。一般取决于建筑建筑物的平面形状等。计算主体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中P57表4.2－2确定各个表面的风载体型或由风洞试验确定。几种常用结构形式的风载体型系数如下图

凌海风电场风机倒塔事故快报 Modified by JACK on the afternoon of December 26, 2020

内部资料注意保存新能源事业部工作通报第四十二期国电电力发展股份有限公司新能源事业部2015年10月9日凌海风电场1A03风机倒塔事故快报 2015年10月1日7时38分，国电和风风电开发有限公司凌海（一期）风电场发生一起华锐风电机组倒塔事故，事故原因初步判断为超速导致飞车引起，目前具体原因正在核查。现将有关情况通报如下：一、事件经过 2015年10月1日7时38分，凌海风电场风机监控系统报1A03、1A07号风机通讯消失，运行值班员刘盛尉通知检修班长杨希明，班长杨希明汇报风电场专责廉永超，并组织人员到现场进行检查。7时50分检修人员到达现场，发现1A03号风机倒塌，下段塔筒法兰与基础环法兰128颗连接螺栓全部断裂。二、处理过程

1.启动应急预案。事件发生后，和风公司立即启动应急预案及现场处置方案，将1A03号风机箱变断电，拉开 1A03号风机35KV高压分接开关；封闭进场道路，现场加设围栏，并派人24小时保护现场，防止发生盗抢事件；强化舆情控制，防止造成不良社会影响;国电电力主要领导及新能源事业部、华锐公司技术人员、保险公司业务人员于当天赶赴现场。 2.查勘现场。经现场查勘，风机下段塔筒法兰与基础环法兰128颗连接螺栓全部断裂；倒塔方向（逆风向）向北偏东，塔筒倾倒过程中有约90度旋转，下段塔筒有局部弯曲变形，筒身圆形改变为椭圆形，基础环法兰有局部向上变形；机舱脱离塔顶距塔筒倒塔方向左侧10米左右，机舱本体外壳呈碎裂状态，机舱约三分之二陷入地下;叶片严重损坏，其中一支叶片距根部2-3米左右断裂飞出距塔基约187米，叶片断裂处呈撕裂状，另两只叶片虽未脱离轮毂但损坏严重；1A03至1A07风机35KV架空线A相断线。 3.提取风机运行数据。1A03风机在通讯消失前并未报故障，由于华锐风机数据信息上传服务器的方式是采取逐台读取风机PLC主站10分钟平均数据信息上传至风机服务器，每台风机信息读取时间约3分钟，93台风机数据信息全部读取存储周期约279分钟，因此1A03风机存储在服务器上的数据信息仅是6时29分48秒之前的10分钟

1 范围 1.0.1 本标准规定了风电场风电机组塔架地基基础设计的基本原则和方法，涉及地基基础的工程地质条件、环境条件、荷载、结构设计、地基处理、检验与监测等内容。 1.0.2 本标准适用于新建的陆上风电场风电机组塔架的地基基础设计。工程竣工验收和已建工程的改（扩建）、安全定检，应参照本标准执行。 1.0.3 风电场风电机组塔架的地基基础设计除应符合本标准外，对于湿陷性土、多年冻土、膨胀土和处于侵蚀环境、受温度影响的地基等，尚应符合国家现行有关标准的要求。

2 规范性引用文件下列标准中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用标准，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标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些标准的最新版本。凡是不注日期的引用标准，其最新版本适用于本标准。 GB 18306 中国地震动参数区划图 GB 18451.1 风力发电机组安全要求 GB 50007 建筑地基基础设计规范 GB 50009 建筑结构荷载设计规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50021 岩土工程勘察规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50153 工程结构可靠度设计统一标准 GB 60223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50287 水力发电工程地质勘察规范 GBJ 146 粉煤灰混凝土应用技术规范 FD 002—2007 风电场工程等级划分及设计安全标准 DL/T 5082 水工建筑物抗冰冻设计规范 JB/T10300 风力发电机组设计要求 JGJ 24 民用建筑热工设计规程 JGJ 94 建筑桩基技术规范 JGJ 106 建筑基桩检测技术规范 JTJ 275 海港工程混凝土防腐蚀技术规范

第二部分风荷载计算一：风荷载作用下框架的弯矩计算（1）风荷载标准值计算公式：0k z s z W w βμμ=??? 其中k W 为垂直于建筑物单位面积上的风荷载标准值 z β为z 高度上的风振系数，取 1.00z β= z μ为z 高度处的风压高度变化系数 s μ为风荷载体型系数，取 1.30s μ= 0w 为攀枝花基本风压，取00.40w = 该多层办公楼建筑物属于C 类，位于密集建筑群的攀枝花市区。（2）确定各系数数值因结构高度19.830H m m =<，高宽比19.8 1.375 1.514.4 H B ==<，应采用风振系数z β来考虑风压脉动的影响。该建筑物结构平面为矩形， 1.30s μ=，由《建筑结构荷载规范》第3.7查表得0.8s μ=（迎风面）0.5s μ=-（背风面），风压高度变化系数z μ可根据各楼层标高处的高度确定，由表4-4查得标准高度处的z μ值，再用线性插值法求得所求各楼层高度的z μ值。（3）计算各楼层标高处的风荷载z q 。攀枝花基本风压取00.40/w KN mm =，取②轴横向框架梁，其负荷宽度为7.2m,由0k z s z W w βμμ=???得沿房屋高度分布风荷载标准值。 7.20.4 2.88z z s z z s z q βμμβμμ=?=，根据各楼层标高处的高度i H ，查得z μ代入上式，可得各楼层标高处的()q z 见表。其中1()q z 为迎风面，2()q z 背风面。风正压力计算： 7. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.790.8 2.370/z s z q z KN m βμμ==????= 6. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.770.8 2.306/z s z q z KN m βμμ==????= 5. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 4. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 3. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 2. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 1. 1() 2.88 2.880.00 1.300.740.80.000/z s z q z KN m βμμ==????= 风负压力计算： 7. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.790.5 1.480/z s z q z KN m βμμ==????= 6. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.770.5 1.441/z s z q z KN m βμμ==????= 5. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 4. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 3. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????=

第6章结构荷载本项目分析内容包括结构的强度和屈曲分析、单工况动力分析和动力耦合分析。因此，结构分析荷载分为静荷载和动荷载。静荷载包括风机运转荷载、风、浪、流和冰荷载；动荷载包括风机运转荷载、风、浪、流、冰和地震荷载。 6.1 强度与屈曲分析荷载 6.1.1 风机运行荷载风力发电机组运行时，其叶片上的风荷载和风机偏航引起的荷载通过结构和传动机构作用在塔架顶端，因此，DnV 规范规定，海上风电机组基础结构设计应考虑风电机组的荷载。这部分荷载包括：风轮上的静风压引起的荷载、湍流和尾流引起的荷载、风力发电机偏航引起的荷载和风力发电机组的重力荷载等。中华人民共和国机械工业部标准（JB/T10300-2001）对风力发电机组的荷载计算做出了具体的规定： 6.1.1.1 正常运行荷载 1、风轮上的气动荷载 (1) 作用在风轮上的平均压力作用在风轮扫掠面积A 上的平均压力H p 由下式计算： 2H FB 1 2 r p C V ρ= （6.1.1）式中：C FB =8/9； ρ——空气密度； V r ——额定风速。代入系数值并经量纲转换后得： 2 H 1800 r V p =（kN/m 2）（6.1.2）

式中：V r 的量纲为m/s 。 (2) 作用在塔架顶部的力为： XH H F p A = （6.1.3） (3) 湍流、风斜流和塔尾流的影响利用气动力距风轮中心的偏心距e w 来考虑湍流以及风斜流和塔尾流的影响： 2 2w r wR e V = （6.1.4）式中：R ——风轮半径； w ——任一方向风的极端风梯度，取w =0.25 m s m 或风速梯度的1.5 倍（二值中取较小值）。由于此偏心距而产生最大附加力矩为： YH H w M p Ae = （6.1.5）或 ZH H w M p Ae = （6.1.6） (4) 扭矩XH M 由最大输出功率P e1 确定： e1 XH P M ωη = （6.1.7）式中：ω——风轮转动角速度； η——发电机和增速器的总效率系数。若无输出功率或总效率系数实际值时，则可假定单位风轮扫掠面积的输出功率为500W/m 2及总效率系数η=0.7。将η=0.7 及P e1（kW ）代入得： e1 XH 14 P M n = （6.1.8）式中：n ——风轮转速，r/min 。 6.1.1.2 风机偏航载荷风机偏航运动时，由于陀螺效应，偏航运转将引起作用在塔架顶部的陀螺力，这就是偏航荷载，对于偏航运动的不同阶段，该荷载分为启动荷载和匀速转动荷载。

沿海风电机组如何提高抗台风能力？北极星电力网新闻中心 2011-9-6 14:45:01 所属频道: 风力发电关键词: 风电机组六鳌风电场风电技术北极星风力发电网讯:近年来，风力发电成为福建省电力能源产业发展重点，截至2010年底，福建全省风电总装机容量55.77万千瓦。风力发电带动沿海经济发展的同时，也时常饱受台风侵扰之惑，给安全生产工作带来影响。本文以福建大唐漳州六鳌风电场设备事故为案例，从技术手段和管理措施两个层面，详细阐述沿海地区如何加强和提高风电机组抗击台风的能力。台风对风电场的影响特征包括极端风速、突变风向和非常湍流等，这些因素单独或共同作用往往使风电机组不同程度受损，如叶片因扭转刚度不够出现通透性裂纹或被撕裂;风向仪、尾翼被吹毁;偏航系统和变桨系统受损等，以及最严重的风电机组倒塔。六鳌风电场设备损坏事故分析六鳌风电场位于福建省漳浦县六鳌半岛东侧的海岸线地带，目前在役总装机容量为101.6兆瓦，总计85台风机。工程分三期开发，共用一个升压站集中控制。

2010年10月23日12时55分，强台风“鲇鱼”在福建漳浦县六鳌镇正面登陆，登陆时近中心最大风力13级(38米/秒)，中心最大气压为970百帕，是2010年最强台风。强台风“鲇鱼”的正面登陆造成六鳌风电场三期Z13号风机倒塔、Z10号风机叶片折断。造成一期两台箱变线圈短路烧损;二期两台风机轮毂进水，控制柜内元器件损坏;三期Z2、Z13号两台箱变绕组短路烧损。事故原因分析：1.台风造成的瞬时风速、湍流强度和入流角超过受损风机的设计制造标准，是事故的直接原因。依据相关设计制造标准，Z72-2000型风力发电机组可承受极端风速(50年一遇3秒平均)为70米/秒，最大湍流强度为0.16，最大入流角为8°。根据福建省气候中心的风速计算报告结果，在Z13号风机倒塔时段内瞬时计算风速(3秒钟平均)达70.2米/秒，湍流强度达0.3以上，超出了风机可承受的极端风速及湍流极大值;在Z10号风机叶片折断时段内湍流强度高达0.3以上，入流角20°以上，湍流强度和入流角均大大超出风机可承受的最大湍流强度和最大入流角。 2.台风造成箱变进水短路，导致风机失去电网电源，是事故扩大的原因。

风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心发言人：韩炜 2008-4-14 北京鉴衡认证中心

内容概要 1. 风力发电机组载荷计算目的 2. 风力发电机组载荷特点 3. 风力发电机组载荷计算北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷计算目的 ? 对于设计：提供强度分析载荷依据，确保各部件承载在设计极限内；优化运行载荷，提高机组可靠性。 ? 对于认证：确保载荷计算应用了适当的方法，工况假定全面且符合标准要求，结果真实可靠。北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷特点 ? 风 ? 空气动力学 ? 叶片动力学 ? 控制 ? 传动系统动力学 ? 电力系统 ? 塔架动力学 ? 基础北京鉴衡认证中心

风力发电机组载荷计算风力发电机组载荷计算标准 ? 陆上风机：GB18451.1（2001）；IEC61400-1（1999， 2005）；GL Guideline2003；… ? 海上风机：IEC61400-3；GL Guideline (Offshore) 2005? DNV- OS-J101 … 北京鉴衡认证中心

万方数据

第３４卷第１期渐开线圆柱齿轮传动的动载荷系数分析３５速时，简化方法确定的动载荷系数偏大；而在高速时，简化方法确定的动载荷系数偏小。为此本文中我们给出了一般方法确定动载荷系数的实用曲线和数据表。１确定动载荷系数的一般方法在亚临界区工作的齿轮，其动载荷系数Ｋｙ的表达式为［１］１１８—１１９［２】１１—１２Ｋｖ＝ＮＫ＋１（１）Ｋ＝ＧｌＢｐ＋Ｇ２ＢＳ＋Ｃ口３Ｂｋ（２）式（１）、式（２）中，Ｇｌ、Ｇ２和Ｇ３分别为考虑齿轮重合度影响的系数；８。、Ｂｊ，和仇分别为考虑齿距偏差、齿形偏差和轮齿修缘影响的系数；Ｎ为临界转速比，对于亚临界区Ⅳ≤０．８５，其表达式为Ⅳ：藉（３）式（３）中，ｍｒｅｄ为齿轮副诱导质量，单位ｋｇ／ｍｍ。对于一般外啮合传动，诱导质量可按下式计算ｍ捌＝詈（等）２—１１（４）（１一ｇ｛）ｌＤｌ。（１一ｑ｛）ｌＤ２“２式（３）中的ｃ，为齿轮的啮合刚度，Ｎ／（ｍｍ?／．ａｎ），其表达式为门，’门勺＝（ｏ．７５Ｅ．＋ｏ．２５）半ｃｏｓｐ×１．０５（５）式（５）中，ｇ’为齿轮柔度的最小值，单位ｍｍ?ｔａｎ，标准齿轮可按下式确定ｑ’＝０．０４７２３＋（０．１５５５１＋０．２５７９１／ｕ）／磊ｌ（６）上面各式中其他参数的含义及取值详见参考文献［３］９一ｌｌ。由以上各式可知，齿轮动载荷系数岛与齿轮的齿数ｚｌ、齿数比／／，、小齿轮转速ｎｌ、诱导质量ｍｒｅｄ等参数有关，确定过程复杂，不便于工程应用。为此新国标给出了确定动载荷系数凰的简化方法。２确定动载荷系数的简化方法新国标［３］１４。５和文献［４］给出了用简化方法确定动载荷系数凰的表达式Ｋｖ＝［Ａ＋瓜２００ｖ／Ａ］日＝［Ａ＋￣／ｊ占（７）Ａ＝１０６—５６Ｂ（８）召＝０．２５（Ｃ一５．Ｏ）ｏ－６６７（９）式（７）．式（９）中，移为齿轮的节线速度，单位ｍ／ｓ；Ｃ为齿轮传动精度系数Ｃ＝６—１２。根据式（６），新国标给出了岛的线图，如图ｌ所示。新国标指出，简化方法是基于经验数据，主要考虑齿轮制造误差和节线速度的影响。曲线范围内没有考虑共振的影响，此方法主要适用于缺乏详细资料的初步设计阶段。目前，各种机械设计教材给出的都是这种简化的岛曲线。那么，该简化方法与一般方法确定的动载荷系数差异有多大，我们通过下面的实例计算加以分析。齿轮节线速度ｖ／（ｍ／ｓ）图１齿轮动载荷系数岛‘ ３一般方法的动载荷系数计算与分析３．１一般方法的动载荷系数计算为了用一般方法确定动载荷系数的大小，设一对标准正常齿制直齿圆柱齿轮传动，小齿轮的齿数Ｚ－ｌ－２５，模数ｍ＝４．０ｍｍ，小齿轮宽度ｂ１＿６５ｍｍ，大齿轮宽度ｂ２＝６０ｒａｍ，实心式结构（式（３）中ｇｌ＝ｑ２＝０）。两齿轮材料皆为４０Ｍ１１Ｂ（Ｐ１＝Ｐ２＝７．８×１０“ｋｇ／ｍｍ３），热处理为表面淬火，接触疲劳极限盯ｌｉＩｎ＝１０６０ＭＰａ。各级精度齿轮的单个齿距偏差和齿廓总偏差按ＧＢ／Ｔ１００９５．１—２００８确定。厶＝ｏ．３（％＋ｏ．４“＋４）×２（ｃｒ２－２．５’（ｔａｎ）圪＝（３．２厂磊＋０．２２＾＋ｏ．７）×２（∽－２．５）（／．ａｎ）上式中，ｄ．为齿轮的分度圆直径，ｒ肿。由（１）式可知，动载荷系数Ｋ。是临界转速比Ⅳ的函数。把式（３）、式（４）代入式（１），并设齿轮分度圆直径约等于平均直径，则有ｒｅｄ】／７，ｌ玎厶１１１，１，，＾、口。丽丽２丽丽ｔ川，一对材料相同的实心齿轮，式（１）经整理后变为Ｋｖ＝而７．１＂０伽√彘南Ｋ＋ｌ（… 由式（１１）可知，动载荷系数胁是２Ｉｖ／１００的函数。因此，在给定齿轮精度等级的条件下可以绘制出琊的曲线（详见ＧＢ／Ｔ３４８０—１９８３）。但是实际上嘶还与齿数比／３，、单位齿宽载荷杨Ｅ／６（影响式（１１）中的Ｋ）等其他参数有关。对于７级精度的齿轮，取不同齿数比和单位齿宽载荷，计算的动载荷系数Ｋ如图２所示。可见齿数比和单位齿宽载荷对动载荷系数都有较明显的影响。因此，ＧＢ／Ｔ３４８０—１９８３中简化方法确定的动载荷系数的曲线在ＧＢ／Ｔ３４８０一１９９７中被取消了。如前所述，新国标中简化方法确定动载荷系数的　万方数据

按老版本规范风荷载标准值计算方法： 1.1风荷载标准值的计算方法幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算： w k =β gz μ z μ s1 w ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] 上式中： w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：15.6m； β gz ：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)： β gz =K(1+2μ f ) 其中K为地面粗糙度调整系数，μ f 为脉动系数 A类场地：β gz =0.92×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.387×(Z/10)-0.12 B类场地：β gz =0.89×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.5(Z/10)-0.16 C类场地：β gz =0.85×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.734(Z/10)-0.22 D类场地：β gz =0.80×(1+2μ f ) 其中：μ f =1.2248(Z/10)-0.3 对于B类地形，15.6m高度处瞬时风压的阵风系数： β gz =0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.7189 μ z ：风压高度变化系数；根据不同场地类型,按以下公式计算： A类场地：μ z =1.379×(Z/10)0.24 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m； B类场地：μ z =(Z/10)0.32 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地：μ z =0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地：μ z =0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于B类地形，15.6m高度处风压高度变化系数： μ z =1.000×(Z/10)0.32=1.1529 μ s1 ：局部风压体型系数；按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μ s1 ：一、外表面 1. 正压区按表7.3.1采用； 2. 负压区 -对墙面，取-1.0 -对墙角边，取-1.8 二、内表面对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。本计算点为大面位置。按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于围护结构有开启的可能，所以

风力发电机组气动特性分析与载荷计算目录 1前言 (2) 2风轮气动载荷 (2) 2.1 动量理论 (2) 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转 (2) 2.1.2 考虑风轮后尾流旋转 (3) 2.2 叶素理论 (4) 2.3 动量──叶素理论 (4) 2.4 叶片梢部损失和根部损失修正 (6) 2.5 塔影效果 (6) 2.6 偏斜气流修正 (6) 2.7 风剪切 (6) 3风轮气动载荷分析 (7) 3.1周期性气动负载................................................................................... 错误！未定义书签。 4.1载荷情况DLC1.3 (10) 4.2载荷情况DLC1.5 (10) 4.3载荷情况DLC1.6 (10) 4.4载荷情况DLC1.7 (11) 4.5载荷情况DLC1.8 (11) 4.6载荷情况DLC6.1 (11)

1 前言风力发电机是靠风轮吸取风能的，将气流动能转为机械能，再转化为电能输送电网，风力机气动力学计算是风力机设计中的一项重要工作。特别是对于大、中型风机，其意义更为重大。风力机处于自然大气环境中，大气紊流、风剪切、风向的变化（侧偏风）和塔影效应等，这些现象使叶片受到非常复杂气动载荷的作用，对风力机的气动性能和结构疲劳寿命产生很大的影响。对一台大型风力发电机组来说，除风轮叶片产生机组的气动载荷外，机舱和支撑风轮和机舱的塔筒也产生气动载荷，这些都对机组的载荷产生影响。 2 风轮气动载荷目前计算风力发电机的气动载荷有动量—叶素理论、CFD 等方法。动量—叶素理论是将风轮叶片沿展向分成许多微段，称这些微段为叶素，在每个叶素上的流动相互之间没有干扰，叶素可以认为是二元翼型，在这些微段上运用动量理论求出作用在每个叶素上的力和力矩，然后沿叶片展向积分，进而求得作用在整个风轮上的力和力矩，算得旋翼的拉力和功率。动量—叶素理论形式比较简单，计算量小，便于工程应用，估算机组初始设计时整机的气动性能，被广泛用于风力机的设计和性能计算，而且还用来确定风力机的动态载荷，不断地被进一步改进和完善。CFD 数值计算不需要对数学模型作近似处理，直接对流体运动进行数值模拟，从物理意义上说，数值求解N-S 方程的CFD 方法应该是最全面准确计算风力机气动特性的方法。但是，由于极大的计算工作量，数值计算的稳定性等原因，目前CFD 求解N-S 方程方法还远不能作为风力机气动设计和研究的日常工具。作为解决工程问题的工具还不太实际。为此在计算中应用动量—叶素理论方法来计算机组的气动载荷。 2.1 动量理论动量理论是经典的风力机空气动力学理论。风轮的作用是将风的动能转换成机械能，但是它究竟能够吸收多大的风的动能就是动量理论回答的问题。下面分不考虑风轮后尾流旋转和考虑风轮后尾流旋转两种情况应用动量理论。 2.1.1 不考虑风轮后尾流旋转首先，假设一种简单的理想情况：（1）风轮没有偏航角、倾斜角和锥度角，可简化成一个平面桨盘；（2）风轮叶片旋转时不受到摩擦阻力；（3）风轮流动模型可简化成一个单元流管；（4）风轮前未受扰动的气流静压和风轮后的气流静压相等，即p 1 = p 2；（5）作用在风轮上的推力是均匀的；（6）不考虑风轮后的尾流旋转。将一维动量方程用于风轮流管，可得到作用在风轮上的轴向力为 ()21V V m T -= （1）式中 m 为流过风轮的空气流量 T AV m ρ= （2）于是 ()21V V AV T T -=ρ （3）而作用在风轮上的轴向力又可写成 () -+-=p p A T （4）由伯努利方程可得 ++=+p V p V T 222121ρρ （5） -+=+p V p V T 22222ρρ （6）根据假设，p 1 = p 2，（5）式和（6）式相减可得

北京京能新能源有限公司企业标准 Q/XNY-216.10.01-16-2012 内蒙古分公司乌兰伊力更风电场风机超速、倒塔事故现场处置方案 20××-××-××发布 20××-××-××实施北京京能新能源有限公司发布

安全管理 Q/XNY-216.10.01-16-2012 目次前言............................................................................... III 1 总则.. (1) 1.1 编制目的 (1) 1.2 编制依据 (1) 1.3 适用范围 (1) 2 事件特征 (1) 2.1 事件可能发生的区域、地点 (1) 2.2 事件可能造成的危害程度 (1) 2.3 风机超速前可能出现的征兆 (1) 2.4 风机飞车前可能出现的征兆 (2) 2.5 倒塔前可能出现的征兆 (2) 3 应急组织及职责 (2) 3.1 应急救援指挥部 (2) 3.2 指挥部人员职责 (2) 4 应急处置 (2) 4.1 现场应急处置程序 (2) 4.2 现场应急处置措施 (2) 4.3 事件报告流程 (3) 5 注意事项 (3) 6 附则 (4) 6.1 应急部门、机构或人员的联系方式 (4) 6.2 应急设施、器材和物资清单 (4) 6.3 关键的路线、标识和图纸 .............................................. 错误！未定义书签。 6.4 应急救援指挥位置及救援队伍行动路线 .................................. 错误！未定义书签。 6.5 相关文件 (10) 6.6 其他附件 ............................................................ 错误！未定义书签。

.风荷载计算根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规范，风荷载的计算公式为： 0k z s z w u u βω= （） s u ——体型系数 z u ——风压高度变化系数 z β——风振系数 0ω——基本风压 k w ——风荷载标准值体型系数s u 根据建筑平面形状由《建筑结构荷载规范》项次30，迎风面体型系数（压风指向建筑物内侧），背风面（吸风指向建筑外侧面），侧风面（吸风指向建筑外侧面）。风压高度变化系数z u 根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别，按照规范表确定。本工程结构顶端高度为+=米，建筑位于北京市郊区房屋较稀疏，由规范条地面粗糙度为B 类。由表高度90米和100米处的B 类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为和。则米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为：对于高度大于30m 且高宽比大于的房屋，以及基本自振周期T1大于的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。本工程30层钢结构建筑。基本周期估算为()1T =0.10~0.15n=3.0~4.5s ，应考虑脉动风对结构顺风向风振的影响，并由下式计算： 1012Z z gI B β=+ （）式中： g ——峰值因子，可取 10I ——10m 高度名义湍流强度，对应ABC 和D 类地面粗糙，可分别取、、和；

R ——脉动风荷载的共振分量因子 z B ——脉动风荷载的背景分量因子脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算：式中： 1f ——结构第1阶自振频率（Hz ） w k ——地面粗糙度修正系数，对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙，可分别取、、和； 1ζ——结构阻尼比，对钢结构可取，对有填充墙的钢结构房屋可取，对钢筋混凝土及砌体结构可取，对其他结构可根据工程经验确定。经过etabs 软件分析，结构自振周期1 4.67f s = 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定：式中： 1()z φ——结构第1阶振型系数 H ——结构总高度（m ），对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不能大于300m 、350m 、450m 和550m ； x ρ——脉动风荷载水平方向相关系数； z ρ——脉动风荷载竖向方向相关系数； k 、1α—— 脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定：（1）竖直方向的相关系数可按下式计算：式中： H ——结构总高度（m ）；对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不应大于300m 、350m 、450m 和550m ；（2）水平方向相关系数可按下式计算：式中：

风电场二十六项反事故措施实施细则批准: 审核：编制： 2020年01月01日

目录一、目的 ...................................................... - 3 - 二、适用范围................................................... - 3 - 三、编制依据................................................... - 3 - 四、具体措施................................................... - 5 - 1、防止人身伤亡事故措施........................................ - 5 - 2、防止交通事故措施........................................... - 15 - 3、防止误操作事故措施......................................... - 17 - 4、防止电气设备火灾事故措施................................... - 18 - 5、防止风电机组倒塔措施....................................... - 20 - 6、防止风电机组火灾措施....................................... - 24 - 7、防止机舱、风轮和叶片坠落事故措施........................... - 29 - 8、防止风电机组超速事故措施................................... - 30 - 9、防止风电机组雷击事故措施................................... - 32 - 10、防止风电机组大规模脱网事故措施............................ - 33 - 11、防止全场停电事故措施...................................... - 36 - 12、防止变压器（含箱式变压器）和互感器损坏事故措施............ - 40 - 13、防止开关设备事故措施...................................... - 43 - 14、防止电气设备雷击事故措施.................................. - 48 - 15、防止继电保护事故措施...................................... - 51 - 16、防止直流系统事故措施...................................... - 55 - 17、防止倒杆塔和断线事故措施.................................. - 58 - 18、防止风电机组电缆绞断事故措施.............................. - 59 - 19、防止接地网事故措施........................................ - 60 - 20、防止污闪事故措施.......................................... - 61 - 21、防汛事故措施.............................................. - 62 - 22、防暴风雪措施.............................................. - 64 - 23、防止风力机发电机损坏事故措施.............................. - 66 - 24、风电场防寒防冻措施........................................ - 68 -