垂直轴风力发电机组标准

 龙向能源根据国家现有相关执行标准制定了垂直轴风力发电机企业标准，本标准适用垂直轴风力发电机组，在特定环境条件下，设计、安装、维护、和运行中的安全要求。这个标准的制定希望可以抛砖引玉，使得垂直轴风力发电机组的标准制定更完善。

垂直轴风力发电机组标准

目录

1 范围

2 引用及参考标准

2.1 引用标准

2.2 参考标准

3 术语和定义

3.1 说明

3.2 术语

3.3 定义

4 符号和缩写

4.1 符号和单位

4.2 缩写

5 基本要素

5.1 概述

5.2 设计方法

5.3 安全等级

5.4 质量保证

5.5 机组铭牌

6 外部条件

6.1 概述

6.2 机组分级

6.3 风况

6.4 其他环境条件

6.5 电网条件

7 结构设计

7.1 概述

7.2 设计方法

7.3 载荷

7.4 设计工况和载荷状态

7.5 载荷计算

7.6 最大极限状态分析

8 控制和保护系统

8.1 概述

8.2 风力机控制

8.3 风力机保护

8.4 功能要求

9 机械系统

9.1 概述

9.2 错误装配

9.3 液压或气动系统

10 电气系统

10.1 概述

10.2 一般要求

10.3 保护装置

10.4 分离装置

10.5 接地系统

10.6 防雷

10.7 电缆

10.8 自励

10.9 过压保护

10.10 谐波和功率调节装置

11  外部调节评估

11.1 概述

11.2 风况评估

11.3 其他环境条件

11.4 电网条件

11.5 土壤条件

12  组装、安装和竖立

12.1 概述

12.2 计划

12.3 安装条件

12.4 场地通道

12.5 环境条件

12.6 文件

12.7 接收、装卸和存放

12.8 基础/地锚系统

12.9 组装、竖立

12.10 紧固件和联接件

12.11 吊装安全

13  试运行、运行和维护

13.1 概述

13.2 试运行

13.3 运行

13.4 检查和维护

前言

本标准根据GB/T1.1-2000《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写规则》的要求，并参照GB18451.1-2001《风力发电机组 安全要求》等国内相关标准及资料编写而成。本标准的附录A、附录B和附录C是标准的附录，参照GB18451.1-2001.

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。

本标准由德州瑞迪姆新能源科技有限公司提出并归纳。

本标准起草单位：德州瑞迪姆新能源科技有限公司

本标准起草人：雒龙泉、雒进进、雒风存等。

垂直轴风力发电机组 安全要求

1 范围

本标准规定了垂直轴风力发电机组（Vertical Axis Wind Turbine Generator System，简称 VAWTGS）。在特定的环境条件下，设计、安装、维护和运行中的安全要求。

本标准涉及到垂直轴风力发电机组各子系统，如控制和保护机构，内部电气设备，机械系统，支撑结构以及电气联接设备。

本标准适用于风轮扫掠面积大于或等于50m2的垂直轴风力发电机组。

2 引用及参考标准

2.1 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。

GB17625.1-1998 低压电气及电子设备发出的谐波电流限值（设备每相输入电流≤16A）

GB17625.2-1999 电磁兼容 限值 对额定电流不大于16A的设备在低压供电系统中产生的电压波动和闪烁的限制（idt IEC 61000-3-3： 1994）

ISO 2394:1986 结构可靠性基本原理

IEC60204-1:1997 工业机械电气设备——第1部分：通用技术条件

IEC60364（全部）建筑物电气装置

IEC60721-2-1：1982环境条件分类——第2部分：自然环境-wendu he shidu

IEC61024-1:1990 建筑物防雷设计规范

IEC61312-1:1995 雷电电磁脉冲防护

Q/SF101.1-2011 垂直轴风力发电机组 第1部分：通用技术条件

Q/SF201-2011 垂直轴风力发电机组 风轮叶片

2.2 参考标准

下列标准所包含的条文，供本标准在使用过程中参考。若术语与定义的名称与本标准相同，则以本标准为准。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。

GB18451.1-2000 风力发电机组 安全要求

IEC61400-1/E2:1999 风力发电机组 第1部分 安全要求

3 术语和定义

3.1 说明

3.1.1 除本标准重新指明的外，术语和定义参照GB18451.1-2001《风力发电机组 安全要求》的规定执行。

3.1.2 一般的，垂直轴风力发电机组无偏航系统。

3.2 术语

3.2.1 风轮 rotor

由叶片等部件组成的将风能转化为机械能的转动件。

3.2.2 风力机 wind turbine

将风能转化为机械能的动力机械。

3.2.3 垂直轴风力机 Vertical Axis Wind Turbine ，简称 VAWT

风轮轴基本上垂直于风向的风力机（叶片做功给中心驱动轴垂直于地平线）。

3.2.4 水平轴风力机 Horizontal Axis Wind Turbine ，简称HAWT

风轮轴基本上平行于风向的风力机（旋转主轴与地平线基本水平）。

3.2.5风力发电机组 Wind Turbine Generator System，简称WTGS

将风能转化为电能的系统。

3.2.6垂直轴风力发电机组 Vertical Axis Wind Turbine Generator System，简称 VAWTGS

装配垂直轴风力机的风力发电系统。

3.2.7 叶片 blade

具有空气动力形状，使风轮绕其轴转动的主要构件。

3.2.8 轮毂 hub

将叶片或叶片组件安装在风轮轴上的装置。

3.2.9 支架 bracket

将叶片或叶片组件与轮毂连接起来的装置。

3.2.10 轮毂高度 hub-height

从地面到风轮扫掠面中心的高度。

3.2.11 支撑结构 support structure

由塔架和基础组成的为发电机服务的风力机部分。

3.2.12 机房 machine room

设在地面上、风力发电机组塔架内或外部附近，包容电气设备和其他装置的建筑物。

3.3 定义

3.3.1 扫掠面积 swept area

垂直与风矢量平面上的，风轮旋转时叶尖运动所生成的投影面积，又称掠风面积。

3.3.2 风速 wind speed

空气通过空间特定点上的瞬时运动速度。

注：风速即风矢量的数值。

3.3.3 切入风速（Vin）cut-in wind speed

VAWTGS开始发电时，轮毂高度处的最低风速。

3.3.4 切出风速（Vout）cut-out wind speed

VAWTGS安全的实现功率输出时，轮毂高度处的最高风速。

3.3.5 年平均 annual average

数量和持续时间足够长的一组测量数据的平均值，供作估计期望值用。时间周期应是一个完整的年数，以便将不稳定因素（如季节变化等）平均在内。

3.3.6 年平均风速 annual average wind speed

按照年平均的定义确定的平均风速。

3.3.7 下风向 downwind

主风方向

3.3.8 上风向 upwind

主风向的相反方向。

3.3.9 风切变 wind shear

在垂直于风向的平面内，风速随高度的变化。

3.3.10 风廓线：风切变律 wind profile:wind shear law

风速随离地面高度以对数关系变化的数学式。

注：通常应用（1）对数廓线 （2）指数廓线。

风频。

3.3.14 风矢量 wind velocity

标有被研究某点气体微团运动方向，其值等于“气体微团”运动速度（即该点风速）的矢量。

3.3.15 瑞利分布 Rayleigh distribution

经常用于风速的概率分布函数，分布函数取决于形状参数和尺度参数，它控制平均风速分布。

3.3.16 威布尔分布 Wwibull distribution

一种概率分布函数。

3.3.17 自动接通周期 auto-reclosing cycle

故障清楚后电网重新接通且VAWTGS 也重新接通电网后，离合器松开需要的从0.01s到数秒的一段时间。

3.3.18 待机 standing by

风力发电机组慢速运转无功率输出的状态。

3.3.19 锁定 blocking

利用机械销或其他装置防止风轮轴运动。

3.3.20 制动 applying the brake

能有效地降低风轮转速或使其停止转动的手段。

3.3.21 制动器 brake

能降低风轮转速或能停止风轮旋转的装置。

3.3.22 严重故障 catastrophic failure

零部件严重损坏，导致主要功能丧失，安全受损。

3.3.23 特性值（材料性能）acteristic vlaue (of a material property)

材料具有的规定的概率值，这个值不是由假定的无限次试验获得。

3.3.24 复杂地形带 complex terrain

风电场场地周围属地形显著变化的地带或有能引起气流畸变的障碍物地带。

3.3.25 控制系统 control systerm

接受风力机或其他环境信息，调节风力机，使其保持在工作要求范围内的系统。

3.3.26 设计极限 design limits

设计中采用的最大值或最小值。

3.3.27 潜在故障 dormant failure (also known latent fault)

正常运行中未被发现的系统或部件的故障。

3.3.28 电网 electrical power network

用于输送和分配电能的专用设备、变电站、电线电缆。

3.3.29 紧急关机 emergency shutdown

保护系统触发或人工干预下使风力机的迅速关机。

3.3.30 环境条件 environmental conditions

影响VAWTGS 工况的环境特征（海拔高度，温度，湿度等）。

3.3.31 外部条件 extreme wind speed

影响风力机工作的诸因素，包括风况，电网条件和其他气象因素（温度、冰、雪等）。

3.3.32 极端风速 extreme wind speed

T秒内的平均最高风速，它可能是N年一遇（重现周期N年）。

注：本标准蔡用的重现周期N=50年和N=1年，采用的时限T=3s和T=10s。极端风速即为俗称的“安全风速”。

3.3.33 故障风险 fail-safe

避免由故障引发产品严重破坏的设计特性。

3.3.34 阵风 gust

超过平均风速的突然和暂短的风速变化。

注：阵风可用它的上升时间，即幅度持续时间表达。

3.3.35 空转 idling

风力机缓慢旋转而不发电的状态。

3.3.36 湍流惯性负区 inertial subrange

风速湍流谱的频率区间，此区间内涡流经逐步破碎达到均质，能力损失忽略不计。

注：在典型的10m/s的风速，惯性负区的频率范围大致从0.02Hz到2kHz。

3.3.37 孤立运行 isolated operation

离网后，分离的动力系统稳定的或是暂时的运行。

3.3.38 极限状态 limit state

结构受力的一种状态，如果作用力超过这一状态，则结构不再满足设计要求（ISO 2394）。

注：设计计算（极限状态的设计要求）的目的是使结构达到极限状态的概率小于结构规定值（ISO 2394）。

3.3.39 对数风切变律 logarithmic wind shear law

表示风速随离地面高度以对数关系变化的数学式。

3.3.40 最大功率 maximum power

正常工作状态下，风力发电机组输出的最高净电功率。

3.3.41 平均风速 mean wind speed

给定时间内瞬时风速的平均值，给定时间可从几秒到数年不等。

3.3.42 电网联接点 network connection point

对单台风力机组是输出电缆终端，而对风电场是电网与电力汇集系统总线的联接点。

3.3.43 正常关机 normal shutdown

关机全过程都是在控制系统控制下进行的关机。

3.3.44 工作范围 operating linits

由 VAWTGS设计者确定的支配控制系统和安全防护系统的诸多条件。

3.3.45 停机 turning off

风力发电机组正常关机以后的状态。

3.3.46 风力机停机 parked wind turbine

根据风力机结构的不同，决定是采用静止或是空转的停机状态。

3.3.47 电力汇集系统 power law for wind shear

汇集一个或多个风力发电机组电能的电力联接系统。它包括VAWTGS终端与电网联接点之间的所有电气设备。

3.3.48 风切变幂律 power law for wind shear

表示风速随离地面高度以幂定律关系变化的数学式。

3.3.49 功率输出 power output

通过专用设备将电能输送给用电设备的过程。

3.3.50 保护系统 protection system

确保VAWTGS 运行在设计范围内的系统。

3.3.51 额定风速（Vr）rated wind speed

VAWTGS 达到额定功率输出时规定的风速。

3.3.52 额定功率 rated power

在正常的工作条件下，部件、装置或设备赋予的功率数。

注：（风力机）正常工作条件下，VAWTGS设计要达到的最大连续输出电功率。

3.3.53 参考风速（V）reference wind speed

用于确定VAWTGS级别的基本极端风速参考。与气候相关的其他设计参数可从参考风速和其他基本登记参数中得到。

注：用参考风速V设计的风力机，轮毂高度处承受的50年一遇10min平均最大风速应小于或等于V。

3.3.54 共振 resonance

振动系统中出现的一种现象，此时强迫振动频率非常接近振动系统固有振动频率。

3.3.55 旋转采样风矢量 rotationally sampled wind velocity

旋转风力机风轮上某一固定点经受的风矢量。

注：旋转采样风矢量湍流谱与正常油流谱有明显的不同。风轮旋转时，叶片切入气流，流谱产生空间变化，最终的流谱包括转动频率下的流谱和由此产生的谱量。

3.3.56 风轮转速（风力机）rotor speed (wind turbines)

风轮绕其轴的旋转速度。

3.3.57 粗糙长度 roughness length

在假定垂直风廓线随离地面高度按对数关系变化的情况下，平均风速变为0时推算出的高度。

3.3.58 安全寿命 safe life

严重失效前的预期使用时间。

3.3.59 定期维护 scheduled maintenance

严格按预定的日期表进行的预防性维护。

3.3.60 使用极限状态 serviceability limit state

规范管理中正常使用下的边界条件。

3.3.61 静止 standstill

VAWTGS的停止状态。

3.3.62 安全风速 survival wind speed

结构能承受的最大设计风速的俗称，又称生存风速。

3.3.63 湍流强度 turbulence intensity

标准风速偏差与平均风速的比率，用同一组测量数据和规定的周期进行计算。

3.3.64 湍流尺度参数 turbulence scale parameter

纵向功率谱密度等于0.05的无量纲的波长。

3.3.65 最大极限状态 ultimate limit state

通常指风力机处于能承受最大载荷的极限状态，即与损坏和可能造成的错位或变形对应的极限状态

3.3.66 不定期维护 unscheduled maintenance

不是根据确定的时间表，而是根据对某一状态的迹象而确定的临时性维护。

3.3.67 风电场 wind power station

由一批风力发电机组或风力发电机组群组成的电站，通常称风电场。

3.3.68 WTGS电力系统 WTGS electrical system

所有WTGS内部电气设备到WTGS的终端，包括接地、连接、通讯设备。由风力发电机到地线网络的一段导线也包括在内。

3.3.69 WTGS 终端 WTGS terminals

WTGS供电器上的一点，通过它WTGS被接到电力汇集系统上。它还应包括为输送电能和通讯目的的连接。

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EWM 最发风速模型

EWS 最大风切变

F 疲劳

N 正常的或最大（安全系数）

NWP 正常风速轮廓线模型

NTM 正常湍流模型

S IEC 标准的WTGS分类（安全等级）

T 运输和安装（安全系数）

U 极限

VAWT 垂直轴风力机

VAWTGS 垂直轴风力发电机组

5 基本要素

5.1 概述

为了保证VAWTGS机构、结构、电气系统和控制系统的安全，在下面的条款中给出了技术要求。这些技术要求应用于VAWTGS的设计、制造、安装和维护以及相关的质量管理过程。此外，已有的VAWTGS的安装、运输和维护要求中的各种安全规程也必须遵守。

5.2 设计方法

本标准要求采用结构动力学模型，以便预测设计载荷。这个模型应用第6章指出的湍流和其他极端风况以及第7章规定的设计状况来确定风力机工作风速范围内  的载荷。应对规定的外部条件与设计工况和载荷情况的所有相关组合进行分析。一确定具体型号VAWTGS设计载荷组。

VAWTGS的整体结构试验数据，能提高设计数据的可信度，并能验证结构动力模型设计的合理性。

应通过计算和试验来验证设计的合理性。如果用试验验证，则试验时的极限条件必须满足本标准规定的特性值与设计状况。试验条件的选择，包括试验载荷在内，必须考虑相关的安全因素。

5.3 安全等级

VAWTGS 可按下面两种安全等级中的一种进行设计：

n 一般安全等级，当失效的结果可能导致人身伤害，或造成经济损失和产生社会影响时，采用这一等级；

n 特殊安全等级，当安全取决于局部调整或制造厂与用户二者协商决定时，采用这一等级。

一般等级VAETGS的安全系数，本标准7.6条详细说明。特殊等级VAWTGS的安全系数必须由制造厂与用户协商同意。根据特殊安全等级设计的VAWTGS即为6.2条定义的S级VAWTGS。

5.4 质量保证

质量保证是VAWTGS及其零部件设计、采购、制造、安装、运行和维护的主要部分。

质量体系遵照相关国家标准要求。

5.5 机组铭牌

下列内容应突出明显地标示在永久性的产品铭牌上：

—— VAWTGS 的制造厂和国家；

—— 型式和产品编号；

—— 生产日期；

—— 额定功率；

—— 参考风速；

—— 轮毂高度处工作风速范围，Vin~Vout ；

—— 工作环境的允许温度范围；

—— VAWTGS 的等级;

—— VAWTGS 输出端额定电压；

——VAWTGS 输出端频率或频率范围，通常额定频率偏差大于2%时，为频率允许变化范围。

6 外部条件

6.1 概述

在VAWTGS的设计中应考虑本章阐述的外部条件。

VAWTGS要承受环境和电对它的影响，这些影响主要体现在载荷、使用寿命和正常工作等几个方面。为保证一定的安全性和可靠性水平，这设计中药考虑到环境、电力和土壤参数并在设计文件中予以明确规定。

环境条件可进一步划分为风况和其他外部条件。电力的条件则可参照电网条件。土壤特性关系到VAWTGS的基础设计。

各类外部条件可再细分为正常外部条件和极端外部条件。正常外部条件通常涉及的是长期结构载荷和运行状态。极端外部条件出现机会很少，但它是潜在的临界外部设计条件。设计载荷情况由这些外部条件与风力机运行模式结合而构成。

对结构整体而言，风况是最基本的外部因素。其他环境条件对设计特性，诸如控制系统功能、耐久性、腐蚀等有影响。

根据VAWTGS安全等级的要求，设计中要考虑正常和极端条件，详见下列相关条款。

6.2 机组分级

设计中要考虑的外部条件由VAWTGS的安装场地类型决定。而VAWTGS等级又取决于风速和湍流参数。分级使(ˇˍˇ) 想～要达到最大限度应用的目的，使风速和湍流参数在不同的场地大体再现，而不是与某一特定场地精细吻合，见第11章。总的目的是要得到明显由风速和湍流参数决定的VAWTGS的等级。

表1 规定了确定VAWTGS等级的基本参数。

在这些情况中，需要一个特定的（例如特定风况或特定外部条件或一个特定安全等级，见5.3）更高的VAWTGS等级，这个等级定为S级。S级VAWTGS的设计值由设计者选取，并在设计文件中详细说明。特定设计中，选取的设计值所反应的环境条件要比预期的用户使用环境更为恶劣。

近海或高海拔地区安装的风力机的特殊外部条件要求VATWGS的设计为S级。

表中：各数值应用于轮毂高。

A表示较高湍流特性级；

B表示较低湍流特性级；

I15 湍流强度15m/s时特性值；

a 公式（7）中斜度参数。

除了基本参数外，在VAWTGS的设计中还需要一些更重要的参数规定外部条件。后面称之为VAWTGS标准等级的IA-IVB中增加的参数在6.3,6.4和6.5条中加以说明。

设计寿命应为20年。

对S级VAWTGS，制造厂应在设计文件中阐述所采用的模型及主要设计参数值。采用第6章的模型，对其参数值应作充分的说明。S级VAWTGS的设计文件包含附录A所列内容。

6.1 风况

VAWTGS应设计成能安全承受由其等级决定的风况。

风况的设计值必须在审计文件中明确规定。

从载荷和安全角度出发，风况可分为VAWTGS正常工作期间频繁出现的标志风况和一年或50年一遇的极端风况两种，在所有情况下，应考虑平均气流与水平面夹角达8°的影响。假定此夹角大小不随高度改变而变化。

6.3.1 正常风况

6.3.1.1 风速分布

场地的风速分布对VAWTGS的设计时至关重要的，因为它决定各级载荷出现的频率。对标准等级的VAWTGS计算设计载荷时，10min平均风速按瑞丽分布计算。此时轮毂高概率分布为：

注：表中设计载荷状态的序号按照GB18451.1-2000中确定的序号进行编排，与后者相比去掉与风向有关的状态。

DLC设计载荷状态

ECG极端相干阵风

EOG极端工作阵风

EWM极端风速模型

EWS极端风速切变

Subscript以年计发生一次的机会

NTM正常湍流模型

NWP正常风廓线模型

F疲劳

U最大

N正常的和极端的

A非正常的

T运输和安装

*疲劳安全系数

7.4.1  发电（DLC1.1~1.9）

这种设计工况，VAWTGS处在运行状态，并被接有电力负载。VAWTGS总布局应考虑风轮不平衡的影响设计计算中应考虑制造中规定的最发不平衡重量的气动不平衡。

另外，理论最佳运行状态偏差如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包含了由大气湍流造成的载荷要求DLC1.3和1.6~1.9规定了VAWTGS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考虑的则式外部故障和电负荷损失的瞬态情况。

6.4.2 发电兼有故障（DLC2.1~2.3）

控制系统或保护系统故障，电气系统内部有故障（如发电机断路），VAWTGS大的符合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。

6.4.3 起动（DLC3.1~3.2）

这种设计工况包括VAWTGS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。

6.4.4 正常关机（DLC4.1）

这种设计工况包括VAWTGS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。

6.4.5 紧急关机（DLC5.1）

由紧急关机造成的载荷增长应予考虑。

6.4.6 停机（静止或空转）（DLC6.1~6.2）

风力停机时，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的影响也应加以考虑。

6.4.7 停机兼有故障（DLC7.1）

VAWTGS停机中，由于电网或VAWTGS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VAWTGS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。

6.4.8 运输、组装、维护和修理（DLC8.1）

制造厂应指定VAWTGS运输、组装、维护和修理中的风况和设计工况。如果在VAWTGS上有大的载荷产生，那么就应考虑规定一个最大允许风况。

6.4 载荷计算

对每种设计载荷情况都要考虑7.3.1~7.3.4 中叙述的载荷。

也要考虑下列相关问题：

——由VAWTGS自身引起的流场的扰动（尾流诱导速度、塔影效应等）；

——三维流对叶片气动特性的影响（例如三维失速和叶尖气动损失）；

——不稳定空气动力影响；

——气动弹性影响；

——VAWTGS控制系统和保护系统动作的影响。

6.5 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。

或无安全寿命零件单独失效或故障情况下对VAWTGS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。

8.2 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人停止                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VAWTGS的风轮上。须停工使风轮在小于V1 的任意风速下由危险的空转状态转为静止状态的方法。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检测；它们的失效应引起及机器关机。按安全寿命设计的零件应定期检查。

能超越自动控制系统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。

9 机械系统

9.1 概述

VAWTGS的机械系统包括：

——风轮叶片；

——传动系统包括齿轮箱、轴和联轴器；

——附属装置，如制动器。

附属装置可由电的、液压或气压的驱动方式驱动。

9.2 错误装配

由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。

错误的连接也可能成为危险源，避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，在护管和软管上、接头上做出标记。

9.3 液压或气动系统

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。设计中应有隔绝和卸荷方法。

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

VAWTGS的电气系统包括在VAWTGS终端的所有安装于其上的电气设备。下面称作VAWTGS电气系统。

电力汇集系统不在本标准范围内。

10.2 一般要求

所有电气元件和系统均须满足IEC60204-1的要求。

VAWTGS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，VAWTGS运行和维护中对VAWTGS外部电气设备的最小伤害。

VAWTGS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VAWTGS电气系统的设计必须符合IEC60364的要求。制造厂应指明VAWTGS使用的设计标准时大于交流1000V或直流1500V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。

VAWTGS电气系统应遵照电磁兼容性的相关标准。它们是GB17625，GB17626。

10.3 保护装置

除了IEC60364要求外，VAWTGS电气系统还应有适当的防止VAWTGS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是，VAWTGS的电气系统应能与电源分离。

半导体器件不能单独使用分离装置。

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

VAWTGS的设计应包括局部接地电极系统，以满足IEC60363（电气设备正确操作）和IEC61024-1（防雷）的要求。设计文件中应指出适合接地电极的土壤条件。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IEC60364-5-5-4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IEC61024-1进行VAWTGS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VAWTGS的零件。

10.7 电缆

由啮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。地下埋线要埋到合适的深度，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做出标记。

10.8 自励

能自励的VAWTGS的任何电气系统，以电网失电时都应能脱离电网，而且保护安全脱离状态。

如果一组电容器与并网VAWTGS并接（如功率因数赔偿），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VAWTGS发电机自励。换句话说，如果电容器处于连接状态，必须充分证明它没有引起自励。

10.9 过压保护

过压保护的设计，按照IEC61312-1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

应设计功率调节装置，如逆变器、功率电子控制器、静态无功自耦变压器等，以使谐波线电流和电压波形失真不妨碍电网安全转换。特别是并网VAWTGS，它产生的电压谐波应该是电网联接点超压波形失真不超过电网能承受的上限。

11 外部调节评估

11.1 概述

VAWTGS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，VAWTGS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。

沿海或高海拔的场地，要求VAWTGS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VAWTGS等级的基本参数进行评估。

——参考风速：V

；

——年均风速：V

；

——V

=15m/s时湍流强度I15 。

此处，I15 为轮毂高度10min 平均15m/s风速时湍流强度特性值。它是将测得的湍流强度标准偏差加到测得（或算出）的平均值上算出的。

风况以场地长期监测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一定关联。

监测周期应足够长，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，监测周期应将这种影响包含进去。

I15 是通过对大于10m/s的风速，应用适当的统计学方法确定的。在地形或其他局部因素可能关饶湍流强度的地区，在数据中应反映出它们的影响。

用于获得数量数据的风速仪特性，取样速率和平均时间，可能影响湍流强度的评估。复杂地貌条件下，对现场测量数据还进一步评估。另外，地形对风速、风廓线、湍流强度的影响，以及每台风力机位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VAWTGS工作的影响也要考虑。

11.3 其他环境条件

为了与VAWTGS设计中假定的条件进行比较，对下列环境条件应进行评估：

——正常的和极限的温度范围；

——结冰；

——湿度；

——太阳辐射；

——化学活性物质；

——地震；

——盐雾。

11.4 电网条件

对VAWTGS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VAWTGS的兼容性以及VAWTGS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：

——正常供电电压及变化范围；

——正常的频率和变化范围；

——电压不平衡；

——对称性误差；

——自动闭合周期；

——谐波电压畸变。

11.5 土壤条件

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

VAWTGS制造厂应提供安装VAWTGS要求的详细清楚的说明。VAWTGS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。

VAWTGS场地应便于准备、维护、操作和管理，以使工作安全有效地进行。入口位置要适当，不能任意设置。安装人员应能分辨处产生的和   潜在的危险，并加以消除。

列出工作计划清单，准备好工作记录本，并将工作进行结果按时记录。

必要的时候，安装人员应使用眼、脚、耳和头部防护用具。攀塔人员，地面水面以上工作人员应进行一定程度的专业训练，并使用安全带，安全攀登辅助设施或其他装置。必要时，水域周围要设置救生装置。

所有设备都必须保持完好状态，并适合其工作性质。起重机，卷扬机和提升设备，包括所有钩锁，吊环和其他器具，都必须适合安全提升的要求。

VAWTGS在非正常情况下，如冰雹、闪电、大风、地震、结冰条件下的安装，应特别注意；

如果塔架站台上无舱，应采取适当措施，以避开由于横向振动产生的涡旋危险风速。这个危险风速及预防办法应在安装手册中说明。

12.2 计划

VAWTGS的组装、竖立和安装工作以及相关设备应根据地区的或国家的章程计划好，以使工作能安全地进行。

计划应包括下面相关内容：

——挖掘施工安全规范；

——施工详图和详细说明及检验计划；

——预埋件，如基础、螺栓、地锚和加强钢筋等的处理规范；

——混凝土成分，运输、取样、浇注、加工和管道敷设规范；

——爆破安全规程；

——塔架及地锚的安装规程；

——质量保证规程。

12.3 安装条件

VAWTGS安装过程中，安装场地不允许有危害安全的隐患。

12.4 场地通道

进出场地必须安全。为达此目的，应考虑下列事项：

——行走通道和栅栏；

——交通；

——路面；

——路宽；

——清洁；

——通道承重能力；

——场内设施的移动。

12.5 环境条件

安装中，应遵守制造厂规定的环境限制。

下列事项应予考虑：

——风速；

——雪和冰；

——环境温度；

——扬沙；

——闪电；

——能见度；

——降雨。

12.6 文件

VAWTGS制造厂应提供VAWTGS组装、竖立、安装用图纸，详细说明和技术指导。制造厂还应提供载荷详情、重量、起吊点、专用工具和VAWTGS装卸及安装工作的必要说明。

12.7 接收、装卸和存放

安装工作中，风力发电设备的装卸和运输应用适合完成此项任务的设备进行，并应与制造厂推荐的方法相一致。

VAWTGS通常装在丘陵地带，因而重型设备卸下后，不再移动。选一块大小合适的平地，在其上做卸货和组装工作。如果找不到这样的地方，重型设备应固定在一个稳定地点。

在设备有移动危险和易受风伤害的地方，叶片、机舱和其他气动零部件和较轻的箱子，应该用绳子、木条等固定。

12.8 基础/地锚系统

为安装或组装的安全，在制造厂规定的地方使用专用工具、架子、固定器和其他器具。

12.9 组装、竖立

VAWTGS的组装工作按照制造厂的说明书进行。应进行检查，以确信润滑合适，零件完好。

VAWTGS的竖立应由经过培训和指导的人员用合适和安全的方法进行。

竖立过程中，VAWTGS的电气系统，除非特殊需要，不要接通电源。电气设备的供电工作应遵守制造厂的说明。

零件的运动（转动或传动）潜在着危险。在整个竖立过程中，要将这些零部件固定。

12.10 紧固件和联接件

螺栓和其他联接件应根据VAWTGS制造厂推荐的扭矩和其他文件提供的扭矩拧紧。应查看紧固件标记，以确定拧紧时的扭矩和其他要求。

特别是要进行检查，以便确定：

——拉索、电缆、转动接头、起重把杆和其他器具的连接和组装是否合适；

——提升装置的连接是否符合安全要求。

12.11 吊装安全

起重机、卷扬机和起吊设备以及所有吊钩、吊环和其他器具，应满足安全提升要求，能承受加于其上的全部载荷。制造厂的说明书和有关竖立或装卸的文件应提供零部件重要和安全起吊点。起吊前应进行试吊，以验证起吊设备、吊环、吊钩等能安全起吊。

13 试运行、运行和维护

13.1 概述

在考虑到人员安全的前提下，制定试运转、运行、检查和维护程序计划，并在VAWTGS手册中说明。

设计应体现零部件检查和维护用安全通道的防护措施。

第10章的要求也同样适用于为测量的目的而暂时安装于风力机上的电测量设备。

必要时，工作人员和维修人员应使用允许使用的眼、脚、耳和头部防护装置，攀塔人员  和地面水面以上工作人员应经一定的训练，并应使用安全带。安全攀升辅助装置或其他安全装置。必要时，水域周围准备救生器材。

13.2 试运行

试运行工作按照制造厂推荐的方法进行。

13.2.1 接通电源

制造厂的说明书应包含有VAWTGS电气系统初次接通电源程序的内容。

13.2.2 VAWTGS安装完成后，应根据制造厂推荐的程序进行试运行，以确信所有装置、控制系统和设备合适，安全和性能正常。

试运转应包括（且不局限）一下内容：

——安全起动；

——安全关机；

——安全紧急关机；

——超速状态下紧急关机或进行模拟；

——保护系统性能试验。

13.2.3 记录

对实验情况，试运行情况和控制参数及其结果应应进行适当记录。

13.2.4 试运行开始后的工作

安装工作完成之后，接下来进入制造厂建议的试运行期间，依照制造厂的要求，还要进行一些特殊工作。这些工作包括（不仅限于）螺栓预紧，更换润滑油，检查零件装配情况和工作情况，适当调节控制参数。

VAWTGS场地应重新清理，铲除障碍物，防止发生危险。

13.3 运行

VAWTGS的运行由经适当培训的人员或受过本专业指导的人员进行。

由操作人员完成的VAWTGS的正常操作，一般应能在地面上执行。自动/遥控系统中的适当部位应设置带标记的手动装置。

13.3.1 操作手册

制造厂应提供操作者指导手册。手册的内容在VAWTGS试运行中根据地区特殊条件，应适当进行扩允。

手册内容应包括：

——系统安全运行范围及说明；

——起动和关机程序；

——报警表；

——应急程序计划。

操作人员和维护人员都应持有操作手册。操作手册应使用操作者能阅读理解的语言文字编写。

13.3.2 操作和维护记录

对运行和维护应及时记录，记录的主要内容：

——风力机型号；

——发电量；

——工作时数；

——关机时数；

——发生故障日期和故障持续时间；

——修理日期和所用时间；

——采取的措施；

——更换的零件。

13.3.3 故障自动关机

对故障引起的不定期自动关机，即操作者手册规定外的关机，在操作者重新起动VAWTGS以前，应检查引起关机的原因。对所有这类关机都应记录。

为造成临界安全损伤的外部故障，如电网无电后又恢复的情况，在完成关机程序后，允许其自动恢复到正常工作状态。

13.3.4 可靠性降低

应采取措施，消除降低可靠性的根源。

13.3.5 工作程序计划

VAWTGS应根据编写的程序进行操作。疾患一个体现安全工作程序并包括下列内容：

——制造厂的操作手册；

——电气系统的操作；

——运行与维护的协调；

——有效的清洁方法；

——攀塔规程；

——设备管理规程；

——恶劣天气应采取的措施；

——通讯程序和应急计划。

13.3.6 应急计划

应以使到意外事故发生的可能性，且应由指定工作人员采取处理措施。

当发生火灾或出现风力机结构损坏危险时，对在危险为准确判定之前，任何人不得接近VAWTGS。在制定应急措施计划中，应考虑到由于下列情况结构损坏的危险会增大：

——超速；

——覆冰状态；

——雷电、暴雨、暴风；

——地震；

——拉索松弛或断裂；

——制动失效；

——风轮不平衡；

——紧固件松脱；

——润滑不畅；

——沙暴；

——火灾、水灾；

——其他零售部件失效。

13.4 检查和维护

13.4.1 概述

VAWTGS的检查和维护应由经专门培训人员按VAWTGS维护手册中规定的时间间隔进行。

为防止工作人员以外触到运动件，除了频繁出入的通道外，其保护装置应固定。

防护装置应该：

——结构坚固；

——不能轻易穿越；

——在尽可能不拆除装置的情况下，使主营维修工作能够进行。

设计中，应规定使用故障检测仪器。

13.4.2 计划要求

为了保证检查人员和维修人员的安全，计划应由下列内容组成：

——检查和日常维修用的安全通道和工作台；

——防止工作人员以外碰触旋转件或运动件的合适方法；

——当攀登或在地面以上工作时，提供牢固的安全绳、安全带或其他防护器材；

——检查和维修中，对风轮和其他机械运动件进行锁紧，工作完成后应能重新安全起动；

——载电体的警示信号；

——合适的放电设施；

——合适的人身火灾保护。

维护程序要求进入封闭室如轮毂和叶片内部人员戴安全帽，使之随时意识到自身处境。当紧急情况发生时，也能起到保护作用。

13.4.3 维护手册

每台VAWTGS均应配备维护手册，手册至少应包括WTGS制造厂规定的维护要求和应急程序。维护手册也应有不定期维护的内容。

维护手册规定零件磨损更换标准。

手册还应包括下列内容：

——对VAWTGS分系统的描述以及操作要求；

——规定润滑周期的润滑表，润滑脂。润滑液种类；

——返修程序；

——维护检查周期和程序；

——预定的维修时间间隔；

——保护系统功能检查程序；

——完整的布线图和内部接线图；

——拉索检查预紧周期表，螺栓检查预紧周期表。预紧力包括张力和扭矩；

——诊断程序和故障排除说明；

——备件表；

——现场组装图、安装图；

——工具清单。

附录A

（标准的附录）

S级VAWTGS的设计参数