中华人民共和国国家标准
GB/T—
风力发电机组传动链地面测试技术规范
Windturbines-Drivetraingroundtestspecification
-11-01实施
风力发电机组传动链地面测试技术规范
1范围
本标准规定了变速恒频风力发电机组传动链性能地面测试技术条件、试验设备和仪器、试验内容和方法、检验规则及报告内容。
本标准适用于风轮扫掠面积大于m2的水平轴风力发电机组。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T三相异步电动机试验方法
GB/T.53电工术语风力发电机组
GB/T.1—电声学声级计第1部分:规范
GB/T.1机械电气安全机械电气设备第1部分:通用技术条件
GB/T.1机械振动恒态（刚性）转子平衡品质要求第1部分:规范与平衡允差的检验
GB/T.30—电磁兼容试验和测量技术电能质量测试方法
GB/T.1风力发电机组设计要求
GB/T风力发电机组装配和安装规范
GB/T—8铸铁平板
GB/T.1风力发电机组永磁同步发电机第1部分:技术条件
GB/T.2—风力发电机组永磁同步发电机第2部分:试验方法
GB动力机器基础设计规范
JB/T—8温度传感器系列型谱
JB/T光栅旋转编码器
JJG—7标准测力仪检定规程
3术语和定义
GB/T.53界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
传动链drivetrain
风力发电机组中从主轴动力输入端到并网点之间所有机械、电气传动相关部件的总和。
注：包括主轴、主轴承、弹性支撑、发电机、变流器等，如主轴和发电机之间采用增速机构，则传动链还包括增速齿轮箱和高速联轴器。
3.2
试验平台基础testrigfoundation
与地面固定、不可移动的动力设备基础平面,用于安装驱动系统和被试传动链。
3.3
安装支架supportstructure
支撑驱动系统和被试传动链，将其固定到基础平台上的机械结构。
3.4
驱动系统drivingsystem
产生原动力的装置，可通过联轴器连接被试传动链主轴端，施加扭矩负载。
3.5
转矩脉动torquepulsation
试验时主轴稳态转矩周期性波动的峰-峰变化。
4符号
下列符号适用于本文件。
J传动链转动惯量(kgm2)；
Pn——传动链输出的额定电功率(kW)；
Pl——被试传动链输入机械功率(kW)；
P2——被试传动链输出电功率(kW)；
Pin 驱动系统的输入电功率(kW)；
Pout——发电状态下传动链的输出电功率(kW)；
7——传动链效率。
5技术条件5.1安全要求
针对传动链进行的所有试验项目，现场应采取相应的安全防护措施。
试验控制系统应具备在意外突发情况下紧急停止设备运行的功能，并符合GB/T.1的要求。在运行工况超出驱动系统和被试传动链可承受的运行条件时，试验控制系统应具有主动停止设备运行的功能。
5.2转速范围
在试验过程中，应根据被试风力发电机组传动链的设计要求来确定运行转速范围。在理想稳态风况条件下，风力发电机组转速和风速的曲线如图1所示，风力发电机组转速与功率的曲线如图2所示，不同的风力发电机组控制策略存在不同，因此曲线的形态可能存在差别，该曲线仅仅只是一个示意，不代表各厂家的真实曲线。
5.3试验条件
试验应满足以下条件，结构形式示例见图3：
a)设备基础平台的设计应符合GB的要求。
b)设备基础平台每一个平面的平面度误差应不低于GB/T—8中3级要求。
c)在整个试验过程中，不应出现由于安装支架刚性不足导致的驱动系统或被试传动链振动异常的现象。
d)系统运转试验时，设备基础平台的前后、左右、上下方向的振动，在0.1Hz10Hz频率范围内速度应不超过0.2mm/s,位移应不超过0.16mmo
e） 试验前，传动链通过安装支架被固定到基础平台上，并进行机械和电气连接，被试传动应安装完整并符合现场实际情况，应满足GB/T的要求。被试传动链和安装支架的受力连接应仅通过偏航轴承实现，与现场运行状况一致。
f） 除了电网适应性试验项目，进行其他项目的试验时，并网点交流电压的三相不平衡度应小于2%,背景电压总谐波畸变率应小于3%。
g） 被试风力发电机组传动链并网点的短路容量至少应为风力发电机组额定容量的3倍。
6试验设备和仪器
6.1设备检定
试验使用的仪器、仪表和传感器均应经计量机构检定合格，并在检定有效期内；试验使用的仪器仪表的量程、精度等级和准确度应符合测试要求和相关标准的规定。
6.2精度等级
6.2.1试验时采用的电气测量仪表应符合GB/T.30—的A级要求。
6.2.2加速度传感器频率响应范围、传感器和检测单元不确定度应满足GB/T的要求。
6.2.3测力计准确度应不低于JJG—7的0.5级要求，响应频率应不小于Hz。
6.2.4编码器应满足JB/T和转速范围的要求，分辨率不低于ppro
6.2.5声级计应满足GB/T.1—规定的1级要求。
6.2.6温度传感器应满足JB/T—8规定的A级要求。
6.2.7其他测量仪器、仪表符合相关标准的规定。
6.3驱动系统
驱动系统应满足被试传动链在地面测试过程中所有带载测试项目的要求，如传动链额定工况稳定运行、规定时间内的过载和超速工况运行等,并具备转矩和转速两种目标的控制能力。驱动系统的输出转速-功率特性应覆盖被试传动链系统的实际运行要求。
驱动系统应保证与被试传动链系统连接的对中性，当驱动系统拖动被试传动链系统输出功率在20%Pn%Pn范围内稳定运行时，被试传动链主轴输入端处的转矩脉动峰-峰值应小于额定转矩的Wo
7试验内容和方法
7.1外观检查
外观检查应包含以下内容：
a） 装配检查：检查被试传动链装配是否完整、正确；
b） 外观检查：传动链各部件表面油漆应干燥、完整、均匀、无污损、碰撞、裂痕等现象；
c） 安装尺寸、外形尺寸检查:外形、安装尺寸应符合GB/T和被试传动链安装工艺文件的要求；
d） 转动检查：传动链盘车转动时，应平稳轻快，无怠滞现象，无异音。
7.2起动阻力矩试验
起动阻力矩的测定方法应按照GB/T.2—中5.20规定的要求执行。对于具有增速齿轮箱的传动链，起动装置可安装于主轴动力输入端的圆盘面。
7.3动平衡试验
被试传动链与驱动系统不进行机械连接,通过变频器驱动被试传动链的发电机运行于电动机模式，将传动链带动至传动链运行转速范围。从并网最小运行转速到最大运行转速内至少均匀分布5个点，其中包括额定转速，在设定转速点运行稳定后，用动平衡测试仪进行测试并记录数据。
测点应布置在传动链低速输入端主轴承和高速发电机传动端轴承，评价方法应按照GB/T.1的规定执行，高速、低速端不平衡的计算转子质量分别为以高速、低速旋转的转动体质量。
7.4转动惯量试验
按照GB/T的要求测试被试传动链中发电机定、转子冷态直流电阻。
被试传动链与驱动系统不进行机械连接，通过变频器驱动被试传动链中发电机运行于电动机模式，将转速提升至发电机同步转速的1.1倍。转速稳定时，测量发电机输入端电压和电流，计算输入有功功率然后断电使传动链自由空转减速，在1.1倍0.9倍发电机同步转速范围内，测定转速变化所需的时间。
传动链机械损耗按公式（1）计算：7.5超速试验
被试传动链与驱动系统不进行机械连接，按照GB/T的规定布置振动传感器，通过变频器驱动被试传动链的发电机运行于电动机模式，将传动链带动至传动链额定转速的1.2倍，持续时间为2min。针对带增速齿轮箱的风力发电机组传动链，振动评价按照GB/T的规定执行。针对直驱型风力发电机组的传动链，振动评价标准应按照GB/T.1的规定执行。检查传动链各部件是否存在有害形变或损伤。
7.6空载电压畸变率试验
被试传动链与駆动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至运行转速范围，对被试传动链的发电机外部施加或利用内部永磁体产生实际运行所需的励磁激励，并进行适当的功率变换，使被试传动链功率输出端产生满足并网运行要求的空载电压。
从传动链并网最小运行转速到最大运行转速内至少均匀分布5个点，其中包括额定转速，在设定转速点运行稳定后，用功率分析仪对风力发电机组并网侧空载线电压进行测量，分解出基波和50次以下各次谐波含量。
7.7振动噪声扫频试验
7.7.1空载振动噪声扫频试验
测点布置：按照GB/T在传动链布置振动传感器，在主轴、齿轮箱、发电机侧向几何中心，距离外表面1m的位置放置噪声测试探头，方向正对被测部件。
被试传动链与驱动系统不进行机械连接，通过变频器驱动被试传动链的发电机运行于电动机模式,将传动链带动至传动链最小并网运行转速，主轴以0.1r/min的速度变化率提升速度，直至最大并网运行转速，稳定后以同样的速度变化率降低转速至最小运行转速，连续记录转速对应各测试点的振动噪声数据,分析处理得到扫频振动噪声曲线。
7.7.2负载振动噪声扫频试验
测点布置：同7.7.1。
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小运行转速，被试传动链并网，驱动系统带动被试传动链以主轴每分钟0.1r/min的速度变化率提升速度，被试传动链根据风力发电机组设计要求的转速-功率曲线同步调整输出功率，直至最大并网运行转速，稳定后以同样的速度变化率降低转速至最小并网运行转速，连续记录各转速下对应各测试点的振动数据、噪声数据和输出功率，分析处理得到转速、功率特性下的扫频振动曲线和噪声曲线。
在整个转速范围内，设计输出功率和实测输出功率的偏差应不超过额定功率的1%。
7.8阻尼试验
无齿轮箱的直驱机型可不进行该项试验。
在被试传动链高、低速转轴非应力集中位置同一截面的圆周方向贴应变片测量扭矩，应变信号均不少于两路,彼此之间的动态误差在整个功率范围内应不大于贴片位置额定扭矩的2%；将驱动系统和被试传动链通过联轴器相连并对中，在50%以上负载对应转速稳定运行的情况下，使被测传动链瞬间脱网，同时切断驱动系统动力，使传动轴系产生自由的往复扭转振荡，记录其高、低速轴应力振荡衰减曲线，记录间隔时间应不大于0.1s,按照上述方式多次测量取平均值，见图4。
Ak——扭矩振荡衰减曲线中第K个周期波形的峰值.单位为牛米（Nm）。
7.9效率试验7.9.1试验工况
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小运行转速，转速稳定后被试传动链并网。根据被试传动链的转速-功率特性，在20%1\%Fn范围内，每间隔10%Fn取一点对传动链效率进行测试。
在整个转速范围内，设计输出功率和实测输出功率的偏差应不超过额定功率的1%。
7.9.2直接测量法
在被试传动链的低速联轴器贴应变片，采用扭矩结合转速测试的方法来测量被试传动链输入机械功率。应变片需要以90。为间隔在低速联轴器非应力集中位置同一截面的圆周方向贴4组应变片测量扭矩，在测量的功率范围内，任一应变片的输出和4组应变片平均值的差均应不超过输入轴额定扭矩值的1%.在计算中取4组应变片测量的平均值,结合转速测量，可以得到传动链输入机械功率，输入机械功率Fi按公式（6）计算：
7.10半实物仿真试验
7.10.1试验条件
半实物仿真试验的软件环境为风力发电机组载荷仿真计算软件，用于实时模拟高度真实的外部运行工况以及无法连入测试中的硬件系统运行特性。半实物仿真试验的硬件环境为被测风力发电机组除叶片及塔架基础外的所有整机系统，如主控制系统、变桨系统、变流系统、发电机等子系统；半实物仿真试验的通信接口为用于实现仿真环境与硬件系统实时数据交互的通信协议。半实物仿真试验条件由以上三部分组成。
半实物仿真试验平台框架见图6所示。
变桨系统
图6半实物仿真试验平台框图
7.10.2测点要求
根据GB/T的要求将振动传感器布置在传动链上；在被试传动链高速、低速转轴非应力集中位置同一截面的圆周方向贴应变片测量扭矩，应变信号均不少于两路，彼此之间的动态误差在整个功率范围内应不大于贴片位置额定扭矩的2%；在并网点以功率分析仪测量电压、电流，并进一步分析有功功率、无功功率等参量。
7.10.3试验内容
按照GB/T.1使用可用于产品认证的风电仿真软件得到被试传动链在平均风速为额定风速，湍流强度为风力发电机组设计要求情况下的1。min输入风况，以及极端运行阵风风况。
试验内容应包含暂态的额定风速下并网过程测试、额定风速下故障停机测试、极端运行阵风测试，以及稳态的额定风速下10min正常湍流运行测试。在联调过程中检查各子系统的运行情况、主控制系统与各子系统的通信和控制逻辑匹配性，以及被试传动链的转速、扭矩和变桨的执行情况。在测试过程中，各子系统应工作正常，无异常噪声、振动及故障停机现象出现。
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小并网运行转速，转速稳定后被试传动链并网。驱动系统运行于转矩控制模式，结合风轮仿真模型以及变桨系统的仿真或半实物模型，导入仿真的各类输入风况，以输入轴扭矩作为驱动系统的闭环反馈，使传动链主轴输入端达到设定扭矩。整个测试过程中，在考虑控制延时影响后，输入轴仿真扭矩和输入轴实测扭矩的偏差应不超过额定值的5%。
测量并记录上述暂态工况下的功率和发电机转矩波动情况，稳态工况下的功率和发电机转矩情况并分析其方差，以及各工况下的传动链振动情况。
7.11电网适应性试验
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小运行转速，转速稳定后被试传动链并网。根据被试传动链的转速-功率特性，在20%Pn-%Pn范围内，每间隔20%Pn取一点对给定电网条件下传动链的适应性进行测试。
按照GB/T,在传动链布置符合要求的振动传感器；在被试传动链高速、低速转轴非应力集中位置同一截面的圆周方向贴应变片测量扭矩，应变信号均不少于两路，彼此之间的动态误差在整个功率范围内应不大于所在位置额定扭矩的2%；在传动链并网点以功率分析仪测量电压、电流等参量。
试验设备的要求和试验的具体执行方法按照GB/T的规定执行。
7.12故障电压穿越能力试验
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小运行转速，转速稳定后被试传动链并网。根据被试传动链的转速-功率特性，取20%Pn和%Fn作为测试点，测试传动链在故障电压穿越情况下的动态过程。
按照GB/T,在传动链布置符合要求的振动传感器；在被试传动链高速、低速转轴非应力集中位置同一截面的圆周方向贴应变片测量扭矩，应变信号均不少于两路，彼此之间的动态误差在整个功率范围内应不大于所在位置额定扭矩的2%；在传动链并网点以功率分析仪测量电压、电流等参量。
试验设备的要求和试验的具体执行方法按照GB/T的规定执行。
7.13温升试验
进行该项试验时，机舱罩应安装完成，机舱冷却散热条件应与现场实际运行基本一致。
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至最小运行转速，转速稳定后被试传动链并网，提升至额定转速，在额定电压下使被试传动链输出额定有功功率，经长时运行后当15min间隔的齿轮箱油以及30min间隔的发电机各部分温度读数变化在1K以内认为达到温度稳定，读取机舱外环境、主轴承、齿轮箱油、发电机轴承、发电机绕组及机舱空间内其他敏感位置的温度。
将驱动系统和被试传动链通过联轴器相连并对中，在0.9pu电压和额定转速下输出额定有功功率和cosq=0.95下的容性无功功率，经长时运行后当15min间隔的齿轮箱油以及30min间隔的发电机各部分温度读数变化在1K以内认为达到温度稳定，读取机舱外环境、主轴承、齿轮箱油、发电机轴承、发电机绕组及机舱空间内其他敏感位置的温度值。
7.14超载试验
被试传动链与驱动系统进行机械连接，由驱动系统带动被试传动链运转至并网转速,转速稳定后被试传动链并网，提升至额定转速,使被试传动链输出额定有功功率的11。%,保持稳定2min,测量7.13中规定的部分温度测点的温度值以及GB/T要求测点的振动情况，测量齿轮箱噪声。
8检验规则
本标准规定的传动链测试项目不作为风力发电机组出厂试验或型式试验的强制要求，可作为制造商或用户进行产品技术指标试验验证时的参考方法。需求方可根据实际情况执行本标准中试验项目的全部或部分。
9测试报告内容
9.1测试信息
测试报告应包含以下信息：
a）被试对象的描述：
1） 风力发电机组制造商、型号、序列号、生产日期；
2） 风轮转速范围；
3） 发电机工作点（转速/功率）；
4） 切入风速、切出风速和额定风速；
5） 变流器及主控系统软件版本号；
6） 风力发电机组并网条件描述，包括电压、频率及允许的偏差范围；
7） 风力发电机组类型。
b） 测试环境的描述：
1） 驱动系统的功率和转速范围；
2） 被试风力发电机组传动链并网点短路容量；
3） 效率测试方法；
4） 半实物仿真试验用软件。
c） 测试设备和仪器的描述：
1） 测试设备和仪器的信息；
2） 测试设备校准证书。
d） 测试过程的描述：
1） 测试项目；
2） 报告中参数、符号的说明；
3） 报告编写、审查、批准及签发日期等信息。
9.2测试结果汇总
测试报告中应给出测试结果汇总信息，测试结果信息汇总表可参考附录A。
GB/T-英文版风力发电机组
