【正文】 1 畢業(yè)實習論文 第一章 緒論 畢業(yè)實習的目的 畢業(yè)實習是我們大學學習階段重要的實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是理論與實踐相結(jié)合的重要方式，通過深入基層單位，了解 電力系統(tǒng)的 發(fā)展現(xiàn)狀，可加深理解并鞏固所學專業(yè)知識，進一步提高認識問題、分析問題、解決問題的能力， 培養(yǎng)學生樹立理論聯(lián)系實際的工作作風，以及生產(chǎn)現(xiàn)場中將科學的理論知識加以驗證、深化、鞏固和充實。通過 畢業(yè) 產(chǎn)實習，拓寬學生的知識面，增加感性認識，把所學知識條理化系統(tǒng)化，學到從書本學不到的專業(yè)知識，并獲得本專業(yè)國內(nèi)、外科技發(fā)展現(xiàn)狀的最新信息，激發(fā)學生向?qū)嵺`學習和探索 的積極性， 通過對工作崗位的適應(yīng)性訓練，提供學生認識社會解決實際工程及人際交往 問題的機會，學習一線工人和管理人員敬業(yè)愛崗、吃苦耐勞的優(yōu)秀品質(zhì)， 為今后的學習和將從事的技術(shù)工作打下堅實的基礎(chǔ)。 畢業(yè)實習的任務(wù) 1．全面了解發(fā)電廠主設(shè)備及生產(chǎn)流程，全面了解變電站主設(shè)備及操作規(guī)程； 2．了解并學習一定得現(xiàn)場實操技能； 3．利用專業(yè)知識分析生產(chǎn)實際中的相關(guān)技術(shù)問題； 4．學習實踐工作中的團隊協(xié)作精神，樹立正確勞動觀。 畢業(yè)實習的意義 畢業(yè) 實習是學校教學的重要補充部分，是區(qū)別于普通學校教育的一個顯著特征，是 教育教學體系中的一個不可缺少的重要組成部分和不可替代的重要環(huán)節(jié)。它是與今后的職業(yè)生活最直接聯(lián)系的，學生在生產(chǎn)實習過程中將完成學習到就業(yè)的過渡，因此生產(chǎn)實習是培養(yǎng)技能型人才，實現(xiàn)培養(yǎng)目標的主要途徑。它不僅是校內(nèi)教學的延續(xù)，而且是校內(nèi)教學的總結(jié)。 2 第二章 吉相 華亞風電場 吉相華亞風電場 工程 簡介 公司位于內(nèi)蒙古自治區(qū)錫林浩特市市區(qū)西南約 70km 處的輝騰梁上。場址中心地理位置約為東經(jīng) 115176。46′ ，北緯 43176。28′ ，平均海拔高度約為 1350m。風電場東鄰207 國道，場區(qū)地勢平坦開闊，交通便利。公 司擬建總裝機容量為 300MW，分為六期工程，現(xiàn)有兩期工程共裝機 99MW 已投產(chǎn)。一期工程為 33 臺 1500kW 風力發(fā)電機組、220kV 變電站及其附屬設(shè)施。機組采用恩德（東營）風電設(shè)備制造有限公司 S77/1500kW風力發(fā)電機組。二期 工程 33 臺 1500kW 風力發(fā)電機組采用蘇司蘭能源有限公司 S82/1500kW 風力發(fā)電機組。 2021 年 11 月 30 日 14 時 27 分，由錫林郭勒吉相華亞風力發(fā)電有限責任公司負責建設(shè)的內(nèi)蒙古錫林郭勒吉相華亞風電場一期 工程 220KV 升壓站一次反送電成功，標志著吉相華亞一 期工程 33 臺風電機組正式進入并網(wǎng)調(diào)試階段。 錫林郭勒吉相華亞風電場一期 工程是京能國際開發(fā)、建設(shè)的首批風電項目。工程自 2021 年 8 月 20 日開工以來，逐步強化工程建設(shè)管理，確保工程安全、質(zhì)量、進度的可控、在控，并按計劃完成了升壓站土建施工、電氣設(shè)備安裝、一、二次設(shè)備調(diào)試及 33 臺風機的吊裝工程；配套完成 公里 220kV 線路、 220kV 出線間隔的工程建設(shè)。此次授電成功，為吉相華亞一期工程 2021 年內(nèi)全面并網(wǎng)發(fā)電提供了可靠保障。 3 第 三 章 風力發(fā)電 概述 風力發(fā)電的基本原理 風能轉(zhuǎn)換理論 （ 1） 風的 產(chǎn)生 風是 人們 最熟悉的自然現(xiàn)象。要了解風的形成必須了解包圍著地球的大氣的運動。大氣的流動也像水流一樣是從壓力高處往壓力低處流。太陽能正是形成大氣壓差的原因。 由于地球自轉(zhuǎn)軸與圍繞太陽的公轉(zhuǎn)軸之間存在 176。的夾角，因此對地球上不同地點，太陽照射角度是不同的，而且對同一地點一年 365 天中這個角度也是變化的。地球上某處所接受的太陽輻射能正是與該地點太陽照射角的正弦成正比。地球南北極接受太陽輻射能少，所以溫度低，氣壓高；而赤道接受熱量多，溫度高， 氣壓低。另外地球又繞自轉(zhuǎn)軸每 24h 旋轉(zhuǎn)一周，溫度、氣壓晝夜變化。這樣由于地球表面各處的溫度、氣壓變化，氣流就會從壓力高處向壓力低處運動，以便把熱量從熱帶向兩極輸送，因此形成不同方向的風，并伴隨不同的氣象變化。大洋中的海流也起著類似的作用。從全球尺度來看，大氣中的氣流是巨大的能量傳輸介質(zhì)，地球的自轉(zhuǎn)以進一步促進了大氣中半永久性的行星尺度環(huán)流的形成。下圖表示了地球上風的運動方向。 [1] 圖 11 地球上風的運動 4 地球上各處的地形地貌也會影響風的形成，如海邊，由于海水熱容量大，接受太陽輻射能后，表面升溫慢，陸地熱容量小，升溫比較快。于是在白天，由于陸地空氣溫度高，空氣上升而形成海面吹向陸地的海陸風。反之在夜晚，海水降溫慢，海面空氣 溫度高，空氣上升而形成由陸地吹向海面的陸海風（見下圖）。 圖 12 海陸風的形成圖 （ a）白晝海防風；（ b） 夜間陸海風 在山區(qū)，白天太陽使山上空氣溫度升高，隨著熱空氣上升，山谷冷空氣隨之向上運動，形成 “谷風 ”。相反到夜間，空氣中的熱量向高處散發(fā)，氣體密度增加，空氣沿山坡向下移動，又形成所謂 “山風 ”（見下圖）。另外局部溫度梯度等因素也會使風能分布發(fā)生變化。 圖 13 山谷風形成圖 （ a）白天 “谷風 ”；（ b）夜間 “山風 ” (2) 風的變化 風向和風速是兩個描述風的重要參數(shù)。風 向是指風吹來的方向，如果風是從北方吹來就稱為北風。風速是表示風移動的速度，即單位時間內(nèi)空氣流動所經(jīng)過的距離。顯然風向和風速這兩個參數(shù)都是在變化的。 a 風隨時間的變化 風隨時間的變化，包括每日的變化和季節(jié)的變化。通常一天之中風的強弱在某種程度上可以看作是周期性的。如地面上夜間風弱，白天風強；高空中正相反是夜里風強，白天風弱。這個逆轉(zhuǎn)的臨界高度約為 100～ 150m。下圖是在日本川口國際廣播電 5 臺的無線電鐵塔上測得的不同高度處，一天內(nèi)的風速變化。 圖 14 不同高度處風速的變化圖 由于季節(jié)的變化，太陽和地球的相對位置也發(fā)生變化，使地球上存在季節(jié)性的溫差。因此風向和風的強度也會發(fā)生季節(jié)性變化。 我國大部分地區(qū)風的季節(jié)性變化情況是：春季最強，冬季次 之，夏季最弱。當然也有部分地區(qū)例外，如沿海溫州地區(qū)，夏季季風最強，春季季風最弱。 b 風隨高度的變化 從空氣運動的角度，通常將不同高度的大氣層分為三個區(qū)域（見下圖）。離地面 2m以內(nèi)的區(qū)域稱為底層； 2—100m 的區(qū)域稱為下部摩擦 層，二者總稱為地面境界層；從100—1000m 的區(qū)段稱為上部摩擦層，以上三區(qū)域總稱為摩擦層。摩擦層之上是自由大氣。 圖 15 大氣層的構(gòu)成圖 地面境界層內(nèi)空氣流動受渦流、黏性和地面植物及建筑物等的影響，風向基本不變，但越往高處風速越大。各種不同地面情況下，如城市、鄉(xiāng)村和海邊平地，其風速隨高度的變化 。 6 c 風的隨機性變化 如果用自動記錄儀來記錄風速，就會發(fā)現(xiàn)風速是不斷 變化的，一般所說的風速是指變動部位的平均風速。通常自然風是一種平均風速與瞬間激烈變動的紊流相重合的風。紊亂氣流所產(chǎn)生的瞬時高峰風速也叫陣風風速。下圖表示了陣風和平均風速的關(guān)系。 圖 16 陣風和平均風圖速 a 一陣風振幅； b 一陣風的形成時間； C 一陣風的最大偏移量； d 一陣風消失時間 d 風玫瑰圖 “風玫瑰圖 ”是一個給定地點一段時間內(nèi)的風向分布圖。通過它可以得知當 地的主導風向。最常見的風玫瑰圖是一個圓，圓上引出 16 條放射線，它們代表 16 個不同的方向，每條直線的長度與這個方向的風的頻度成正比。靜風的頻度放在中間。有些風玫瑰圖上還指示出了各風向的風速范圍。 7 圖 17 風玫瑰圖 （ a）風向的 16 個方位；（ b）風玫瑰示意圖 世界氣象組織將風力分為 13 個等級。 f 風況曲線 風況曲線是風能利用的基礎(chǔ)資料。它是將全年（ 8760h）風 速在 v（ m／ s）以上的時間作為橫坐標，縱坐標則為風速 v，從風況曲線即可知道該地區(qū)某種風速以上有多少小時，從而制定相應(yīng)的風能利用計劃。 [1] 8 （ 3）風能的計算 由流體力學可知，氣流的動能為： (11) 式中 m—— 氣體的質(zhì)量 v—— 氣體的速度。 設(shè)單位時間內(nèi)氣流流過的截面積 S 的氣體體積為 V，則 SvV? (12) 如果以 p 表示空氣的密度，該體積的空氣質(zhì)量為 pSvpVm ?? (13) 這時氣流所具有的動能為 321 pSvE? (14) 上式為風能的表達式，其中 p—— 的單位是 kg/m3 ； V—— 的單位是 m3 ； V—— 的單位是 m/s； E—— 的單位是 W。 風力發(fā)電 機 風力發(fā)電的原理說起來非常簡單，最簡單的風力發(fā)電機可由葉輪和發(fā)電機兩部分構(gòu)成，如圖 18 所示。空氣流動的動能作用在葉輪上，將動能轉(zhuǎn)換成機械能 , 從而推動葉輪旋轉(zhuǎn)。如果將葉輪的轉(zhuǎn)軸與發(fā)電機的轉(zhuǎn)軸相連，就會帶動發(fā)電機發(fā)出電來。孩童玩的紙質(zhì)風車就是風力機的雛形，在它的軸上裝個極微型的發(fā)電機就可發(fā)電。 風力發(fā)電的原理這么簡單，為什么僅到 20 世紀的中后期才獲得應(yīng)用呢？第一，常規(guī)發(fā)電還能滿足需要，社會生產(chǎn)力水平不夠高，還無法顧及降低環(huán)境污染和解決偏遠地區(qū)的供電問題；第二，能夠并網(wǎng)的風力發(fā)電機的設(shè)計與制造，只有現(xiàn)代高技 術(shù)的出現(xiàn)才有可能。 20 世紀初期是造不出現(xiàn)代風力發(fā)電機的。那么，現(xiàn)代風力發(fā)電機是什么樣呢？下面我們就介紹一下現(xiàn)代風機的結(jié)構(gòu)與技術(shù)特點。 風力發(fā)電機組是將風能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，按其容量分，可分為：小型（ 10kw以下）、中型（ 10—100kw）和大型（ 100kw 以上）風力發(fā)電機組。按主軸與地面相21/2E mv? 9 對位置，又可分為：水平軸風力發(fā)電機組和垂直軸風力發(fā)電機組。水平軸風力發(fā)電機是目前世界各國風力發(fā)電機最為成功的一種形式，主要優(yōu)點是風輪可以架設(shè)到離地面較高的地方，從而減少了由于地面擾動對風輪動態(tài)特性的影響。它的主要機械部件都在機艙中，如主軸、齒輪箱、發(fā)電機、液壓系統(tǒng)及調(diào)向裝置等。而生產(chǎn)垂直軸風力發(fā)電機的國家很少，主要原因是垂直軸風力發(fā)電機效率低，需啟動設(shè)備，同時還有些技術(shù)問題尚待解決。在本論文中，以后不做任何說明時，所指即為大中型的水平軸風力發(fā)電機組。 圖 18 風力發(fā)電的原理示意 圖 18 所示的風力發(fā)電機發(fā)出的電時有時無，電壓和頻率不穩(wěn)定，是沒有實際應(yīng)用價值的。一陣狂風吹來，風輪越 轉(zhuǎn)越快，系統(tǒng)就會被吹跨。為了解決這些問題，現(xiàn)代風機增加了齒輪箱、偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等，現(xiàn)代風機的示意如圖 19 所示。 圖 19 現(xiàn)代風力發(fā)電機系統(tǒng)示意圖 10 風力機又稱風車，是一種將風能轉(zhuǎn)換成機械能、電能或熱能的能量轉(zhuǎn)換裝置。風力機的類型很多，通常將其分為水平軸風力機，垂直軸風力機和特殊風力機三大類。但應(yīng)用最廣的還是前兩種類型的風力機。 (1) 水 平軸風力機 水平軸風力機是目前國內(nèi)外最常見的一種風力機。下圖表示了目前應(yīng)用最廣的各種不同迎風式水平軸風力機的示意圖。 圖 110 各種不同迎風式水平軸風力機示意圖 （ a）單葉片；（ b）雙葉片；（ c）三葉片；（ d）美國農(nóng)場式多葉片風車；（ g）車輪式多葉片 （ f）迎風式；（ g）背風式；（ h）空心壓差式；（ i）川帆翼式；（ j）多轉(zhuǎn)子； (k)反轉(zhuǎn) 葉片式 (2) 垂直軸風力機 垂直軸風力機葉輪的轉(zhuǎn)動與風向無關(guān)，因此不需要像水平軸風力機那樣采用迎風裝置，但其輸出功率一般比水平軸風力機小。圖 為各種不同的垂直軸風力機的示意圖。 11 圖 111 各種不同垂直軸風力機示意圖 （ a）堅軸風機（阻力型）；（ b）堅軸風機（升力型） 1－ S 型； 2多葉片型； 3開型式 S 型 。4平板式； 5中型達里厄； 6△ 型達里厄； 7旋翼型 風力機的效率主要取決于風輪效率、傳動效率、貯能效率。 發(fā)電機和其他工作機具的效率。圖 給出了各種不同用途風力機各主要構(gòu)成部分的能量轉(zhuǎn)換和貯存效率。 [2] 圖 112 風能利用裝置中各主要部分的能量轉(zhuǎn)換和貯存效率 在討論風力機的能量轉(zhuǎn)換時與控制時，以下的特性系數(shù)有著特別重要的意義。 （ 1） 風能利用系數(shù) CP 12 風力機從自然風能中吸取的能量的大小程度用風能利用系數(shù)的 CP表示，由式 117 可知 (15) 式中 P—— 風力機實際獲得的軸功率，單位為 W； p—— 空氣密度，單位為 kg/m3； S—— 風輪的掃風面積，單位為 m2； V—— 上游風速，單位為 m/s； （ 2）葉尖速比λ 為了表示風輪在不同風速中的狀態(tài)，用葉片的葉尖圓周速度與風速之比來衡量，稱為葉尖速比λ (16) 式中 n—— 風輪的轉(zhuǎn)速，單位為 r/s； W—— 風輪的角頻率，單位為 rad/s； R—— 風輪半徑，單位為 m； V—— 上游 風速。單位為 m/s； （ 3）轉(zhuǎn)距系數(shù) CT和推力系數(shù) CP 為了便