“IEC61400-22风力发电机组符合性检测及认证”解读

作者：TüV莱茵技术公司 吴强    来源：Ringer

欢迎访问e展厅 展厅 3 风力发电机展厅 风力发电机,... 世界风能行业自上世纪70年代末出现, 至今已经走过了超过30年的发展历程。中国风能行业发展也是伴随着一条国家重视、引进、试验、消化、吸收、研发和商业化的道路。风能行业发展过程中，相关的国家、国际标准同样遵循实践、总结、编写，再实践、再更新的轨迹不断建立、健全和完善。 IEC(国际电工委员会)协调风能行业标准的分委会称为TC88(Technical Committee — 技术委员会88)，本世纪初，该委员会为协调欧洲诸国风电机组认证，出版了2001版“IEC WT01风电机组符合性测试及认证的IEC体系”标准。该标准总结了当时风能行业的发展经验，规范了有关风电机组检测、认证的范围、规则、程序、报告形式，以及证书颁发的种类。 与风电机组认证标准紧密“配套”的是IEC61400系列技术标准，它涵盖了设计要求、小型风电机组(SWT)、海上(offshore)风电机组，以及风电机组的主要零部件，如主齿轮箱、叶片等；对整个风电机组的运行测试也颁布了相关的测试标准，包括功率、电质量、噪音等。 IEC61400系列技术标准之间是相互关联并交叉参考的。例如IEC61400-1虽然是针对风电机组设计要求而制订，其中对于主齿轮箱的具体执行标准必须参考“IEC61400-3齿轮箱”。不仅如此，IEC61400系列技术标准还与其他更多的IEC标准关联，例如发电机部分参考“IEC60034转动型电气设备”，电气安全参考“IEC60204-1电气设备安全通则”等。 从“IEC WT01”到“IEC61400-22” 标准的制订既是对制订时间点前的实践总结，规范出相应的条例，又必须应用于制订之日后的实践，因此，其作用之一是承前启后，而且，随着时间的进一步推移，行业的发展向前，遇到很多新情况、新问题，就有必要对已制订的标准重新审核、更新、改版，以适合实践需要。所以，无论是国家标准还是国际标准，无论哪个行业，标准的制订都是一个“动态”的、循序渐进的过程。 “IEC WT01”自2001出版以来，风能行业又经历了10年的快速发展，在此过程中，出现了很多新挑战，采用了许多新材料(如碳纤维、稀土永磁材料)、新工艺（如叶片真空灌注的普遍运用）、新设计(如永磁发电机组、电力电子技术)等，风电机组产业取得了长足进步，单机装机从原MW(兆瓦)级上升至目前的2～2.5MW；海上(Offshore)风电机组从原先建立海上测试平台、收集数据、研究分析发展至目前海上风电场的规模性开发。 因此，TC88对IEC WT01进行了比较显著的更新和改版，且正式命名为“IEC61400-22风力发电机组符合性检测及认证”。2010年2月，“IEC61400-22” FDIS版 (国际标准终稿) 发布，业内进行讨论和审核。国际标准版最终于2010年5月颁布。 “IEC61400-22”内容阐述 与IEC WT01一样，IEC61400-22的介绍部分也有这样的描述：“除了设计的验证和测试外，本标准还提供了关于供应方质量体系认可和评估方面的信息，以及对供应方质量体系和质量计划的常规检查及样品测试审核等方面资料……” 从应用范围分析，该国际标准为风电机组的认证体系定义了准则和流程，将海上(Offshore)风电项目的机组型式认证和项目认证等也纳入规范；但是，对于小型风机(SWT), 应考虑其特殊性，检测、认证执行“IEC61400-2小型风机的设计要求”，其中有一些特殊要求，例如“耐久测试”，叶片仅做静态测试的评估等。 IEC61400-22标准的第5章至第7章主要规范了作为第3方认证机构应具备的条件和相对应资质，如公司的独立性、有相关授权等；在对认证证书范畴的定义中，规范证书的名称有：型式认证，项目认证，零部件认证，样机认证。其中样机认证相对于IEC WT01，属新增加内容。 “IEC61400-22”型式认证 对于整个风电机组认证体系，应该说是以型式认证为主干的。因为项目认证可以简化理解为风电机组与风电场实际状况的匹配审核和认证；零部件认证与整个风电机组要求是密不可分的，即不存在脱离某个机型的“纯粹”零部件的审核和认证；样机认证可简化理解为风电机组认证的特定阶段，即样机阶段。 图1是IEC61400-22风电机组型式认证的模块和流程，包括：设计基础评估(Design basis evaluation)，设计评估(Design evaluation)，制造评估(Manufacturing evaluation)，型式测试(Type testing)，型式特性测量(Type characteristics measurement)，最终评估(Final evaluation)，型式证书(Type certificate)，以及机组基础设计评估(Foundation design evaluation)，机组基础制造评估(Foundation manufacturing evaluation) 。其中深蓝色的为可选模块，包括型式特性测量(Type characteristics measurement)以及针对风电机组基础的两个模块：基础设计评估(Foundation design evaluation)，基础制造评估(Foundation manufacturing evaluation)。 图2是IEC WT01风电机组型式认证的模块和流程，包括：设计评估(Design evaluation)，制造评估(Manufacturing evaluation)，型式测试(Type testing)，型式特性测量(Type characteristics measurement)，最终评估(Final evaluation)，型式证书(Type certificate)，机组基础设计评估(Foundation design evaluation)。其中型式特性测量(Type characteristics measurement)和机组基础设计评估(Foundation design evaluation)为可选模块。 对比分析，我们可以看出新版标准更加注重各个模块间的顺序，体现了时间性，增加了可操作性。下面我们按顺序解析一下各主要模块。 1、“设计基础”评估 设计基础评估是IEC61400-22中新定义的模块。按照标准描述，设计基础评估的目的在于检验作为设计基础的文档合理性，风机安全设计证明的充分性。设计基础应表明设计和设计文档所有必要的界定、假设和方法论，包括： ● 准则、标准； ● 设计参数、假设、方法论和原理； ● 其它要求，例如生产、运输、安装、试车、运行和维护。 2、设计评估 设计评估应只能看作是型式认证的一部分，不仅是“虚拟的”（书面或电脑），也是整个“现实的”步骤和过程。这也是“以始为终”这一意识和方法论很好的诠释。设计评估环节包括：控制、保护系统(control and protection system), 载荷及载荷谱(loads and load cases), 叶片(rotor blades), 机械和结构部件(machine and structural components), 电气部件(electrical components), 机舱罩、倒流罩(housings), 基础设计要求(foundation design requirements), 设计过程控制(design control), 制造工艺(manufacturing process), 运输过程(transportation process), 安装过程(installation process), 机组运营维护(maintenance process), 劳动安全(personal safety), 零部件测试(component tests)。 在模块“叶片”、“机械和结构部件”和“电气部件”的评估中，除了IEC61400-1，IEC61400-2，IEC61400-3中的通用要求外，还有单独的相关标准，包括： ● IEC61400-5叶片； ● IEC61400-4齿轮箱； ● IEC61400-24雷电防护； ● IEC 60034系列电机在生产车间的测试等。 3、生产评估 生产评估的目的在于对生产的特定型号风电机组是否与在设计评估阶段验证过的设计文档相一致。该评估应包含以下部分：质量体系评估；工厂生产检验。 “实际”的生产评估可以看作是当前全球化趋势下独特的挑战, 因为就材料的、生产工艺的以及检验的 (例：无损检测、焊接等) 内容, 共存着各自不同的国家标准： 在生产中，由于上述原因，生产装备水准以及本地的技术机构对其进行的常规计量校验，也带来了质量控制标准的课题和问题。在风电机组生产的不同阶段有着不同的关注点，包括“原型机”，“0系列生产”和“常规量产”等阶段。这不仅对风电机组生产厂家提出了要求，更为重要的是在于他们的供应链和供应链管理。 除了之前提到过的质量保证因素，即材料、生产工艺流程、设备，一般而言，技术工人也起着很重要的角色。尽管在质量管理体系中，如ISO:9001等，对于员工的培训和教育机制作了有关规定，而实际上，培训内容本身和国家级的认可/资质是需要国际间协调、互认，且第三方现场检验全球“可达性”。 4、型式试验 有关型式试验项目，标准中没有完全规定，其中有一开放性的“其他测试”(Other tests), 但是主要项目均一一列出：安全和功能测试 (Safety and function tests)，功率测试 (Power performance measurements)，载荷测试 (Load measurements)和叶片测试 (Blade tests)。通常叶片测试在测试台上进行，其它的在风电场进行测试。联系IEC61400-1，IEC61400-2，IEC61400-3中的通用要求外，还有如下单独的相关标准： ● IEC61400-12-1功率测试； ● IEC61400-13载荷测试； ● IEC61400-23 叶片测试。 5、型式特性测量 从分析来看，国际标准的制订，在协调各国间的国家标准之外，对各国的国情、国家级强制标准给予了足够的尊重，因而采取了较为灵活的规范做法。除上面我们看到的有关风电机组基础的规范，风电的一些特性测量也采取了类似做法，即只作为可选模块，包括：电质量测试(Power quality measurements), 低压穿越测试 (Low voltage ride through measurement)和噪音测试 (Acoustic noise measurements)。 风电机组的基础设计、制造作为可选模块，主要是因为各国对建筑的法规大多是强制性和排他性的。类似的，电质量、低压穿越等在乎电网公司（即风电场下游客户）对输入其电网系统各种电源的要求。这些要求，不仅各国间不尽相同，有时即使同一国家内，不同的电网公司也有不同的要求。联系IEC61400-1、IEC61400-2、IEC61400-3中的通用要求外，还有如下单独的相关标准： ● IEC61400-21功率测试 (低压穿越LVRT在最新2008版有所规范)； ● IEC61400-11噪声； ● IEC61400-14表面声功率级和音调值声明。 完成以上程序，在通过最终评估后，颁发型式认证证书。 结论 以上分析我们可以看到，作为被认证方（风电机组生产商）来讲，要得到一张IEC61400-22的型式认证证书，无论是工作内容，还是时间上都要做出很多努力。而且风电机组涉及较多行业，具有跨学科性。如果我们简而言之，机组设计是“总”的设计的话，那么支撑这个“总”设计，至少有以下四个“分”设计：1、空气动气、复合材料(叶片)；2、机械传动(主齿轮，变桨、偏航等)；3、电气及控制(发电机，变频、变流器等)；4、材料工业,结构件强度FEM分析(锻件、铸件等)。而这“总”与“分”并非截然分开，而是作为一个整体计算，更改任何一块，必须考虑其他块, 堪称“牵一发而动全身”。 作为第三方认证机构, 提高产品质量并激励科技创新是其对于风能产业的使命。这一价值的实现要求第三方认证机构具备“以终为始”的理念，“范围广泛”的方法论体现在整个风能产业的循环中。因此： ● 资质已经不仅仅是一种权威更是一种义务。 ● 认证已经不仅仅是在总部的办公室里完成的，更需要在全球范围的现场来完成。 ● 验证和校验工作已经不仅仅是使用内部的软件及测试实验室来完成，更是需要由大学、研发中心、测试中心、独立的工程公司，以及监测风机运行中采集的数据所共同开发的最新技术来完成。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/9/2010)