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大家一起学标准之IEC61400-1(2)

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今天继续学习IEC61400-1.

INTRODUCTION

This part of IEC 61400 outlines minimum design requirements for wind turbines and is not intended for use as a complete design specification or instruction manual.

Any of the requirements of this document may be altered if it can be suitably demonstrated that the safety of the system is not compromised. This provision, however, does not apply to the classification and the associated definitions of external conditions in Clause 6. Compliance with this document does not relieve any person, organization, or corporation from the responsibility of observing other applicable regulations.

This document is not intended to give requirements for wind turbines installed offshore, in particular for the support structure. For offshore installations, reference is made to the IEC 61400-3 series.

引言

本部分 IEC 61400 标准规定风电机组最低限度设计要求,不作为完整的产品设计规范或使用操作手册。

若能够充分论证修改条款后不会损害整机系统安全性,则本文件内任意条款均可进行调整;但第 6 章中外部环境分级及其配套定义不得修改。即便产品符合本文件各项要求,相关个人、机构、企业仍需遵守其他适用法律法规,不得因此豁免法定合规义务。

本文件不适用于海上风电机组(尤其是支撑结构部分);海上风机设计应参照 IEC 61400-3 系列标准。

WIND ENERGY GENERATION SYSTEMS –

Part 1: Design requirements

1 Scope

This part of IEC 61400 specifies essential design requirements to ensure the structural integrity of wind turbines. Its purpose is to provide an appropriate level of protection against damage from all hazards during the planned lifetime.

This document is concerned with all subsystems of wind turbines such as control and protection functions, internal electrical systems, mechanical systems and support structures.

This document applies to wind turbines of all sizes. For small wind turbines, IEC 61400-2 can be applied. IEC 61400-3-1 provides additional requirements to offshore wind turbine installations.

This document is intended to be used together with the appropriate IEC and ISO standards mentioned in Clause 2.

风能发电系统

第 1 部分:设计要求

1 范围

本部分 IEC 61400 标准规定核心设计要求,保障风电机组结构完整性,旨在使机组在设计寿命周期内,针对各类风险具备合理的防护能力,避免发生损毁。

本文件覆盖风电机组全部子系统,包括控制与保护功能、机组内部电气系统、机械系统以及支撑结构。

本标准适用于全规格尺寸的风电机组;小型风电机组可执行 IEC 61400-2;IEC 61400-3-1 针对海上风电机组项目补充专项设计要求。

本文件需与第 2 章所列对应的 IEC、ISO 配套标准配合使用。

2 Normative references

The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.

IEC 60034 (all parts), Rotating electrical machines

IEC 60038, IEC standard voltages

IEC 60071-1, Insulation co-ordination – Part 1: Definitions, principles and rules

IEC 60071-2, Insulation co-ordination – Part 2: Application guidelines

IEC 60076 (all parts), Power transformers

IEC 60204-1, Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 1: General requirements

IEC 60204-11:2000, Safety of machinery – Electrical equipment of machines – Part 11: Requirements for HV equipment for voltages above 1 000 V AC or 1 500 V DC and not exceeding 36 kV

IEC 60364 (all parts), Low voltage electrical installations

IEC 60529, Degrees of protection provided by enclosures (IP Code)

IEC 60664-1, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems – Part 1: Principles, requirements and tests

IEC 60664-3, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems – Part 3: Use of coating, potting or moulding for protection against pollution

IEC 60721 (all parts), Classification of environmental conditions

IEC 61000-6-2, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 6-2: Generic standards – Immunity standard for industrial environments

IEC 61400-3, Wind turbines – Part 3: Design requirements for offshore wind turbines

IEC 61400-4, Wind Turbines – Part 4: Design requirements for wind turbine gearboxes

IEC 61400-24, Wind turbines – Part 24: Lightning protection

IEC 61439 (all parts), Low-voltage switchgear and controlgear assemblies

IEC 61800-4, Adjustable speed electrical power drive systems – Part 4: General requirements – Rating specifications for AC power drive systems above 1 000 V AC and not exceeding 35 kV

IEC 61800-5-1, Adjustable speed electrical power drive systems – Part 5-1: Safety requirements – Electrical, thermal and energy

IEC 62271 (all parts), High-voltage switchgear and controlgear

IEC 62305-3, Protection against lightning – Part 3: Physical damage to structures and life hazard

IEC 62305-4, Protection against lightning – Part 4: Electrical and electronic systems within structures

IEC 62477-1:2012, Safety requirements for power electronic converter systems and equipment – Part 1: General

ISO 76, Rolling bearings – Static load ratings

ISO 281, Rolling bearings – Dynamic load ratings and rating life

ISO 2394, General principles on reliability for structures

ISO 2533, Standard Atmosphere

ISO 4354, Wind actions on structures

ISO 6336-2, Calculation of load capacity of spur and helical gears – Part 2: Calculation of surface durability (pitting)

ISO 6336-3:2006, Calculation of load capacity of spur and helical gears – Part 3: Calculation of tooth bending strength

ISO 12494:2001, Atmospheric icing on structures

ISO 13850, Safety of machinery – Emergency stop function – Principles for design

ISO/TS 162881, Rolling bearings – Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings

2 规范性引用文件

下列文件在本标准中被引用,其全部或部分条文构成本标准的强制性要求。注日期引用文件仅采用标注版本;未注日期引用文件采用其最新有效版本(含所有修改单)。

IEC 系列引用标准

1.IEC 60034(所有部分):旋转电机

2.IEC 60038:IEC 标准电压

3.IEC 60071-1:绝缘配合 第 1 部分:定义、原则与规则

4.IEC 60071-2:绝缘配合 第 2 部分:应用导则

5.IEC 60076(所有部分):电力变压器

6.IEC 60204-1:机械安全 机械电气设备 第 1 部分:通用要求

7.IEC 60204-11:2000:机械安全 机械电气设备 第 11 部分:交流 1000V / 直流 1500V~36kV 高压设备要求

8.IEC 60364(所有部分):低压电气装置

9.IEC 60529:外壳防护等级(IP 代码)

10.IEC 60664-1:低压系统内设备绝缘配合 第 1 部分:原则、要求与试验

11.IEC 60664-3:低压系统内设备绝缘配合 第 3 部分:采用涂覆、灌封、模塑方式实现防污秽防护

12.IEC 60721(所有部分):环境条件分类

13.IEC 61000-6-2:电磁兼容 (EMC) 第 6-2 部分:通用标准 工业环境抗扰度标准

14.IEC 61400-3:风电机组 第 3 部分:海上风电机组设计要求

15.IEC 61400-4:风电机组 第 4 部分:风电机组齿轮箱设计要求

16.IEC 61400-24:风电机组 第 24 部分:雷电防护

17.IEC 61439(所有部分):低压成套开关设备和控制设备

18.IEC 61800-4:可调速电力传动系统 第 4 部分:通用要求 交流 1000V~35kV 传动系统额定规范

19.IEC 61800-5-1:可调速电力传动系统 第 5-1 部分:安全要求 电气、热、能量相关安全

20.IEC 62271(所有部分):高压开关设备和控制设备

21.IEC 62305-3:雷电防护 第 3 部分:建筑物物理损伤与人身危险防护

22.IEC 62305-4:雷电防护 第 4 部分:建筑物内电气与电子系统防护

23.IEC 62477-1:2012:电力电子变流系统与设备安全要求 第 1 部分:总则

ISO 系列引用标准

1.ISO 76:滚动轴承 额定静载荷

2.ISO 281:滚动轴承 额定动载荷与额定寿命

3.ISO 2394:结构可靠性通用原则

4.ISO 2533:标准大气条件

5.ISO 4354:结构上的风荷载作用

6.ISO 6336-2:圆柱齿轮与锥齿轮承载能力计算 第 2 部分:齿面接触疲劳(点蚀)校核

7.ISO 6336-3:2006:圆柱齿轮与锥齿轮承载能力计算 第 3 部分:轮齿弯曲强度校核

8.ISO 12494:2001:结构大气覆冰

9.ISO 13850:机械安全 急停功能 设计原则

10.ISO/TS 162881:滚动轴承 全工况载荷下修正参考额定寿命计算方法

今天这段规范是IEC 61400-1:2019《风力发电机组 第 1 部分:设计要求》的引言和前两章。引言说明本标准仅规定陆上风机最低设计底线,除第6章外部环境分类不可改动外,其余条款可在论证安全不受影响后调整,海上风机需遵循IEC 61400-3系列。第1章界定标准适用全尺寸陆上风机,覆盖整机所有子系统以保障全生命周期结构安全;第2章罗列了本标准编制与执行必须配套采用的IEC、ISO各类电气、机械、防雷、载荷相关规范性引用文件。
今天就学到这里,明天我们继续学习,每天十分钟大家一起学标准。

来源:智慧强学斋
ACTMechanicalSystemMAGNET疲劳电磁兼容通用建筑电力电子风能UM电机控制试验电气
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首次发布时间:2026-07-20
最近编辑:1月前
强学斋
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IEC61400-1风力发电机组第1部分:设计要求解析(8)结构设计

IEC 61400-1:2019第7章Structural Design是风电机组设计的核心核心章节,覆盖载荷定义、全系列设计载荷工况(DLC)、载荷计算、极限疲劳稳定挠度四大类极限状态与分项安全系数体系,是风电整机、叶片、塔筒、基础设计与仿真的强制依据。风力发电机组完要通过整性验证,所有承载部件必须通过计算、试验或两者结合,验证其极限强度和疲劳强度,确保达到可接受的安全水平。载荷分类重力与惯性载荷重力与惯性载荷源于重力、振动、旋转及地震活动,设计文档需明确塔架垂直度公差,并在结构分析中单独考虑其对重力载荷的作用。气动载荷气动载荷由气流与机组部件的相互作用产生,受风速、湍流、转速、空气密度及气动外形等影响。 作动载荷作动载荷来自机组运行与控制,计算时需考虑作动力范围,机械制动还需计入温度与老化对摩擦、弹簧力或压力的影响。 其他载荷还需适当考虑尾流、冲击、冰载荷及涡激振动引起的塔架载荷等。设计工况风况与机组状态的组合本章按照风力发电机组全生命周期内的运行状态与设计情况,将载荷工况系统性地划分为8大类:正常发电(DLC1)、故障状态(DLC2)、启动(DLC3)、正常停机(DLC4)、紧急停机(DLC5)、停机/空转(DLC6)、停机后待维修(DLC7)以及运输/维护(DLC8)。通过匹配不同的风况模型(如NTM、ETM、ECD、EWS、EOG、EWM、NWP等)与各类环境或故障条件,明确了每种工况下应采用的分析类型(U-极限分析或F-疲劳分析)及对应的部分安全系数(N-正常、A-非正常)。其核心设计原则是:对多年一遇的极端事件进行极限强度分析,对频繁发生的常规工况进行疲劳分析,从而确保机组在全寿命周期内各类状态下均具备足够的结构安全裕度。以后我会单独用整篇文章来对每个工况的详细解读,这篇只做简略的描述。安全系数载荷分项系数 γf用于将特征载荷转化为设计载荷,以考虑载荷的不确定性及不利偏差。抗力分项系数 γM替代旧版材料系数,用于将特征抗力(或材料强度)转化为设计抗力,以考虑材料性能、抗力模型及几何参数的不确定性。考虑材料强度相对于特征值的不利偏差与不确定性;截面抗力或结构承载能力评估的不准确性;几何参数的不确定性;结构材料性能与控制试样测试值之间关系的不确定性;换算系数的不确定性。失效后果系数 γn用于区分不同部件失效后对整机的影响程度,以反映失效后果的严重性。在极限状态校核中,上述三类系数通过极限状态函数组合使用:γn⋅S(Fd)≤Rd即:γn⋅γf⋅Fk≤γMRk。三者共同确保设计载荷不超过设计抗力,且不同失效后果等级的部件获得与其重要性相匹配的安全裕度。 极限状态校核ULS 极限强度验证结构构件在极端载荷作用下,其材料强度是否足以抵抗破坏。该分析针对的是材料强度破坏、截面断裂、连接失效等承载能力丧失的失效模式。FLS 疲劳验证结构在循环载荷长期作用下,不会因累积损伤而导致疲劳破坏。疲劳强度定义为与给定循环次数相关联的应力幅值。SLS 稳定塔筒屈曲校核以 DLC6 极端风为主控,规范隐含:薄壁塔筒初始制造椭圆度缺陷折算进γM,不用额外人为附加缺陷系数;基础倾覆验算采用特征荷载乘γf,抗倾覆抗力用地基特征承载力除以γM。DLS 挠度验证在设计载荷条件下,不会发生影响结构完整性的过大变形,最典型的校核是叶片与塔筒之间的机械干涉(扫塔)。总结本章是风机结构设计核心,采用极限状态加分项安全系数体系,明确强度、疲劳、稳定、挠度四类校核要求。以标准化DLC 载荷工况为设计主线,覆盖运行、故障、启停、紧急停机、吊装运维全场景,各工况绑定专属风模型。第四版标准重构抗力分项系数体系,统一全工况安全裕度,划定叶片扫塔挠度等刚性底线,同时允许依托试验数据合理优化系数。规定以气动弹性时程仿真为核心载荷计算手段,搭配极值外推、疲劳损伤累积方法,作为结构校核的统一依据。用一句话总结:本章用统一的分项系数体系,通过覆盖全场景的 DLC 载荷工况,以气动弹性仿真为手段,完成强度、疲劳、稳定、挠度四大极限状态校核,并允许用试验数据校准安全系数,确保风电机组全寿命周期的结构完整性。来源:智慧强学斋

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