双馈风力发电机

单位：哈达图风电场2014年08月·张朕玮1.5MW双馈风力发电机使用及维护2

一、双馈风力发电机的结构及运行原理二、故障分析和处理方法

三、维护保养

四、保管及使用期限

主要内容3一、双馈风力发电机的结构及运行原理1、双馈型风电机组的构成及原理2、双馈风力发电机的结构41、双馈型风电机组构成及原理

该系统由双馈风力发电机(DFWG)、变流器、变压器、风机、滤波器等部分组成。其中，DFWG的定子和电网采用硬耦合，DFWG的转子经变频器再与电网相连。双馈发电机的定子绕组接工频电网，转子绕组由具有可调节频率、相位、幅值和相序的三相电源励磁，采用双向可逆专用变频器。双馈发电机可以在不同的风速下运行，其转速可以随风速的变化做相应调整，使风力机的运行始终处于最佳状态，提高了风能的利用率。同时，通过控制馈入转子绕组的电流参数，不仅可以保持定子输出的电压和频率不变，还可以调节输入到电网的功率因数，提高系统的稳定性。图1变速恒频双馈风电机组的系统原理图。

变速恒频双馈发电机运行时电机转速与定、转子绕组电压频率关系的数学表达式：

f1=（p/120）×nr±f2

式中：f1为定子电压频率；

p为电机的极数；

nr为双馈发电机的转速；

f2为转子励磁电压频率。由上式可知，当转速nr发生变化时，若调节f2变化，可使f1保持恒定不变，实现双馈发电机的变速恒频控制。51、双馈型风电机组构成及原理61、双馈型风电机组构成及原理亚同步发电运行

nr

＜n1时，（即0＜S＜1）

f2取正号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P电磁=P机械+P转差

P上网=P电磁（定子馈电，转子由变频器提供励磁）超同步发电运行

nr

＞n1时，（即S＞1）

f2取负号，如果忽略各种损耗，则发电机的能量关系为：

P机械=P转差+P电磁

P上网=P转差+P电磁

（定子馈电+转子馈电）注：n1为发电机的同步转速。当双馈发电机输出的有功功率和转速保持恒定时，调节转子励磁电流可以调节无功功率，控制功率因数。当处于“欠励状态”时，定子电流Is超前于电网电压Us，定子电流中有超前的无功分量，发电机的输出中，有超前的无功功率；当从某一欠励磁状态开始增加转子励磁电流时，发电机输出的超前无功功率开始减少，从而定子电流中超前的无功分量也开始减少；达到正常励磁时，无功功率变为零，定子侧电流中的无功分量也变为零，此时cosφ=1；如果此后继续增加转子励磁电流，将进入“过励状态”，定子电流Is滞后于电网电压Us，定子电流中有滞后的无功分量，发电机将输出滞后性的无功功率，随着转子励磁电流的增加，定子电流中滞后的无功分量也增加。因此，欠励磁时功率因数超前（容性），过励磁时功率因数滞后（感性）。双馈发电机具有与同步发电机相似的无功功率调节特性曲线（即“V”形曲线）。71、双馈型风电机组构成及原理c、双馈发电机的特点由于定子直接与电网连接，转子采用变频器供电，因此，系统中的变频器容量仅取决于发电机运行时的最大转差功率，一般发电机的最大转差率为25%~35%，因而变频器的最大容量仅为发电机额定容量的1/4~1/3。这样，系统的总体配置费用就比较低。具有变速恒频的特性。可以实现有功功率和无功功率的调节。81、双馈型风电机组构成及原理d、双馈发电机考核的关键点1工作特性空载特性测定负载特性测定（包括转子绕组短路状态下异步发电机的固有特性和转子绕组由双向逆变器供电状态下的调节特性）效率计算和特性曲线绘制2温升考核cosΦ=1cosΦ=±0.953一般电机试验项目绝缘介电性能、噪声、振动、超速、转动惯量等

91、双馈型风电机组构成及原理4其它输出电能质量由于电网本身质量的影响因素和发电机转子绕组所接双向逆变器非正弦电源的影响因素不易排除，因此，对双馈发电机输出电能的质量很难有个准确合理的界定，此项性能的考核方法还有待商榷。短路电抗测定在这里，“短路”的概念指的是发电机的突然三相短路，“电抗”的概念指的是发电机在突然三相短路的瞬变状态下的超瞬变电抗。这以往是在同步发电机中需要考虑的一种过渡过程，由于在这一过程中，电流、转矩的变化较大，需要考虑与发电机相连的电器与机械系统的承受能力，而双馈发电机的工作原理与同步发电机有一定的相似性，因此，对双馈发电机进行短路电抗测定也开始被提及。鉴于目前国际上对此还没有一个具体的测定方法，所以，我们至今也没有看到一个具体测定的实例。如果参照同步发电机测定短路电抗的方法，在试验条件和操作性方面，还有一些具体问题需要解决。因此，以上两项，目前只能作为研究项目，尚不能进行正式的考核。101、双馈型风电机组构成及原理发电机类型：交流异步双馈发电机极数：4额定输出功率：1551kW额定定子输出功率：1299kW额定转子输出功率：252kW定子额定电压：690V转子开路电压：1870V额定转速：1750r/min工作转速范围：1000~2016r/min功率因数：＋0.95~－0.95效率：97%定子接法：Y转子接法：Y11电磁数据发电机安装倾斜角：5°冷却方式：IC616（带空/空冷却器）平衡等级：G2.5绝缘等级：H转动惯量：69kgm2最大工作转速：2050r/min最大转速：2400r/min环境运行温度：－30℃~＋40℃环境生存温度：－40℃~＋50℃电机总重量：7t12结构特点13结构特点发电机防护等级为IP54，发电机的集电环外壳防护等级为IP23。发电机为双馈、绕线式异步发电机，双绝缘深沟球轴承卧式安装结构（IMB3）。电机内部装有3×220W，～220V，50Hz加热器绑于定子绕组端部。集电环外壳内装有2×180W，～220V，50Hz加热器。发电机内为轴-径向混合通风，上方装有空-空冷却器(IC616)。冷却器风机为2个，每个2.2kW，三相交流400V，轴流式风机。滑环冷却风机AC220V,320W离心式风机，对滑环进行通风、除尘、冷却。

14结构特点发电机为圆柱形无键单轴伸。在定子绕组中安装有六个PT100测温元件（每相两个，一用一备）对发电机定子绕组的温度进行监控；冷却器进出风口空气装有PT100（共2个）。发电机轴伸端与非轴伸端的轴承均为6330M/C3VL2071(SKF)；发电机两端盖均装有轴承测温元件WZP2M-201端面铂热电阻双支Pt100（共2个），用以监控轴承温度，不得超过95℃。两轴承外盖均装有机械加油装置和抽拉式的排油装置，预留了定转子避雷器安装位置和自动加油孔；从轴伸端看，定、转子出线盒装于电机右侧；15结构特点从轴伸端看，电机转向为顺时针；发电机的底脚、机座上和出线盒内，具有接地端子，并有接地符号标志。转子滑环装于非轴伸轴承外端，刷架通过3×M16的螺栓装于端盖外侧，并带有二接地电刷，以防轴电流。滑环小轴尾端装有编码器（莱纳-林德）用于速度信号的反馈。16二、故障分析与处理方法发电机振动大发电机噪声大发电机过热转子不能正常馈电电机滑环温度过高轴承发热或不正常杂声171、发电机振动大故障现象:与原动机耦合不好；转子平衡不好；发电机系统振动太大；旋转部分松动；故障原因处理方法:a）重新耦合好。b）重校动平衡。c）调整系统振动。d）检查转子，对症处理。2、发电机噪声太大故障现象：耦合不到位；轴承损坏；旋转部分松动；冷却器噪声大；故障原因处理方法：a）检查耦合情况，重新耦合。b）更换轴承。c）检查，对症处理。d）检查风机或更换冷却器。3、发电机过热故障现象：轴承过热；通风故障；电机过载；系统振动过大；冷却空气流量太小；故障原因处理方法：a）检查轴承，对症处理。b）排除通风故障。c）减小负载。d）对症处理。e）检查冷却器工作情况。故障分析与处理方法184、转子不能正常馈电故障现象:转子回路出现故障（包括转子变流器）故障原因处理方法:检查电机和变流器的接地点5、电机滑环温度过高故障现象:电刷和滑环接触不良；滑环冷却不够；故障原因处理方法:

a）检查碳刷建膜情况，调整弹簧压力，改善接触。b）检查轴流风扇工作是否正常。6、轴承发热或不正常杂声故障现象:

a）润滑脂过多或不足；b）轴承损坏；c）发电机过载运行d）润滑脂牌号不对；e）滑环风扇故障；f）发电机转速过高。故障原因处理方法:

a）油脂过多时，电机应低速（约500rpm）运行2hour左右。油脂不足，补充油脂(一般油脂应为轴承室内部容积的1/2～2/3)

。b）更换轴承。c）降低负载。d）更换润滑脂。e）更换轴流冷却风扇。f）降低转速。故障分析与处理方法19三、维护与保养1、经常性检查2、定子绝缘电阻测量3、轴承的维护与保养4、滑环、碳刷的维护与保养5、加热器的开启与关闭6、电机控制参数的设定7、检修201、经常性检查：经常检查发电机与原动机安装固定是否良好，运行是否有异常响声，振动是否超标；经常检查各可见紧固件和接线螺栓的螺母是否紧固，引出线绝缘是否良好，外部电气连接是否可靠；检查接地线。2、定子绕组绝缘电阻测量建议每半年至一年检查一次定子绕组绝缘电阻，如不符合国标的规定，可按如下方法处理：用加热器进行加热。用循环热空气吹；分别将定子绕组通以25%额定电流的单相或直流电源加热；用以上方法对定子绕组加热时，应使各定子绕组各部位不要超过90℃,干燥过程应连续,直到绝缘电阻保持稳定，至少4h。

维护与保养213、轴承的维护、保养及更换发电机在电机制造厂加注了正确牌号和正确数量的润滑脂，但发电机在风场安装并网前，每端轴承加注80g油脂。发电机在风场每运行1000h，每端轴承补充油脂150～180g。注意：加注的油脂牌号应正确;加油人员不得用手直接接触油脂，防止污染，水汽、灰尘等杂质一旦进入轴承，对轴承的寿命影响很大。每次加油后，应将排油管中的废油排净。当必须更换其它牌号油脂时，应先拧下排油管，用加油枪将润滑脂从轴承加油嘴加油，直至排油口完全挤出新油为止。低速盘车，将轴承室内多余油脂挤出排油口。维护与保养22当轴承发生故障需拆下分析故障原因时，必须特别小心，不得因拆卸而造成损伤,以免与轴承原有的故障现象产生混淆而引起误判，有故障的轴承拆下后不得进行清洗和其它处理，以利于分析，判断故障原因。当电机长期搁置不用时，应特别注意防止轴承腐蚀、失油和静振，搁置期间最好定期将转子转动一下(防止静振应每周将转子转动1/4周)。长期搁置起动前，应加入适量的润滑脂，将长期搁置的油脂挤出，低速盘车，将轴承室内多余油脂挤出排油口。轴承故障常见的现象是：过热、噪声过大，拆下轴承盖后可见润滑脂中混杂有从轴承上掉下的金属颗粒。此时,轴承必须更换。4、滑环的维护、保养及更换碳刷滑环室及碳灰收集盒必须定期清理表面及周围的碳灰。约半年进行一次清理。碳刷设有自动磨损报警装置，另外巡检人员必须定期检查碳刷及其恒压弹簧，以便及时更换碳刷，保证碳刷与滑环的接触可靠。碳刷的设计寿命为10个月，而更换时间因运行环境不同而不同，约为6~7个月不等。维护与保养235、加热器的开启与关闭：当发电机停机时间较长、环境湿度较大、环境温度较低时，开启加热器。绕组绝缘电阻低于国家标准（10MΩ）时，需要开启电机内加热器。绝缘电阻符合国家标准值，方